Name: Aquisição confiável de dados de eletroencefalografia durante eletroencefalografia simultânea e ressonância magnética funcional (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-19T13:45:00.000+00:00
Duration: 11 min
Description: Aprenda a adquirir dados de eletroencefalografia de alta qualidade durante ressonância magnética funcional simultânea. Este protocolo utiliza equipamentos compatíveis com MRI e técnicas de monitoramento de impedância para melhorar a legibilidade dos sinais cerebrais em estudos de epilepsia e neurociência cognitiva.

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Este estudo foi patrocinado pelo Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicações do Japão (NICT).
Os autores agradecem aos físicos e tecnólogos do Centro de Informação e Redes Neurais por sua dedicação na aquisição de dados de ressonância magnética de boa qualidade.
Dr. Khoo é financiado pela Grant-in-Aid for Scientific Research (Nos. 18H06261, 19K21353, 20K09368) do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão e uma bolsa do Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicações do Japão (NICT), e foi apoiada por Mark Rayport e Shirley Ferguson Rayport em cirurgia de epilepsia e a bolsa Preston Robb do Instituto Neurológico de Montreal (Canadá), uma bolsa de pesquisa da Fundação Memorial Uehara (Japão). Ela recebeu um prêmio patrocinado pela Sociedade Japonesa de Epilepsia, apoio do programa American Epilepsy Society (AES) Fellows e bolsa de viagens da Liga Internacional Contra a Epilepsia (ILAE).
Dr. Tani é financiado pela Grant-in-Aid for Scientific Research (No. 17K10895) do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão e recebeu apoio de pesquisa da Fundação Mitsui-Kousei, financiamento para uma viagem da Medtronic, royalties da publicação de artigos (Gakken Medical Shujunsha, Igaku-shoin), e honoraria de servir como palestrante (Medtronic, Daiichi-Sankyo Pharmaceuticals, Eisai Pharmaceuticals).
Dr. Oshino é financiado pelo Grant-in-Aid for Scientific Research (nº 17K10894) do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão. Recebeu royalties da publicação de artigos (Medicalview, Igaku-shoin), e honoraria de servir como palestrante (Insightec, Eisai Pharmaceuticals, Daiichi-Sankyo Pharmaceuticals, UCB, Otsuka Pharmaceuticals, Teijin Pharma, Yamasa Corporation).
Fujita é financiado pelo Grant-in-Aid for Scientific Research (nº 19K18388) do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão.
Gotman é financiado pelo Instituto Canadense de Pesquisa em Saúde (No. FDN 143208).
Dr. Kishima é financiado pelo Grant-in-Aid for Scientific Research (Nos. 18H04085, 18H05522, 16K10212, 16K10786) do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão, Programa de Promoção da Inovação Estratégica Cross-ministerial (Nº. SIPAIH18E01), Agência do Japão para Pesquisa e Desenvolvimento Médico, e Japan Epilepsy Research Foundation.

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<li>Kruggel, F., Wiggins, C. J., Herrmann, C. S., von Cramon, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recording+of+the+event-related+potentials+during+functional+MRI+at+3.0+Tesla+field+strength%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Recording of the event-related potentials during functional MRI at 3.0 Tesla field strength.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 44 (2), 277-282 (2000).</li>
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<li>vander Meer, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon-wire+loop+based+artifact+correction+outperforms+post-processing+EEG%2FfMRI+corrections--A+validation+of+a+real-time+simultaneous+EEG%2FfMRI+correction+method%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Carbon-wire loop based artifact correction outperforms post-processing EEG/fMRI corrections--A validation of a real-time simultaneous EEG/fMRI correction method.</a> Neuroimage. 125, 880-894 (2016).</li>
<li>Debener, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+quality+of+auditory+event-related+potentials+recorded+simultaneously+with+3-T+fMRI%3A+removal+of+the+ballistocardiogram+artefact%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Improved quality of auditory event-related potentials recorded simultaneously with 3-T fMRI: removal of the ballistocardiogram artefact.</a> Neuroimage. 34 (2), 587-597 (2007).</li>
<li>Mele, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+EEG-fMRI+for+functional+neurological+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neurology%22%5BJournal%5D)">Simultaneous EEG-fMRI for functional neurological assessment.</a> Frontiers in Neurology. 10, 848(2019).</li>
<li>Gotman, J., Kobayashi, E., Bagshaw, A. P., Benar, C. G., Dubeau, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+EEG+and+fMRI%3A+a+multimodal+tool+for+epilepsy+research%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Combining EEG and fMRI: a multimodal tool for epilepsy research.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 23 (6), 906-920 (2006).</li>
<li>Ford, J. M., Roach, B. J., Palzes, V. A., Mathalon, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+concurrent+EEG+and+fMRI+to+probe+the+state+of+the+brain+in+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%3A+Clinical%22%5BJournal%5D)">Using concurrent EEG and fMRI to probe the state of the brain in schizophrenia.</a> NeuroImage: Clinical. 12, 429-441 (2016).</li>
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<li>Gotman, J., Benar, C. G., Dubeau, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+EEG+and+FMRI+in+epilepsy%3A+methodological+challenges+and+clinical+results%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Combining EEG and FMRI in epilepsy: methodological challenges and clinical results.</a> Journal of Clinical Neurophysiology. 21 (4), 229-240 (2004).</li>
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<li>Dempsey, M. F., Condon, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+injuries+associated+with+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Radiology%22%5BJournal%5D)">Thermal injuries associated with MRI.</a> Clinical Radiology. 56 (6), 457-465 (2001).</li>
<li>Allen, P. J., Polizzi, G., Krakow, K., Fish, D. R., Lemieux, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+EEG+events+in+the+MR+scanner%3A+the+problem+of+pulse+artifact+and+a+method+for+its+subtraction%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Identification of EEG events in the MR scanner: the problem of pulse artifact and a method for its subtraction.</a> Neuroimage. 8 (3), 229-239 (1998).</li>
<li>Cecotti, H., Ries, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Best+practice+for+single-trial+detection+of+event-related+potentials%3A+Application+to+brain-computer+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">Best practice for single-trial detection of event-related potentials: Application to brain-computer interfaces.</a> International Journal of Psychophysiology. 111, 156-169 (2017).</li>
</ol>

Os autores não relatam divulgações relevantes para o manuscrito.

Este protocolo destacou os pontos importantes para a aquisição segura simultânea de dados de boa qualidade.
Alguns erros comuns que resultam em artefatos difíceis de remover no EEG, bem como técnicas de solução de problemas são os seguintes. Em primeiro lugar, escolher assuntos compatíveis e cooperativos e garantir seu conforto durante a aquisição de dados pode evitar o término prematuro devido às movimentações de sujeitos (etapas 2.1 e 5.4). Em segundo lugar, a impedância não cair abaixo de 20 kΩ após a repetida abrasão do couro cabeludo (passo 2.9) é mais provável devido à escovação inadequada após o uso. Escovar completamente cada abertura dos eletrodos EEG ao lavar a tampa evita esse problema. Em terceiro lugar, configurações inadequadas do hardware e software podem resultar em saturação dos sinais EEG que posteriormente dificultam a remoção de artefatos durante o processamento de EEG offline. Por fim, para evitar o registro de sinais de EEG saturados, mantenha a impedância de cada eletrodo abaixo de 20 kΩ após colocar o sujeito no scanner mr antes da aquisição de dados; diminuir adequadamente as vibrações mecânicas imobilizando a tampa EEG (que também significa a cabeça do sujeito), cabos e fios; monitorar o sinal EEG bruto on-line com o software de gravação e certificar-se de que a taxa de amostragem e a resolução de amplitude estão corretamente configurados.
A aquisição simultânea do EEG e da ressonância magnética levanta importantes questões de segurança relacionadas ao aquecimento induzido por RF e à troca de correntes induzidas por gradiente devido à presença de fios elétricos conectados ao sujeito no campo magnético em rápida mudança5. Essas questões de segurança foram amplamente minimizadas ao longo dos anos após descobertas de pesquisa que aprimoraram o conhecimento desse aspecto e levaram a grandes melhorias na tecnologia de equipamentos de EEG compatíveis com mri. No entanto, a preparação descuidada sem o conhecimento adequado ou não tomar precauções de segurança coloca os sujeitos em perigo. Por exemplo, laços que se formam em qualquer lugar dentro do circuito induzem a corrente e possível lesão térmica. A aquisição com os eletrodos em alta impedância não só dificulta a qualidade dos dados do EEG, mas também representa um risco potencial para o sujeito (lesão térmica devido à alta densidade atual). O mesmo perigo se aplica a eletrodos quebrados. Os cabos colocados próximos à parede do furo mr, ou seja, longe do centro, também representam um potencial risco de aquecimento para o sujeito (aquecimento devido ao efeito de antena)25. Este protocolo enfatiza os seguintes aspectos de segurança: não se formam loops dentro do circuito entre o sujeito e o amplificador, todos os eletrodos têm baixa impedância durante a ressonância magnética, e todos os cabos são colocados no centro do furo. Os operadores iniciantes são aconselhados a passar por treinamento e seguir as diretrizes do fabricante encontradas no manual do usuário e vídeos de demonstração20 para evitar quaisquer preocupações de segurança.
As principais causas dos artefatos encontrados no EEG-fMRI são a troca de gradiente da ressonância magnética, BCG, ou os movimentos brutos ou sutis do sujeito (movimentos faciais, aperto, deglutição etc.). Em algumas configurações de ressonância magnética, artefatos causados pela bomba de hélio e ventiladores também comprometem significativamente os sinais de EEG. Os artefatos de gradiente mr são bastante consistentes nas formas de onda e podem ser suficientemente corrigidos usando uma técnica de subtração baseada em modelo se forem totalmente registrados sem distorção usando amplificadores com alcance dinâmico suficiente24. Os artefatos BCG geralmente são corrigidos usando a técnica de subtração26,análise de componentesindependentes 6,conjunto de base ideal8, ou uma combinação dessas técnicas10. Recentemente, a remoção de artefatos usando simples regressão baseada em sinais adquiridos simultaneamente com laços de fio de carbono foi desenvolvida7,9. O protocolo aqui apresentado ilustra o aspecto técnico, com o objetivo de fornecer um guia introdutório para aqueles que estão interessados em utilizar esse método. Este método remove bcg, movimentos sutis do sujeito e artefatos da bomba de hélio e os sinais de EEG resultantes são supostamente superiores aos corrigidos usando outros métodos7,9. No entanto, artefatos de movimento maiores, especialmente aqueles que contêm movimentos oscilantes, não são removíveis mesmo usando este método7. Apesar da melhoria dessas metodologias de remoção de artefatos ao longo dos anos, artefatos inconsistentes, incluindo os causados pela vibração induzida por máquinas de ressonância magnética ainda são difíceis de remover. Além disso, quanto mais extenso o procedimento de remoção de artefatos, maior o risco de perder alguns sinais reais de EEG. Portanto, uma boa preparação que possa minimizar os artefatos inconsistentes permanece mais importante na aquisição do EEG-fMRI. Neste protocolo, esses artefatos são minimizados usando: (1) um curativo elástico para envolver a cabeça e os travesseiros de espuma de memória para imobilizar a cabeça na bobina da cabeça, para reduzir a possível vibração dos fios, mantendo o conforto do sujeito; (2) algodão e fita adesiva médica para reduzir a vibração do fio eletrodo ECG que pode não ser totalmente imobilizado pelo próprio peso do sujeito (parcialmente flutuando entre o sujeito e a mesa especialmente em um sujeito fino); e (3) sacos de areia para imobilizar os cabos colocados no furo de ressonância magnética. Estas são técnicas importantes para minimizar artefatos de vibração induzidos por máquinas de ressonância magnética de difícil remover, que não foram descritos no protocolo EEG-fMRIpublicado anteriormente. Nesse protocolo, os sujeitos foram colocados no scanner sem embrulho adicional sobre a tampa EEG e preenchimento em torno da cabeça, e os cabos foram gravados apenas em alguns pontos sem imobilização usando sacos de areia. Com base em 20 anos de experiência no Instituto Neurológico de Montreal, percebemos que essas medidas podem contribuir para a suscetibilidade dos fios e cabos eletrodos à vibração induzida por máquinas de ressonância magnética, embora raramente sejam enfatizadas na maioria dos estudos de EEG-fMRI6. Minimizar a vibração induzida pelo maquinário de ressonância magnética, posteriormente, leva a uma melhor qualidade e legibilidade do EEG, o que é particularmente útil para identificar mudanças sutis ou eventos no EEG6,como pequenas descargas epilépticas em estudos de epilepsia e ERPs de ensaio único em estudos neurocognitivos.
A detecção de ERPs em sinais EEG é um pré-requisito para estudos de neurociência cognitiva. Em contraste com a clássica grande resposta média entre os ensaios, a detecção de ensaio único ERP, que fornece insights sobre a dinâmica cerebral em resposta a um estímulo particular, está se tornando um novo alvo em estudos modernos de neurociência cognitiva e pesquisa de interface cérebro-computador não invasiva27. A aplicação do presente protocolo pode contribuir para aumentar a eficiência nesses campos de pesquisa.
O protocolo é mais adequado para o sistema de EEG compatível com ressonância magnética utilizado neste estudo. No entanto, acreditamos que os pontos importantes também podem ser aplicáveis a outros sistemas de EEG compatíveis com ressonância magnética.

A ressonância magnética funcional (fMRI) fornece uma medida da atividade neuronal através de respostas hemodinâmicas medindo alterações dependentes do nível de oxigênio do sangue (BOLD) durante um evento eletrográfico. A eletroencefalografia simultânea (EEG) e fMRI (EEG-fMRI) é uma ferramenta de pesquisa não invasiva que combina as propriedades sinérgicas do EEG do couro cabeludo (boa resolução temporal) e fMRI (boa resolução espacial), permitindo uma melhor localização do local responsável pela geração de eventos eletrográficos detectáveis no EEG. Foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1990 para uso no campo da epilepsia1,2 e posteriormente tem sido usado em pesquisas de neurociência desde os anos 20003,4. Com o aumento do conhecimento sobre a segurança5 e o desenvolvimento contínuo de técnicas para a remoção de artefatos induzidos por Ressonância Magnética no EEG3,6,7,8,9,10, é atualmente uma ferramenta amplamente utilizada tanto na neurociência quanto na pesquisa clínica11.
O EEG-fMRI é adquirido em repouso ou durante uma tarefa, dependendo da questão da pesquisa. Em geral, a aquisição do estado de repouso permite a identificação de estruturas envolvidas na geração de um determinado recurso de EEG (por exemplo, forma de onda, ritmo, frequências, potência) e ajuda na compreensão das atividades cerebrais espontâneasvariáveis 11. Uma série de estudos de neurociência e a maioria dos estudos clínicos, especialmente aqueles sobre epilepsia12,adquirem EEG-fMRI no repouso11. A aquisição baseada em tarefas permite a identificação de áreas cerebrais e atividades elétricas cerebrais atribuídas ou relacionadas a uma tarefa específica e ajuda a estabelecer a ligação entre as atividades elétricas e as áreas cerebrais associadas à tarefa. A aquisição baseada em tarefas é utilizada principalmente em estudos de neurociência11 e alguns estudos clínicos13. A maioria das aquisições de EEG-fMRI baseadas em tarefas usam um design relacionado a eventos. O tipo de modelagem usada para integrar dados de EEG e fMRI determina se a eficiência ou a energia de detecção devem ser maximizadas na concepção da tarefa14. Consulte os estudos de Menon et al.14 e Liu et al.15,16 para obter detalhes sobre o desenho da tarefa.
Embora a aquisição de dados durante o EEG-fMRI possa parecer simples, a preparação é exigente. Um protocolo para orientar a preparação adequada para a aquisição de dados é importante para garantir tanto a segurança quanto o rendimento (ou seja, dados analisadores e confiáveis). Apesar da existência de várias técnicas para remover artefatos de EEG induzidos por Ressonância Magnética, artefatos inconsistentes no EEG registrados, especialmente aqueles relacionados à vibração induzida por máquinas dos fios e movimentos brutos dos sujeitos, ainda são difíceis de remover completamente; portanto, esses artefatos precisam ser minimizados durante a aquisição de dados.
Este artigo apresenta um protocolo simples que utiliza produtos médicos prontamente disponíveis compatíveis com ressonância magnética. O protocolo fornece passos importantes que garantem a qualidade dos dados de dados de EEG, que são fundamentais para o sucesso de um estudo EEG-fMRI. Este protocolo foi desenvolvido com base na experiência de 20 anos da equipe de pesquisa EEG-fMRI do Instituto Neurológico de Montreal12,17 e foi modificado para uso na Universidade de Osaka, o que beneficia tanto operadores inexperientes quanto especialistas.

<table><tbody><tr><td>BrainAmp EXG MR</td><td>Brain Products, GmBH, Alemanha</td><td></td><td>Amplificador bipolar compatível com ressonância magnética</td></tr><tr><td>BrainAmp MR Plus</td><td>Brain Products, GmBH, Alemanha</td><td></td><td>Amplificador de EEG compatível com ressonância magnética</td></tr><tr><td>BrainCap MR</td><td>Brain Products, GmBH, Alemanha</td><td></td><td>Touca de EEG compatível com ressonância magnética</td></tr><tr><td>Bandagem elástica ESPA</td><td>Toyobo co., Ltd.</td><td></td><td>bandagem elástica para envolver a cabeça do sujeito</td></tr><tr><td>One Shot Plus P EL-II cotonete com álcool</td><td>Shiro Jyuji, Inc.</td><td></td><td>Cotonete com álcool para preparar a pele</td></tr><tr><td>Power Pack</td><td>Brain Products, GmBH, Alemanha</td><td></td><td>Bateria compatível com ressonância magnética para alimentação elétrica dos amplificadores</td></tr><tr><td>SyncBox</td><td>Brain Products, GmBH, Alemanha</td><td></td><td>Sincronização de fase entre o equipamento de EEG e o scanner de ressonância magnética</td></tr><tr><td>Adaptador USB 2 (BUA)</td><td>Brain Products, GmBH, Alemanha</td><td></td><td>Adaptador USB para conectar os amplificadores ao computador de gravação</td></tr><tr><td>V19 gel condutor abrasivo</td><td>Brain Products, GmBH, Alemanha</td><td></td><td>Gel abrasivo para a aplicação da tampa de EEG</td></tr><tr><td>Yu-ki Ban GS Fita adesiva médica</td><td>Nitoms, Inc.</td><td></td><td>fita adesiva médica para prender o eletrodo de ECG e as alças de fio de carbono</td></tr></tbody></table>

aquisição confiável de dados de eletroencefalografia durante eletroencefalografia simultânea e ressonância magnética funcional

Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI

A eletroencefalografia simultânea (EEG) e a ressonância magnética funcional (fMRI), EEG-fMRI, combina as propriedades complementares do EEG do couro cabeludo (boa resolução temporal) e fMRI (boa resolução espacial) para medir a atividade neuronal durante um evento eletrográfico, através de respostas hemodinâmicas conhecidas como alterações dependentes do nível de oxigênio do sangue (BOLD). É uma ferramenta de pesquisa não invasiva que é utilizada em pesquisas de neurociência e é altamente benéfica para a comunidade clínica, especialmente para o manejo de doenças neurológicas, desde que equipamentos e protocolos adequados sejam administrados durante a aquisição de dados. Embora a gravação do EEG-fMRI seja aparentemente simples, a preparação correta, especialmente na colocação e proteção dos eletrodos, não é apenas importante para a segurança, mas também é fundamental para garantir a confiabilidade e a análise dos dados do EEG obtidos. Esta também é a parte mais exigente da preparação. Para resolver essas questões, foi desenvolvido um protocolo simples que garanta a qualidade dos dados. Este artigo fornece um guia passo-a-passo para a aquisição de dados EEG confiáveis durante o EEG-fMRI usando este protocolo que utiliza produtos médicos prontamente disponíveis. O protocolo apresentado pode ser adaptado a diferentes aplicações do EEG-fMRI em pesquisas e ambientes clínicos, podendo ser benéfico tanto para operadores inexperientes quanto para especialistas.

Ao colocar a tampa EEG usando este protocolo, a impedância de cada eletrodo geralmente cai abaixo de 20 kΩ (Figura 1). Sinais de EEG representativos obtidos de um sujeito (homem de 20 anos) que participou de um estudo neurocognitivo, e um sujeito diferente (mulher de 19 anos) que participou de um estudo de epilepsia usando este protocolo no mesmo scanner de Ressonância Magnética são mostrados na Figura 2 e Figura 3, respectivamente. O sujeito submetido a testes neurocognitivos foi instruído a manter os olhos abertos, mas ficar parado enquanto realizava uma tarefa visual como instruído. O sujeito do estudo da epilepsia foi instruído a fechar os olhos e dormir, pois as atividades epilépticas são tipicamente mais frequentes durante o sono. Os sinais de EEG adquiridos de ambos os estudos foram semelhantes antes do processamento (Figura 2); o artefato de gradiente de ressonância magnética obscureceu os sinais reais de EEG. Os sinais de EEG de ambos os estudos foram processados offline da seguinte forma: os artefatos de ressonância magnética foram removidos usando o método de subtração24; e BCG, movimentos e artefatos da bomba de hélio foram removidos usando a regressão de sinais registrados a partir das alças de fio de carbono7,9. Os sinais de EEG resultantes (Figura 3B) de ambos os estudos foram de qualidade analisável sem contaminação visível de artefatos BCG(Figura 3A). As atividades epilépticas foram claramente observadas no EEG durante o estudo de epilepsia (Figura 3B). No EEG adquirido durante o estudo neurocognitivo, foram observados pisca-pisca, movimento ocular e artefatos musculares, especialmente nos condutores frontais (Fp1 e Fp2) após a remoção do artefato(Figura 3B)devido à natureza do estudo, podendo ser posteriormente removido usando outros métodos dependendo da necessidade. Nenhum artefato originário de vibrações de máquinas foi visto em sinais de EEG pós-processados adquiridos durante ambos os estudos (Figura 3B comparável aos sinais de EEG adquiridos fora da Ressonância Magnética, como mostrado na Figura 3C). Nenhum artefato originário dos eletrodos EEG foi visto nas imagens mr adquiridas simultaneamente(Figura 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig01.jpg"> Figura 1: Impedância de eletrodos EEG representativa que caiu abaixo de 5 kΩ após a aplicação de um limite de EEG de 32 canais sobre um sujeito que participou de um estudo neurocognitivo. Cada círculo colorido redondo representa um eletrodo EEG, com o nome do eletrodo escrito dentro do círculo; a posição de cada círculo representa a posição de cada eletrodo na tampa EEG. A barra de cor e os números à direita representam o intervalo da impedância que está sendo medida (0-5 kΩ neste caso); a cor verde indica que o valor de impedância é menor do que o valor do nível bom, e a cor vermelha indica nível ruim. Neste exemplo, os eletrodos CP1, O1, Oz, O2 e ECG são indicados em verde claro, o que significa que as impedâncias desses eletrodos foram de 2 kΩ; o resto dos eletrodos são indicados em verde escuro, o que significa que as impedâncias desses eletrodos foram de 0 kΩ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig02.jpg"> Figura 2: Sinal EEG antes do processamento. Note que o artefato de gradiente de ressonância magnética obscureceu os sinais reais de EEG. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig3v2.jpg"> Figura 3: Sinais representativos de EEG de indivíduos que participaram de estudos neurocognitivos e de epilepsia. Os sinais de EEG na linha superior eram de um estudo neurocognitivo e os da linha inferior eram de um estudo de epilepsia. Os sinais de EEG foram processados offline. (A) Sinais de EEG após a remoção do artefato de gradiente de ressonância magnética. As caixas em azul claro indicam artefatos BCG. (B) Sinais de EEG após a remoção de artefatos usando regressão de sinais registrados a partir das alças de fio de carbono. (C) Sinais de EEG registrados fora da ressonância magnética utilizando o mesmo equipamento EEG. Os sinais de EEG foram mostrados em montagem referencial (referência no FCz); EEG na montagem bipolar (cada canal representa a diferença de tensão entre um par de eletrodos adjacentes) do mesmo segmento também é mostrado para EEG adquirido durante um estudo de epilepsia para facilitar a visualização de atividades epilépticas. As pontas de flecha azul (B e C, linha superior) indicam piscar (deflexões lentas de alta amplitude/potenciais diphasicos em Fp1 e Fp2), a ponta da seta preta (B, linha superior) indica movimento dos olhos resultante de uma saccade ou uma mudança espontânea de olhar (pequenas e rápidas deflexões em Fp1 e Fp2), e os retângulos verdes (B, linha superior) indicam o ritmo alfa visto no EEG adquirido durante um estudo neurocognitivo. As atividades de baixa amplitude e alta frequência predominantemente em Fp1 e Fp2 são artefatos musculares (espessamento do rastreamento EEG, linha superior). As pontas das flechas vermelhas (B e C, linha inferior) indicam os pontos de tempo em que as atividades epilépticas foram identificadas no EEG adquiridos durante um estudo de epilepsia (deflexões acentuadas para baixo ou para cima que às vezes são seguidas por uma onda lenta). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig3v2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig04.jpg"> Figura 4: Dados representativos de ressonância magnética adquiridos de um sujeito usando este protocolo. Note que os eletrodos EEG não causaram artefatos visíveis nas imagens mr adquiridas simultaneamente. (A) magnetização preparada aquisição rápida com imagem de eco gradiente; (B) imagem de eco planar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig04large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

Este artigo fornece um protocolo simples para a aquisição de dados de eletroencefalografia de boa qualidade (EEG) durante o EEG simultâneo e ressonância magnética funcional utilizando produtos médicos prontamente disponíveis.

Aquisição confiável de dados de eletroencefalografia durante eletroencefalografia simultânea e ressonância magnética funcional

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), EEG-fMRI, combines the complementary properties of scalp EEG ...

Nosso protocolo fornece passos importantes que garantem a qualidade dos dados, particularmente a qualidade de cada dado, o que é fundamental para o sucesso de um estudo simultâneo de EEG-fMRI, mas raramente é enfatizado. Este protocolo é simples e usa apenas produtos médicos prontamente disponíveis, portanto é muito fácil de seguir. Este protocolo leva a uma melhor qualidade e legibilidade do EEG adquirido simultaneamente com o FMRI, o que é particularmente útil para identificar mudanças sutis de EEG em estudos de epilepsia.Este protocolo também é útil para identificar eventos sutis de EEG em ERPs de ensaio único de estudos neurocognitivos. Para começar, conecte o EEG compatível com ressonância magnética e amplificadores bipolares às baterias totalmente carregadas e ao computador de gravação. Certifique-se de que o espaço de trabalho do software de gravação está configurado corretamente.Carregue uma seringa de 10 mililitros com o gel condutor abrasivo para aplicação da tampa EEG. Meça a circunferência da cabeça do sujeito envolvendo uma fita de medição flexível e não elástica ao redor da cabeça, sobre as cristas super orbitais na occiput. Selecione uma tampa de tamanho apropriado que seja um centímetro maior que a circunferência da cabeça e certifique-se de que é confortável para o assunto.Depois de colocar a tampa na posição aproximada sobre a cabeça do sujeito, meça os comprimentos do arco inion-nasion, e marque a intersecção do arco inion-nasion e do arco periauricular. Deslize a tampa sobre a cabeça para que a posição do eletrodo CZ seja ajustada a esta intersecção. Certifique-se de que a tampa não é girada horizontalmente verificando manualmente os eletrodos meteorológicos FZ, PZ, OZ, referência e terra estão posicionados sobre o arco inion-nasion.Exponha a pele debaixo de cada eletrodo deslocando o cabelo para o lado usando a parte de trás de um cotonete. Esfregue a pele sob cada eletrodo girando rapidamente um cotonete contendo 70% de solução alcoólica colocada através da abertura do eletrodo. Aplique uma pequena quantidade do gel condutor abrasivo na abertura, e abrade a pele girando rapidamente um cotonete de algodão.Monitore a impedância do eletrodo e repita a abrasão até que a impedância caia para pelo menos abaixo de 20 kiloohms. Uma vez que a impedância seja satisfatória, encha a abertura com o mesmo gel, certificando-se de não aplicar gel excessivo na abertura para evitar a ponte entre os eletrodos. Antes de colocar o eletrodo ECG na parte de trás, peça ao sujeito para sentar-se ereto sem flexionar o pescoço.Coloque o eletrodo ECG de dois a três centímetros restantes do sulco mediano, certificando-se de que o fio está reto na parte de trás, mas com mesa ao longo da curva do pescoço para evitar o deslocamento quando o sujeito se deitar sobre a mesa de ressonância magnética. Esfregue a pele debaixo do eletrodo ECG com um cotonete de álcool. Conecte o eletrodo ECG à pele usando um anel adesivo de dupla lateral e monitore a impedância repetindo a abrasão da pele com um cotonete.Dobre o cotonete de algodão álcool seco em quatro e coloque-o no eletrodo ECG, em seguida, tape o cotonete na pele usando uma fita adesiva cirúrgica. Fita o fio eletrodo ECG na pele até o ombro. Coloque um conjunto de fios de carbono pré-trançados que consistem em seis laços sobre a tampa para que os fios estejam em paralelo com o feixe de eletrodos na parte superior da cabeça.Use fita cirúrgica para fixar os laços ao redor dos eletrodos para que os laços cubram a cabeça com cada laço cobrindo quase uma área igual. Enrole a cabeça do sujeito com um curativo elástico sobre a tampa EEG e os laços de carbono, certificando-se de que o curativo cobre todos os eletrodos e não está muito apertado. Pergunte se o sujeito sente pressão desconfortável na cabeça durante a aplicação do curativo.Para a aquisição do estado de repouso, instrua o sujeito a aplicar fones de ouvido compatíveis com ressonância magnética. Use um fone de ouvido ou fones de ouvido para aquisição baseada em tarefas, certificando-se de que o sujeito possa ouvir através de ambos os lados do fone de ouvido ou fones de ouvido. Coloque um travesseiro de espuma de memória plana compatível com ressonância magnética na metade inferior da bobina da cabeça antes de pedir ao sujeito para se deitar e colocar a cabeça na bobina.Em seguida, coloque os feixes de eletrodo e fio de carbono diretamente através da abertura superior da bobina da cabeça. Adicione travesseiros de espuma de memória ao topo da cabeça, testa e área temporal, preenchendo todos os espaços deixados dentro da bobina da cabeça, sem comprimir a cabeça do sujeito muito fortemente. Coloque a parte superior da bobina da cabeça e feche a bobina, certificando-se de que os travesseiros não estão apertando a cabeça.Coloque um travesseiro de espuma de memória de meio cilindro na parte de trás do pescoço para que o fio eletrodo ECG seja bem sanduíche entre o travesseiro e o pescoço. Depois de colocar todos os travesseiros de espuma de memória, teste que o sujeito ainda pode ouvir através de ambos os lados dos fones de ouvido ou fones de ouvido. Coloque o espelho e instrua o sujeito a ajustar o espelho uma vez que a cabeça do sujeito esteja no isocentro do furo de ressonância magnética.Depois de conectar os eletrodos EEG e ECG ao amplificador EEG, e os laços de fio de carbono ao amplificador bipolar colocado na parte de trás do furo de ressonância magnética, conecte os amplificadores ao computador de gravação usando fibras ópticas. Em seguida, ligue os amplificadores e verifique se a impedância de todos os eletrodos ainda está baixa. Disponha todos os fios entre a saída da abertura superior da bobina da cabeça e os amplificadores para que sejam colocados em linha reta e no centro da ressonância magnética.Coloque uma alça de fio de carbono ao redor do cabo de fita, indo da caixa de conectora de eletrodos EEG e ECG para o amplificador. Imobilize os fios sanding todos eles com sacos de areia não ferromagnéticos e seguros para MR entre a saída da abertura superior da bobina da cabeça e os amplificadores. Coloque sacos de areia nos amplificadores e posicione os amplificadores fora do furo do ímã, utilizando cabos fornecidos pelo fabricante.Comunique-se com o assunto da sala do console para confirmar que o sujeito pode ouvir o operador e instruir o sujeito a não se mover durante a aquisição de dados. Inicie a gravação do EEG antes de iniciar a aquisição da FMRI. Verifique se os marcadores do scanner e do gatilho de volume são exibidos periodicamente na gravação do EEG on-line.Os sinais representativos de EEG obtidos de indivíduos que participaram do estudo neurocognitivo e do estudo de epilepsia utilizando este protocolo são mostrados aqui. Os sinais de EEG adquiridos de ambos os estudos foram semelhantes antes do processamento. Os sinais resultantes do EEG de ambos os estudos foram de qualidade analisável sem contaminação visível de artefatos de ECG, como visto aqui.As atividades epilépticas foram claramente vistas no EEG durante o estudo da epilepsia. No EEG adquirido durante o estudo neurocognitivo, foram vistos piscamento, movimento dos olhos e artefatos musculares, especialmente nos condutores frontais FP1 e FP2 após a remoção do artefato. Nenhum artefato originário de vibrações de máquinas foi visto em sinais de EEG pós-processados adquiridos durante ambos os estudos.Além disso, os eletrodos EEG não causaram artefatos visíveis nas imagens de MR adquiridas simultaneamente. Ao tentar este protocolo, imobilize a cabeça do sujeito, os fios e os cabos para diminuir adequadamente as vibrações mecânicas. Este protocolo é atualmente usado para o nosso projeto de neurociência que requer detecção de ensaio único ERP.Está abrindo caminho para o uso simultâneo de EEG-MRI em pesquisas não invasivas de interface de computador cerebral.

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Neurociência

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Nós desenvolvemos um método para ressonância magnética funcional simultânea e gravação eletrofisiológicas no cérebro de roedores, proporcionando uma plataforma para a investigação da relação entre a atividade neural e sinalizar o nível de oxigenação do sangue (BOLD) dependente de ressonância magnética.

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Fonte: Papadelis, C., , et al., Oscilações Interictais de Alta Frequência Detectadas com Magnetoencefalografia e Eletroencefalografia Simultâneas como Biomarcador de Epilepsia Pediátrica. J. Vis. Exp.{TAG_ 27}} (2016).  Este vídeo demonstra o método de uso de registros de eletroencefalografia (EEG) e magnetoencefalografia (MEG) para identificar descargas epileptiformes interictais (IEDs) e oscilações de alta frequência (HFOs) para localizar regiões propensas a convulsões no cérebro.

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