Mapowanie funkcjonalne z jednoczesną rejestracją MEG i EEG

Podsumowanie

Stosujemy magnetoencefalografię (MEG) oraz elektroencefalografię (EEG) w celu zmapowania obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych.

Streszczenie

Wykorzystujemy magnetoencefalografię (MEG) i elektroencefalografię (EEG) w celu lokalizacji oraz określenia ewolucji czasowej w obszarach mózgu zaangażowanych w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych. W celu lokalizacji somatosensorycznych obszarów ręki wykorzystamy bodźce somatosensoryczne, do lokalizacji kory słuchowej – bodźce słuchowe, a do lokalizacji wczesnych obszarów wzrokowych – bodźce wzrokowe w czterech kwadrantach pola widzenia. Tego typu eksperymenty są stosowane do mapowania funkcjonalnego u pacjentów z epilepsją i guzami mózgu w celu lokalizacji kory elokwentnej. W podstawowych badaniach neuronaukowych podobne protokoły eksperymentalne są wykorzystywane do badania organizacji aktywności korowej. Protokół akwizycji obejmuje procedury zapewnienia jakości, przygotowanie badanego do połączonego badania MEG/EEG oraz pozyskiwanie danych o odpowiedziach wywołanych za pomocą bodźców somatosensorycznych, słuchowych i wzrokowych. Prezentujemy również analizę danych z wykorzystaniem modelu ekwiwalentnego dipola prądowego oraz estymacji minimum normy z ograniczeniami korowymi. Anatomiczne dane MRI są wykorzystywane w analizie do wizualizacji oraz do wyznaczania granic tkanek dla modelowania w przód, a także ograniczeń lokalizacji i orientacji korowej dla estymacji minimum normy.

Protokół

1. Sprawdzenie strojenia systemu i jakości danych

1. Sprawdź strojenie systemu MEG. Użyj oprogramowania do strojenia i pomiaru szumów dołączonego do systemu MEG, aby upewnić się, że wszystkie kanały są prawidłowo nastrojone, a średni poziom szumów wynosi poniżej 3 fT/cm dla kanałów gradiometru planarnego lub poniżej 3 fT dla kanałów magnetometru MEG.
2. Zbierz segment danych z pustego pomieszczenia. Należy zarejestrować dane z ekranowanej komory bez obecności badanego przez 5 minut w celu zapewnienia jakości i oszacowania szumów.

2. Konfiguracja bodźców i parametrów akwizycji danych.

1. Przygotuj bodźce somatosensoryczne, słuchowe i wzrokowe, wykorzystując komputer do sterowania bodźcami, projektor zainstalowany poza pomieszczeniem ekranowanym oraz somatosensoryczny stymulator elektryczny (Grass Model S8).

3. Przygotowanie badanego

1. Przed badaniem MEG/EEG każdy uczestnik musi wypełnić kilka formularzy dotyczących bezpieczeństwa i zgody.
2. Sprawdź, czy uczestnik nie posiada przy sobie materiałów magnetycznych. Wprowadź uczestnika do ekranowanego pomieszczenia i rozpocznij akwizycję danych MEG, aby sprawdzić, czy dane nie wykazują oznak artefaktów magnetycznych. W razie potrzeby użyj demagnetyzera, aby zredukować artefakty pochodzące od obiektów magnetycznych w ciele, takich jak wypełnienia dentystyczne.
3. Załóż czepek EEG, wprowadź żel przewodzący i sprawdź impedancje. Impedancje powinny być niższe niż 10 kOhms.
4. Załóż elektrody EOG oraz elektrodę referencyjną.
5. Załóż cewki wskaźnika pozycji głowy (HPI). Ustaw cztery cewki HPI tak, aby znajdowały się w obszarze objętym matrycą czujników MEG i były od siebie oddalone.
6. Zdigitalizuj punkty referencyjne, cewki HPI, elektrody EEG oraz kształt głowy.
7. Wprowadź uczestnika do skanera.

4. Pozyskiwanie danych dla każdej modalności sensorycznej

1. Skonfiguruj protokoły stymulacji na komputerze sterującym. W przypadku somatosensorycznej stymulacji nerwu pośrodkowego, przymocuj elektrody na lewym i prawym nadgarstku i stopniowo zwiększaj intensywność bodźca, aż poziom stymulacji przekroczy próg motoryczny. W przypadku stymulacji słuchowej, załóż słuchawki i upewnij się, że poziom bodźca jest odpowiedni. W przypadku stymulacji wzrokowej, ustaw ekran projekcyjny za osobą badanej i sprawdź, czy bodziec jest prezentowany prawidłowo.
2. Uruchom akwizycję danych i sprawdź ich jakość. Na wyświetlaczu danych surowych upewnij się, że wszystkie kanały działają prawidłowo i nie zawierają artefaktów.
3. Zmierz pozycję głowy. Uruchom pomiar pozycji głowy z konsoli akwizycyjnej i sprawdź, czy wyniki są zgodne ze specyfikacją określoną przez oprogramowanie.
4. Rozpocznij zapisywanie danych surowych oraz uśrednianie w czasie rzeczywistym.
5. Rozpocznij podawanie bodźców.
6. Po zaprezentowaniu wszystkich bodźców zapisz dane surowe oraz średnie obliczone w czasie rzeczywistym.

5. Analiza danych

W analizie danych wykorzystamy anatomiczne dane MRI do wizualizacji wyników, określenia kształtów przedziałów tkankowych do modelowania bezpośredniego oraz ograniczenia danych lMEG/EEG do powierzchni kory mózgowej. W analizie zastosujemy zarówno model dipola prądowego, jak i rozproszone rozwiązanie o minimalnej normie z ograniczeniem korowym. Schemat analizy rozproszonych źródeł przedstawiono na Rysunku 1.

Rycina 1. Ogólny schemat analizy MEG/EEG z wykorzystaniem szacunków minimalnej normy z ograniczeniem korowym.

Dyskusja

Magnetoencefalografia (MEG) i elektroencefalografia (EEG) są jedynymi nieinwazyjnymi metodami rejestracji aktywności mózgu z wysoką rozdzielczością czasową. MEG jest szczególnie odpowiednia do badania aktywności kory mózgowej. Niniejszy artykuł prezentuje połączoną akwizycję i analizę danych MEG/EEG w celu określenia aktywności mózgu związanej z przetwarzaniem prostych bodźców sensorycznych. Tego typu eksperymenty są wykorzystywane zarówno w podstawowych badaniach neuronaukowych, jak i w badaniach klinicznych. Jeśli akty...