$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Pomiar aktywności neuronalnej i łączności związanej z funkcjami poznawczymi w wysokich rozdzielczościach przestrzennych i czasowych jest jednym z głównych celów neuronauki poznawczej. Osiągnięcie tego celu nie jest jednak łatwe. Jedną z popularnych metod stosowanych do rejestrowania aktywności neuronalnej jest funkcjonalny rezonans magnetyczny (MRI). Chociaż funkcjonalny rezonans magnetyczny ma kilka zalet, takich jak wysoka rozdzielczość przestrzenna na poziomie milimetrów i nieinwazyjny zapis, wyraźną wadą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego jest jego niska rozdzielczość czasowa. Ponadto funkcjonalny rezonans magnetyczny mierzy sygnały zależne od poziomu tlenu we krwi, które tylko pośrednio odzwierciedlają elektryczną aktywność neuronalną. Popularne metody elektrofizjologiczne, w tym elektroencefalografia (EEG) i magnetoencefalografia (MEG), mają wysoką rozdzielczość czasową na poziomie milisekund. Mają jednak stosunkowo niską rozdzielczość przestrzenną, ponieważ rejestrują sygnały elektryczne/magnetyczne na skórze głowy i muszą rozwiązywać trudne problemy odwrotne, aby zobrazować aktywność mózgu.
Wewnątrzczaszkowe EEG może bezpośrednio rejestrować elektryczną aktywność neuronalną w wysokich rozdzielczościach czasowych (milisekundowych) i przestrzennych (centymetrowych)1. Pomiar ten może dostarczyć cennych możliwości zrozumienia aktywności neuronalnej i połączeń, chociaż ma wyraźne ograniczenia (np. mierzalne regiony są ograniczone do kryteriów klinicznych). W kilku wewnątrzczaszkowych badaniach EEG zastosowano tradycyjną analizę uśredniania w celu zobrazowania aktywności neuronalnej. Chociaż analiza uśredniająca może z czułością wykryć aktywację pasma czasowego i niskiej częstotliwości, nie może wykryć aktywacji niezsynchronizowanej fazowo i/lub aktywacji o wysokiej częstotliwości (np. pasmo gamma). Ponadto funkcjonalne sprzężenie neuronalne nie zostało dogłębnie przeanalizowane w literaturze dotyczącej wewnątrzczaszkowych zapisów EEG. Niedawno opracowano kilka nowych technik obrazowania aktywności neuronalnej oraz połączeń wewnątrz- i międzyregionalnych w funkcjonalnych zapisach MRI i EEG/MEG, które można zastosować do analizy wewnątrzczaszkowych danych EEG.
Tutaj przedstawiamy protokoły analityczne, które ostatnio zastosowaliśmy do analizy danych EEG wewnątrzczaszkowych za pomocą oprogramowania do statystycznego mapowania parametrycznego (SPM). Po pierwsze, aby ujawnić, kiedy i z jaką częstotliwością regiony mózgu mogą być aktywowane, przeprowadziliśmy analizę SPM w czasie i częstotliwości2. Analiza ta dekomponuje domeny czasu i częstotliwości jednocześnie za pomocą ciągłej transformacji falkowej i odpowiednio koryguje współczynnik błędów rodzinnych (FWE) w mapach czasowo-częstotliwościowych przy użyciu teorii pola losowego. Po drugie, aby ujawnić, w jaki sposób komunikują się regiony mózgu, zastosowaliśmy dynamiczne modelowanie przyczynowo-skutkowe (DCM) wywołanych odpowiedzi4. DCM umożliwia badanie efektywnej łączności (tj. przyczynowych i kierunkowych wpływów między regionami mózgu5). Chociaż DCM został pierwotnie zaproponowany jako narzędzie do analizy funkcjonalnych danych MRI5, DCM odpowiedzi indukowanych został rozszerzony o analizę zmiennych w czasie widm mocy sygnałów elektrofizjologicznych4. Analiza ta pozwala na zobrazowanie zarówno wewnątrz-, jak i międzyregionalnych połączeń neuronowych. Kilka badań neurofizjologicznych sugeruje, że lokalne obliczenia wewnątrzregionalne i komunikacja międzyregionalna dalekiego zasięgu wykorzystują głównie oscylacje pasma gamma i theta, a ich interakcje (np. porwania) mogą być odzwierciedlone przez sprzężenie częstotliwości krzyżowych theta-gamma3,6,7,8. Niniejszy raport koncentruje się na protokole analizy danych; Aby zapoznać się z ogólnymi informacjami9,10 i protokołami nagrywania11 wewnątrzczaszkowego EEG, zapoznaj się z literaturą.