Mapowanie funkcjonalne z jednoczesną rejestracją MEG i EEG
14 czerwca 2010
Stosujemy magnetoencefalografię (MEG) oraz elektroencefalografię (EEG) w celu zmapowania obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych.
Dzień dobry, jestem Markham z Centrum Martino w Massachusetts General Hospital. Dzień dobry, jestem Han Liu, również z Centrum Martino. Dzisiaj przedstawimy protokół zbierania i analizy danych z MEC i EC z wykorzystaniem somatosensoryki słuchowej.
Zostało to pobudzone w celu zlokalizowania pierwotnych sensorycznych COI. Stosujemy tę procedurę w naszym laboratorium do badania zarówno zdrowych ochotników, jak i pacjentów z epilepsją AP, którzy są kandydatami do operacji. Zatem zacznijmy.
Zacznij od sprawdzenia strojenia systemu MEG. Upewnij się, że wszystkie kanały są odpowiednio nastrojone, a średni poziom szumu wynosi poniżej 3 fT/cm w kanałach gradiometru planarnego oraz poniżej 3 fT w kanałach magnetometru. Następnie zbierz dane z pustego pomieszczenia przez pięć minut, aby uzyskać szacunkową wartość szumu tła.
Następnie skonfiguruj bodźce somatosensoryczne, słuchowe i wzrokowe, które zostaną zaprezentowane badanemu podczas eksperymentu. Służy do tego komputer do prezentacji bodźców, projektor zainstalowany na zewnątrz pomieszczenia ekranowanego oraz somatosensoryczny stymulator elektryczny. Aby przygotować badanego do eksperymentu, w pierwszej kolejności upewnij się, że nie posiada on przy sobie przedmiotów magnetycznych, a następnie wprowadź go do pomieszczenia ekranowanego i przeprowadź pomiar MEG, aby sprawdzić, czy nie występują oznaki artefaktów magnetycznych.
Gdy badany jest już wolny od wszelkich artefaktów, nałóż czepek EEG na jego głowę i wstrzyknij żel przewodzący do każdej elektrody. Po prawidłowym założeniu i przygotowaniu czepka, przymocuj elektrody EOG oraz elektrodę referencyjną i sprawdź, czy impedancje elektrod EEG oraz wszystkich pozostałych elektrod są niższe niż 10 kΩ. Następnie umieść cewki wskaźnika pozycji głowy (HPI) w taki sposób, aby znajdowały się pod obszarem pokrytym przez macierz czujników MEG i w znacznej odległości od siebie.
Następnie należy przeprowadzić cyfryzację punktów orientacyjnych (fiduciary), cewek HPI, elektrod EEG oraz kształtu głowy. Krok ten wykonuje się poza pomieszczeniem ekranowanym magnetycznie, w którym znajduje się system MEG, przy użyciu urządzenia do cyfryzacji 3D. Na koniec umieść badanego w skanerze.
Po zakończeniu przygotowań można przystąpić do pozyskiwania danych. W pierwszej kolejności należy skonfigurować protokoły stymulacji na komputerze sterującym w celu przeprowadzenia somatosensorycznej stymulacji nerwu pośrodkowego. Przytwierdź elektrody stymulujące do lewego i prawego nadgarstka badanego, a następnie stopniowo zwiększaj natężenie bodźca, dbając o to, aby nie przekroczyło ono progu motorycznego dla stymulacji słuchowej.
Załóż słuchawki na uszy badanego i sprawdź, czy głośność jest odpowiednia dla stymulacji wizualnej. Ustaw ekran projekcyjny za badanym i upewnij się, że bodziec jest wyświetlany prawidłowo. Następnie rozpocznij gromadzenie danych na wyświetlaczu danych surowych.
Należy sprawdzić, czy wszystkie kanały funkcjonują prawidłowo i nie zawierają żadnych artefaktów. Następnie należy podać bodźce badanemu, a potem zapisać surowe dane w postaci średnich online. W analizie danych wykorzystujemy dane z anatomicznego MRI w celu określenia kształtu przedziałów tkankowych do modelowania w przód oraz w celu ograniczenia danych M-E-E-G-E-E-G do powierzchni kory mózgowej.
Stosujemy zarówno model dipola prądowego, jak i rozproszone rozwiązanie minimum normy z ograniczeniem korowym, aby zlokalizować obszary mózgu reagujące na stymulację. Przedstawiliśmy właśnie sposób gromadzenia i analizy danych EEG oraz MEG w odpowiedzi na bodźce wzrokowe, słuchowe oraz inne bodźce sensoryczne.
Przedstawiliśmy sposób analizy tych danych w celu zlokalizowania pierwotnych kór czuciowych. To wszystko na dziś. Dziękujemy za uwagę i życzymy powodzenia w przeprowadzaniu doświadczeń.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
W niniejszym badaniu wykorzystano magnetoencefalografię (MEG) oraz elektroencefalografię (EEG), aby zbadać obszary mózgu zaangażowane w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych. Celem badań jest pogłębienie wiedzy na temat przetwarzania sensorycznego zarówno u zdrowych osób, jak i u pacjentów z padaczką.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektrofizjologia
- Obrazowanie mózgu
Wstęp
- Magnetoencefalografia (MEG) i elektroencefalografia (EEG) to techniki nieinwazyjne.
- Metody te umożliwiają monitorowanie aktywności mózgu w czasie rzeczywistym.
- Zrozumienie przetwarzania sensorycznego jest kluczowe zarówno dla podstawowej neuronauki, jak i dla zastosowań klinicznych.
- Badania obejmują zdrowych ochotników oraz pacjentów z epilepsją.
Cel badania
- Zmapowanie obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie sensoryczne.
- Zidentyfikowanie głównych ośrodków sensorycznych będących obszarami zainteresowania (COIs).
- Zapewnienie wglądu w mechanizmy neuronalne leżące u podstaw percepcji sensorycznej.
Zastosowane metody
- Gromadzenie danych MEG i EEG.
- Protokoły stymulacji słuchowej i somatosensorycznej.
- Analiza aktywności mózgu w odpowiedzi na bodźce sensoryczne.
- Porównanie danych osób zdrowych i pacjentów z epilepsją.
Główne wyniki
- Identyfikacja konkretnych obszarów mózgu aktywowanych przez bodźce sensoryczne.
- Różnice w przetwarzaniu sensorycznym pomiędzy osobami zdrowymi a pacjentami z epilepsją.
- Wnioski dotyczące organizacji funkcjonalnej przetwarzania sensorycznego w mózgu.
- Potencjalne implikacje dla kandydatów do zabiegów chirurgicznych w przypadku epilepsji.
Wnioski
- MEG i EEG są skutecznymi narzędziami do badania przetwarzania sensorycznego.
- Uzyskane wyniki przyczyniają się do zrozumienia funkcji mózgu w stanie zdrowia i choroby.
- Dalsze badania mogą usprawnić podejścia kliniczne w leczeniu padaczki.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Funkcjonalne mapowanie mózgu z wykorzystaniem połączonej MEG/EEG umożliwia precyzyjną lokalizację sieci przetwarzania sensorycznego, co wspiera walidację celu w procesie odkrywania leków neuropsychiatrycznych. Podejście to dostarcza ilościowych, reprodukowalnych odczytów neuronalnych, które zwiększają pewność prognostyczną w ramach wczesnego etapu ograniczania ryzyka mechanistycznego. Metoda ta zapewnia ciągłość translacyjną od podstawowych badań neuronaukowych do przedklinicznych modeli dysfunkcji sensorycznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez mapowanie odpowiedzi korowych na bodźce sensoryczne.
- Wartość operacyjna: Wspiera biologiczne ograniczanie ryzyka dzięki obiektywnym, mierzalnym wzorcom aktywacji neuronalnej.
- Wartość prognostyczna: Wyjaśnia zaangażowanie szlaków i walidację funkcjonalną celów w obwodach neuronalnych istotnych dla danej choroby.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Przygotowuje zwalidowane układy neuronalne do późniejszego przesiewu związków poprzez ustalenie bazowych profili odpowiedzi wywołanych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność testów dzięki protokołom akwizycji MEG/EEG z kontrolą jakości.
- Skalowalność: Umożliwia ponowne wykorzystanie platformy w różnych modalnościach sensorycznych (somatosensorycznej, słuchowej, wzrokowej) w celu multipleksowej oceny celów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość translacyjna: Zapewnia dopasowanie systemu istotne dla schorzenia poprzez mapowanie kory sensorycznej zarówno w modelach zdrowych, jak i epilepticznych.
- Minimalizacja ryzyka mechanistycznego: Umożliwia podejmowanie decyzji o rozwoju projektu w oparciu o ocenę ryzyka dzięki lokalizacji źródeł korowych z wykorzystaniem szacunków minimalnej normy z ograniczeniem MRI.
- Pewność predykcyjna: Wspiera dopasowanie biomarkerów poprzez analizę dynamiki czasoprzestrzennej odpowiedzi wywołanych na bodźce sensoryczne.
Integracja potoków i przepływów pracy
Metoda ta integruje się z wczesnymi etapami procesów odkrywania leków, zapewniając funkcjonalną walidację celów sensorycznych przed rozpoczęciem screeningu związków i optymalizacji wiodących struktur.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez mapowanie aktywacji korowej wywołanej bodźcem.
- Przesiew: Umożliwia przygotowanie analizy dzięki standaryzowanemu pozyskiwaniu odpowiedzi wywołanych oraz uśrednianiu danych MEG/EEG w trybie online.
- Analityka: Zapewnia ilościowe odczyty neuronalne poprzez modelowanie równoważnych dipoli prądowych oraz szacowanie normy minimalnej z ograniczeniem korowym.
- Badania translacyjne: Łączy etap odkryć z ciągłością przedkliniczną poprzez lokalizację kory sensorycznej w modelach epilepsji z wykorzystaniem anatomicznego MRI do modelowania forward.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielokrotnego użytku platformę neuroobrazowania dla zespołów interdyscyplinarnych badających zaburzenia przetwarzania sensorycznego.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celu poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w szlakach sensorycznych.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność i standaryzację dzięki rygorystycznym procedurom QA, monitorowaniu poziomu szumów oraz kontroli impedancji elektrod.
- Wartość strategiczna: Usprawnia decyzje go/no-go poprzez dostarczenie obiektywnych biomarkerów neuronalnych zaangażowania celu.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację związków z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o zależną od dawki modulację potencjałów wywołanych sensorycznie.
Kwestie dotyczące implementacji
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna z zakresu neurofizjologii, akwizycji MEG/EEG oraz technik modelowania odwrotnego.
- Metoda zależy od dostępności ekranowanych magnetycznie pomieszczeń, systemów digitalizacji 3D oraz sprzętu do podawania bodźców kompatybilnego z MRI.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów stymulacji, kryteriów odrzucania artefaktów oraz potoków lokalizacji źródeł pomiędzy zespołami.
- Proces obejmuje rozważania dotyczące adaptacji międzygatunkowej i modeli chorobowych podczas przenoszenia modeli ludzkiej epilepsji do systemów przedklinicznych.
- Ograniczeniem jest konieczność współpracy pacjenta oraz gromadzenia danych wolnych od artefaktów, szczególnie w populacjach klinicznych z zaburzeniami ruchowymi lub poznawczymi.
