Mapowanie funkcjonalne z jednoczesnym MEG i EEG
June 14th, 2010
Używamy magnetoencefalografii (MEG) i elektroencefalografii (EEG) do mapowania obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych.
Cześć, jestem Markham z Martino Center w Massachusetts General Hospital. Cześć, jestem Han Liu, również z Martino Center. Dzisiaj pokażemy Ci protokół zbierania i analizowania danych MEC i EC za pomocą somatosensoryki słuchowej.
Zostało to pobudzone do zlokalizowania pierwotnych sensorycznych COI. Stosujemy tę procedurę w naszym laboratorium do badania zarówno zdrowych ochotników, jak i pacjentów z padaczką AP, którzy są kandydatami do operacji. Więc zacznijmy.
Zacznij od sprawdzenia strojenia systemu MEG. Upewnij się, że wszystkie kanały są odpowiednio dostrojone i że średni poziom szumu jest niższy niż trzy femto Tesle na centymetr na kanałach gradiometru Plano i poniżej trzech femto Tesli na kanałach magnetometru. Następnie zbierz fragment danych o pustym pomieszczeniu przez pięć minut, aby uzyskać oszacowanie szumu tła.
Teraz ustaw somatosensoryczne bodźce słuchowe i wzrokowe, które zostaną zaprezentowane badanemu podczas eksperymentu. Osiąga się to za pomocą komputera bodźców, projektora zainstalowanego na zewnątrz pomieszczenia z tarczą i somatosensorycznego stymulatora elektrycznego. Aby przygotować osobę badaną do eksperymentu, najpierw upewnij się, że są one wolne od materiałów magnetycznych, a następnie przenieś ją do chronionego pomieszczenia i zdobądź trochę danych MEG, aby sprawdzić, czy nie ma śladów artefaktów magnetycznych.
Teraz, gdy badany jest wolny od jakichkolwiek artefaktów, umieść czepek EEG na głowie pacjenta i wstrzyknij przewodzący żel do każdej elektrody. Gdy nasadka jest już na miejscu i jest gotowa, zamocuj elektrody EOG i elektrodę odniesienia i sprawdź, czy impedancje EEG i wszystkich innych elektrod są poniżej 10 kilo pomieszczeń. Następnie umieść wskaźnik położenia głowicy lub cewki HPI, ustaw je tak, aby znajdowały się pod obszarem pokrytym przez matrycę czujników MEG i jak najdalej od siebie.
Teraz zdigitalizuj punkty orientacyjne, cewki HPI, elektrody EEG i kształt głowy. Ten krok jest wykonywany na zewnątrz pomieszczenia ekranowanego magnetycznie, w którym znajduje się system MEG za pomocą urządzenia digitizera 3D. Na koniec umieść obiekt w skanerze.
Po zakończonych przygotowaniach zacznijmy zbierać dane. Aby rozpocząć, skonfiguruj protokoły stymulacji na komputerze bodźców dla somatosensorycznej stymulacji nerwu pośrodkowego. Przymocuj elektrody stymulacyjne do lewego i prawego nadgarstka badanego i stopniowo zwiększaj intensywność bodźca poniżej poziomu przekraczającego próg motoryczny stymulacji słuchowej.
Umieść słuchawki na uszach osoby badanej i sprawdź, czy głośność jest odpowiednia do stymulacji wzrokowej. Ustaw ekran projekcji tylnej przed obiektem i sprawdź, czy bodziec jest prawidłowo prezentowany. Teraz rozpocznij pobieranie danych na wyświetlaczu surowych danych.
Sprawdź, czy wszystkie kanały działają poprawnie i nie zawierają żadnych artefaktów. Przedstaw bodźce tematowi, a następnie zapisz surowe dane na średnich online. W analizie danych wykorzystujemy anatomiczne dane MRI do określenia kształtów przedziałów tkankowych do modelowania do przodu oraz do ograniczenia danych M-E-E-G-E-E-G do powierzchni kory mózgowej.
Używamy zarówno obecnego modelu dipolowego, jak i rozwiązania rozproszonej normy minimalnej ograniczonej korowo. Lokalizowanie obszarów mózgu, reagowanie na stymulację. Właśnie pokazaliśmy, jak zbierać i analizować dane EG i EG w odpowiedzi na tii wzrokowe, słuchowe i niektóre inne sensoryczne.
Pokazaliśmy, w jaki sposób dane te mogą być analizowane w celu zlokalizowania pierwotnej korsy czuciowej. Więc to wszystko. Dziękujemy za oglądanie i życzymy powodzenia w eksperymentach.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Niniejsze badanie wykorzystuje magnetoencefalografię (MEG) i elektroencefalografię (EEG) w celu zbadania obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych. Badania mają na celu zwiększenie naszego zrozumienia przetwarzania sensorycznego zarówno u zdrowych osób, jak i u pacjentów z epilepsją.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Elektrofizjologia
- Wizualizacja mózgu
Tło
- Magnetoencefalografia (MEG) i elektroencefalografia (EEG) to techniki nieinwazyjne.
- Metody te umożliwiają monitorowanie aktywności mózgu w czasie rzeczywistym.
- Rozumienie przetwarzania sensorycznego jest kluczowe zarówno dla podstawowej neurobiologii, jak i zastosowań klinicznych.
- Badania obejmują zdrowe osoby i pacjentów z epilepsją.
Cel badania
- Zmapowanie obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie sensoryczne.
- Identyfikacja pierwotnych ośrodków sensorycznych (COI).
- Zdobycie wglądu w mechanizmy neuronalne leżące u podstaw percepcji sensorycznej.
Zastosowane metody
- Zbieranie danych MEG i EEG.
- Protokoły stymulacji słuchowej i somatosensorycznej.
- Analiza aktywności mózgu w odpowiedzi na bodźce sensoryczne.
- Porównanie danych między zdrowymi osobami a pacjentami z epilepsją.
Główne wyniki
- Identyfikacja określonych obszarów mózgu aktywowana przez bodźce sensoryczne.
- Różnice w przetwarzaniu sensorycznym między zdrowymi osobami a pacjentami z epilepsją.
- Wgląd w funkcjonalną organizację przetwarzania sensorycznego w mózgu.
- Potencjalne implikacje dla kandydatów do operacji z powodu epilepsji.
Wnioski
- MEG i EEG są efektywnymi narzędziami do badania przetwarzania sensorycznego.
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia funkcji mózgu w zdrowiu i chorobie.
- Dalsze badania mogą poprawić podejście kliniczne w leczeniu epilepsji.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Functional brain mapping using combined MEG/EEG enables precise localization of sensory processing networks, supporting target validation in neuropsychiatric drug discovery. This approach provides quantitative, reproducible neural readouts that enhance predictive confidence in early-stage mechanistic de-risking. The method supports translational continuity from basic neuroscience to preclinical models of sensory dysfunction.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by mapping cortical responses to sensory stimuli.
- Operational Value: Supports biological de-risking through objective, quantifiable neural activation patterns.
- Predictive Value: Clarifies pathway engagement and functional target validation in disease-relevant neural circuits.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated neural systems for downstream compound screening by establishing baseline evoked-response profiles.
- Operational Value: Ensures assay standardization and reproducibility through quality-controlled MEG/EEG acquisition protocols.
- Scalability: Facilitates platform reuse across sensory modalities (somatosensory, auditory, visual) for multiplexed target assessment.
Translational & Preclinical Research
- Translational Value: Provides disease-relevant system alignment by mapping sensory cortices in both healthy and epileptic models.
- Mechanistic De-risking: Enables risk-adjusted advancement decisions via cortical source localization using MRI-constrained minimum-norm estimates.
- Predictive Confidence: Supports biomarker alignment through spatiotemporal dynamics of evoked responses to sensory challenges.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing functional validation of sensory targets prior to compound screening and lead optimization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification through stimulus-evoked cortical activation mapping.
- Screening: Enables assay readiness via standardized evoked-response acquisition and online averaging of MEG/EEG data.
- Analytics: Delivers quantitative neural readouts through equivalent current dipole modeling and cortically-constrained minimum-norm estimation.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical continuity by localizing sensory cortices in epilepsy models using anatomical MRI for forward modeling.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable neuroimaging platform for cross-functional teams studying sensory processing disorders.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in sensory pathways.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization through strict QA procedures, noise floor monitoring, and electrode impedance controls.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing objective neural biomarkers of target engagement.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on dose-responsive modulation of sensory-evoked potentials.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurophysiology, MEG/EEG acquisition, and inverse modeling techniques.
- Depends on magnetically shielded rooms, 3D digitization systems, and MRI-compatible stimulus delivery hardware.
- Necessitates cross-team standardization of stimulus protocols, artifact rejection criteria, and source localization pipelines.
- Involves adaptation considerations across species and disease models when translating from human epilepsy models to preclinical systems.
- Limited by the need for subject cooperation and artifact-free data collection, particularly in clinical populations with movement or cognitive impairments.
