Wykorzystujemy magnetoencefalografię i elektroencefalografię (MEG/EEG), w połączeniu z informacjami anatomicznymi uzyskanymi za pomocą obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI), aby zmapować dynamikę sieci korowej związanej z uwagą słuchową.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Wykorzystujemy magnetoencefalografię i elektroencefalografię (MEG/EEG), w połączeniu z informacjami anatomicznymi uzyskanymi za pomocą obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI), aby zmapować dynamikę sieci korowej związanej z uwagą słuchową.
Magnetoencefalografia i elektroencefalografia (MEG/EEG) to techniki obrazowania mózgu zapewniające wysoką rozdzielczość czasową, które są szczególnie odpowiednie do badania sieci korowych zaangażowanych w dynamiczne zadania percepcyjne i poznawcze, takie jak skupianie uwagi na różnych dźwiękach w sytuacji tzw. cocktail party. W wielu poprzednich badaniach wykorzystywano dane zarejestrowane wyłącznie na poziomie czujników, t. j.., pól magnetycznych lub potencjałów elektrycznych rejestrowanych poza skórą głowy i na jej powierzchni, zazwyczaj koncentrując się na aktywności zsynchronizowanej czasowo z prezentacją bodźca. Ten rodzaj analizy pól/potencjałów wywołanych jest szczególnie użyteczny w sytuacjach, gdy można wyizolować i zidentyfikować w przestrzeni i czasie jedynie niewielką liczbę odrębnych wzorców dipolowych. Alternatywnie, dzięki wykorzystaniu informacji anatomicznych, te odrębne wzorce pól można zlokalizować jako źródła prądu w korze mózgowej. Jednak w przypadku odpowiedzi bardziej trwałej, która może nie być zsynchronizowana czasowo z konkretnym bodźcem (np.., w przygotowaniu do wysłuchania jednej z dwóch jednocześnie prezentowanych wypowiadanych cyfr na podstawie wskazanej cechy słuchowej) lub mogą być rozłożone na wielu nieznanych lokalizacjach przestrzennych a priorirekrutacja rozproszonej sieci korowej może nie zostać odpowiednio uchwycona przy zastosowaniu ograniczonej liczby źródeł ogniskowych.
W niniejszym opracowaniu opisujemy procedurę wykorzystującą indywidualne dane anatomiczne z rezonansu magnetycznego (MRI) do ustalenia zależności między informacjami z czujników a aktywacją dipoli w korze mózgowej za pomocą estymacji minimalnej normy (MNE). To podejście obrazowania odwrotnego dostarcza nam narzędzia do analizy rozproszonych źródeł. W celach ilustracyjnych wszystkie procedury opiszemy z wykorzystaniem bezpłatnie dostępnego oprogramowania FreeSurfer oraz MNE. Podsumujemy sekwencje MRI i kroki analizy niezbędne do stworzenia modelu przedniego, który pozwala powiązać oczekiwany wzorzec pola wywołany przez dipole rozmieszczone w korze z sensorami M/EEG. Następnie omówimy niezbędne procesy ułatwiające usuwanie szumów z danych sensorycznych, pochodzących z zanieczyszczeń środowiskowych i fizjologicznych. Następnie przedstawimy procedurę łączenia i mapowania danych z sensorów MEG/EEG na przestrzeń korową, co pozwoli na wygenerowanie rodziny szeregów czasowych aktywacji dipoli korowych na powierzchni mózgu (tzw. „filmy z mózgu”) powiązanych z każdym warunkiem eksperymentalnym. Na koniec wyróżnimy kilka technik statystycznych, które umożliwiają nam wyciąganie wniosków naukowych dla populacji badanych (t. j.., przeprowadzić analizę na poziomie grupy) w oparciu o wspólną przestrzeń współrzędnych korowych.
1. Pozyskiwanie i przetwarzanie danych anatomicznych
2. Pozyskiwanie danych M/EEG
3. Korejestracja M/EEG ze skanem MRI i przetwarzanie danych
4. Wnioskowanie statystyczne w oparciu o wspólny system współrzędnych powierzchniowych
5. Reprezentatywne wyniki
Rysunek 6 przedstawia zestaw reprezentatywnych wyników uzyskanych przy użyciu paradygmatu behawioralnego opisanego na Rysunku 4. Stosując nieparametryczną procedurę klastrowania spatiotemporalnego (4.5), stwierdzono, że prawe FEF jest istotne statystycznie, gdy badany wykonuje zadanie reorientacji w porównaniu z zadaniem standardowym (Rysunek 6 lewa strona). Zastosowanie podejścia ROI (4.3) pozwoliło na przedstawienie przebiegu czasowego prawego FEF wraz z okresem czasu, w którym te dwa warunki różnią się istotnie.

Rysunek 1. Przebieg generowania „filmu z mózgu” przy użyciu szacunków dipoli o minimalnej normie z ograniczeniami korowymi (por. Rysunek 1 w Liu et al., 2010).

Rycina 2. Oprogramowanie MNE wykorzystane do ułatwienia korejestracji kanałów EEG i lokalizacji HPI w przestrzeni współrzędnych MRI jednego badanego.

Rycina 3. Dane MEG przed i po zastosowaniu SSP w celu usunięcia artefaktów kardiologicznych (zaznaczonych na pomarańczowo) i mrugania oczami (zaznaczonych na niebiesko-zielono) oraz filtrowania dolnoprzepustowego w celu usunięcia częstotliwości sieci. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą rycinię.

Rycina 4. „Film z mózgu” w natywnej przestrzeni korowej badanego oraz czas prezentacji bodźców słuchowo-wzrokowych (z bodźcami słuchowymi prezentowanymi w 600 ms i bodźcem wzrokowym prezentowanym w -600 ms) w jednym paradygmacie eksperymentalnym (Uwaga: zostanie to przedstawione jako film w końcowym klipie wideo)

Rycina 5. Porównanie hipotetycznego ROI zmapowanego w natywnej przestrzeni korowej badanego oraz po przekształceniu (morpingu) do wspólnej przestrzeni korowej.

Rycina 6. Reprezentatywny klaster czasowo-przestrzenny oraz przebieg czasowy powiązane z dwoma badanymi warunkami eksperymentalnymi.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby oszacować aktywację dipoli w korze mózgowej na podstawie uzyskanych danych MEG/EEG, należy rozwiązać problem odwrotny, który nie posiada jedynego stabilnego rozwiązania, chyba że zastosuje się odpowiednie ograniczenia anatomiczne i fizjologiczne. Wykorzystując ograniczenia anatomiczne uzyskane dla poszczególnych badanych za pomocą MRI oraz przyjmując normę minimalną jako kryterium szacowania, można uzyskać odwrotny szacunek źródła prądu korowego zgodny z pomiarami z sensorów. Podejście to okazało się użyteczne w bada...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.
Autorzy chcieliby podziękować Matti S. Hämäläinen, Lilla Zöllei oraz trzem anonimowym recenzentom za pomocne uwagi. Źródła finansowania: R00DC010196 (AKCL); T32DC000018 (EDL); T32DC005361 (RKM).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 306-kanałowy system MEG Vectorview | Eleka-Neuromag Ltd, | ||
| Skaner MRI Avanto 1,5-T | Siemens Medical Solutions | ||
| FreeSurfer | http://freesurfer.net/ | ||
| Oprogramowanie MNE | http://www.nmr.mgh.harvard.edu/martinos/userInfo/data/sofMNE.php | ||
| Elektrody EEG | Brain Products, Easycap GmbH | ||
| System 3Space Fastrak | Polhemus | ||
| Optyczna skrzynka przycisków (FIU-932) | Current Designs |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.