Функциональные карты с одновременным МЭГ и ЭЭГ
14 июня 2010 г.
Мы используем магнитоэнцефалографии (МЭГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ) для отображения областях мозга, связанных с обработкой простых сенсорные стимулы.
Здравствуйте, я Маркхэм из Центра Мартино в Массачусетской больнице общего профиля. Привет, я Хань Лю, тоже из Центра Мартино. Сегодня мы покажем вам протокол сбора и анализа данных MEC и EC с помощью слуховой соматосенсорики.
И это было стимулировано для обнаружения первичных сенсорных COI. Мы используем эту процедуру в нашей лаборатории для изучения как здоровых добровольцев, так и пациентов с эпилепсией AP, которые являются кандидатами на хирургическое вмешательство. Итак, начнем.
Начните с проверки настройки системы MEG. Убедитесь, что все каналы настроены правильно и что средний уровень шума ниже трех фемтотесла на сантиметр на каналах градиентометра Плано и ниже трех фемтотера на каналах магнитометра. Затем соберите сегмент данных о пустой комнате в течение пяти минут, чтобы получить оценку фонового шума.
Теперь настройте соматосенсорные слуховые и визуальные стимулы, которые будут предъявляться испытуемому во время эксперимента. Это достигается с помощью стимульного компьютера, проектора, установленного за пределами комнаты щита, и соматосенсорного электростимулятора. Чтобы подготовить испытуемого к эксперименту, сначала убедитесь, что он свободен от магнитных материалов, а затем перенесите его в экранированную комнату и получите некоторые данные MEG, чтобы убедиться в отсутствии признаков магнитных артефактов.
Теперь, когда субъект свободен от каких-либо артефактов, наденьте ЭЭГ-колпачок на голову субъекта и введите проводящий гель в каждый электрод. Когда колпачок будет на месте и готов, присоедините электроды EOG и электрод сравнения и убедитесь, что импедансы ЭЭГ и всех других электродов меньше 10 кг. Далее расположите индикатор положения головки или катушки HPI, расположите их так, чтобы они находились под зоной, охватываемой массивом датчиков MEG, и далеко друг от друга.
Теперь оцифруйте фидуциарные ориентиры, катушки HPI, электроды ЭЭГ и форму головы. Этот шаг выполняется за пределами магнитно экранированного помещения, содержащего систему MEG, с помощью 3D-дигитайзера. Наконец, поместите объект в сканер.
После завершения подготовки давайте приступим к сбору данных. Для начала настройте протоколы стимуляции на стимульном компьютере для стимуляции соматосенсорного срединного нерва. Прикрепите электроды стимуляции к левому и правому запястью испытуемого и постепенно увеличивайте интенсивность стимула ниже уровня, превышающего двигательный порог для слуховой стимуляции.
Наденьте наушники на уши субъекта и убедитесь, что громкость подходит для визуальной стимуляции. Расположите экран обратной проекции перед объектом и убедитесь, что стимул представлен правильно. Теперь начните сбор данных на дисплее необработанных данных.
Убедитесь, что все каналы функционируют исправно и не содержат никаких артефактов. Предъявите стимулы испытуемому, а затем сохраните исходные данные в онлайн-средних значениях. При анализе данных мы используем данные анатомической МРТ для определения форм тканевых компартментов для прямого моделирования и ограничения данных M-E-E-G-E-E-G поверхностью коры головного мозга.
Мы используем как текущую дипольную модель, так и распределенное решение минимальной нормы с кортикальными ограничениями. Определение местоположения областей мозга, реакция на стимуляцию. Мы только что показали вам, как собирать и анализировать данные EG и EG в ответ на визуальные, слуховые и некоторые другие сенсорные данные.
Мы продемонстрировали, как эти данные могут быть проанализированы для определения местоположения первичного сенсорного корсиса. Вот и все. Спасибо за просмотр и удачи в ваших экспериментах.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании используются магнитоэнцефалография (МЭГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ) для изучения областей мозга, участвующих в обработке простых сенсорных стимулов. Целью работы является расширение наших знаний о сенсорном восприятии как у здоровых людей, так и у пациентов с эпилепсией.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Электрофизиология
- Визуализация мозга
Теоретические основы
- Магнитоэнцефалография (МЭГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ) являются неинвазивными методами.
- Эти методы позволяют осуществлять мониторинг активности мозга в режиме реального времени.
- Понимание процессов сенсорной обработки имеет решающее значение как для фундаментальной нейробиологии, так и для клинического применения.
- В исследованиях принимают участие здоровые добровольцы и пациенты с эпилепсией.
Цель исследования
- Картографирование областей мозга, участвующих в сенсорной обработке.
- Определение основных интересующих сенсорных центров (COIs).
- Изучение нейронных механизмов, лежащих в основе сенсорного восприятия.
Используемые методы
- Сбор данных МЭГ и ЭЭГ.
- Протоколы слуховой и соматосенсорной стимуляции.
- Анализ активности мозга в ответ на сенсорные стимулы.
- Сравнение данных здоровых добровольцев и пациентов с эпилепсией.
Основные результаты
- Идентификация специфических областей мозга, активируемых сенсорными стимулами.
- Различия в сенсорной обработке между здоровыми людьми и пациентами с эпилепсией.
- Представления о функциональной организации сенсорной обработки в мозге.
- Потенциальное значение для кандидатов на хирургическое лечение эпилепсии.
Выводы
- МЭГ и ЭЭГ являются эффективными инструментами для изучения сенсорной обработки.
- Полученные результаты способствуют пониманию функций мозга при норме и патологии.
- Дальнейшие исследования могут улучшить клинические подходы к лечению эпилепсии.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Функциональное картирование мозга с использованием комбинированной МЭГ/ЭЭГ обеспечивает точную локализацию сетей сенсорной обработки, что способствует валидации мишеней при поиске новых нейропсихиатрических препаратов. Данный подход позволяет получать количественные, воспроизводимые нейронные показатели, которые повышают прогностическую достоверность при снижении рисков на ранних этапах изучения механизмов действия. Метод обеспечивает трансляционную преемственность от фундаментальных исследований в области нейробиологии к доклиническим моделям сенсорных нарушений.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем картирования корковых ответов на сенсорные стимулы.
- Операционная ценность: способствует снижению биологических рисков за счет объективных, количественно определяемых паттернов нейронной активации.
- Прогностическая ценность: уточняет степень задействования путей и функциональную валидацию мишеней в нейронных цепях, имеющих значение при данном заболевании.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Подготовка валидированных нейронных систем для последующего скрининга соединений путем установления базовых профилей вызванных ответов.
- Практическая ценность: Обеспечение стандартизации и воспроизводимости анализа с помощью протоколов сбора данных МЭГ/ЭЭГ с контролем качества.
- Масштабируемость: Возможность повторного использования платформы для различных сенсорных модальностей (соматосенсорной, слуховой, зрительной) для мультиплексной оценки мишеней.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная ценность: обеспечивает согласование систем, имеющих значение для заболевания, путем картирования сенсорных кортексов как в здоровых моделях, так и в моделях эпилепсии.
- Механистическое снижение рисков: позволяет принимать взвешенные с учетом рисков решения о дальнейшем продвижении посредством локализации кортикальных источников с использованием оценок минимальной нормы, ограниченных данными МРТ.
- Прогностическая достоверность: поддерживает согласование биомаркеров через пространственно-временную динамику вызванных ответов на сенсорные стимулы.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в рабочие процессы раннего поиска лекарственных средств, обеспечивая функциональную валидацию сенсорных мишеней перед проведением скрининга соединений и оптимизацией ведущих структур.
- Фундаментальная биология: Обеспечивает проверку гипотез и уточнение путей передачи сигналов с помощью картирования активации коры, вызванной стимулами.
- Скрининг: Позволяет подготовить анализ за счет стандартизированного сбора вызванных ответов и онлайн-усреднения данных МЭГ/ЭЭГ.
- Аналитика: Обеспечивает количественные нейронные показатели с помощью моделирования эквивалентного диполя тока и оценки минимальной нормы с ограничением по коре.
- Трансляционные исследования: Связывают фундаментальные открытия с доклиническим этапом путем локализации сенсорных зон коры в моделях эпилепсии с использованием анатомической МРТ для прямого моделирования.
- Корпоративное повторное использование: Создает многократно используемую платформу нейровизуализации для кросс-функциональных групп, изучающих расстройства сенсорной обработки.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышение прогностической достоверности валидации мишени за счет снижения механистической неопределенности в сенсорных путях.
- Операционная ценность: повышение воспроизводимости и стандартизации за счет строгих процедур контроля качества, мониторинга уровня шума и контроля импеданса электродов.
- Стратегическая ценность: улучшение принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) за счет получения объективных нейронных биомаркеров взаимодействия с мишенью.
- Влияние на портфель: возможность приоритизации соединений с учетом рисков на основе дозозависимой модуляции сенсорно-вызванных потенциалов.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области нейрофизиологии, регистрации данных МЭГ/ЭЭГ и методов обратного моделирования.
- Зависит от наличия магнитно-экранированных помещений, систем 3D-дигитализации и совместимого с МРТ оборудования для подачи стимулов.
- Необходима межкомандная стандартизация протоколов стимуляции, критериев отклонения артефактов и конвейеров локализации источников.
- При переносе данных из моделей эпилепсии у людей в доклинические системы требуются соображения по адаптации между видами и моделями заболеваний.
- Ограничено необходимостью сотрудничества со стороны испытуемого и сбором данных без артефактов, особенно в клинических группах с двигательными или когнитивными нарушениями.
