Метод одновременного сбора данных МРТ/ЭЭГ во время целенаправленного внимания к дифференциальной тепловой сенсации

Здравствуйте, я Памела Дуглас, постдокторант Института Semi при UCLA и лицензированный гипнотизер. В данной презентации мы демонстрируем наш метод одновременного сбора данных ЭЭГ-фМРТ и МР-совместимое устройство для дифференциальной термометрии. Мы представляем этот метод с использованием уникальной парадигмы, называемой здесь экспериментом с холодной перчаткой, и регистрируем данные как до, так и после гипнотического внушения.

Сначала мы собираем одновременные данные ЭЭГ-фМРТ и показатели температуры кисти, пока испытуемые слушают через совместимые с МРТ наушники аудиозапись, в которой им предлагается представить, что их левая рука замерзает; этот метод также известен как парадигма «холодной перчатки». Затем регистрируются данные ЭЭГ в одном режиме во время гипнотического введения. После гипнотического введения повторно записываются одновременные данные ЭЭГ-фМРТ по парадигме «холодной перчатки», а измерения температуры кисти проводятся на протяжении всего эксперимента с помощью нашего совместимого с МРТ дифференциального термометрического устройства.

В конечном счете, наш метод сбора данных ЭЭГ-фМРТ может быть полезен в ряде экспериментальных парадигм, обеспечивая неинвазивное получение мультимодальных данных с высоким временным и пространственным разрешением. Важно отметить, что нестационарный характер обработки сигналов мозга делает одновременную запись значительно более эффективной по сравнению с последовательным сбором данных. Здравствуйте, я Марк Коэн, технический директор Центра когнитивной нейробиологии Стаглина при Институте нейронаук и человеческого поведения им. Семиэля в UCLA.

В этом видео мы продемонстрируем, как одновременно регистрировать данные ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ или ЭЭГ, функциональные магнитно-резонансные изображения и показатели температуры кисти, которые количественно изменяются в состоянии гипноза. Для этих измерений мы разработали и использовали специализированные технологии в сочетании с процедурой гипнотического наведения, созданной специально для данного экспериментального протокола. Одновременный сбор данных ЭЭГ и фМРТ представляет особую сложность, так как каждое из устройств создает артефакты в показаниях другого.

Влияние МРТ на ЭЭГ представляет собой особую проблему, так как радиочастотная часть системы визуализации использует сигналы напряжением до нескольких сотен вольт, в то время как градиенты создают изменяющиеся во времени магнитные поля с интенсивностью более 45 Tesla в секунду. В то же время слабый сигнал ЭЭГ на коже головы составляет всего несколько микровольт. Даже измерение температуры в условиях МРТ сопряжено с определенными трудностями.

Паразитные высокочастотные токи, проходящие через электронные устройства, представляют собой априорную проблему безопасности, а низкоуровневое излучение от цифровых устройств регистрации температуры может создавать помехи на МР-изображениях. Усилитель ЭЭГ был специально разработан инженерами-электриками для работы в непосредственной близости от сканирующего магнита. Практически все ферромагнитные компоненты усилителя были удалены, после чего устройство было помещено в систему экранирования от внешних полей или фиксирующий кожух.

Вы можете представить габариты фиксирующего корпуса, сравнив его размер со стандартным EEG AMP той же компании. Каждый из входов ЭЭГ проходит электрическую фильтрацию для исключения проникновения радиочастотной энергии в усилитель с батарейным питанием. Для одновременного сбора данных ЭЭГ и фМРТ синхронизация времени работы обоих приборов должна быть выверена с наносекундной точностью.

Однако для сохранения экранирования проводные электрические сигналы не должны подаваться в помещение сканера или выводиться из него. Чтобы обеспечить это, инженеры компании Electrical Geodesics сконструировали нашу систему одновременной ЭЭГ-фМРТ таким образом, чтобы и сигналы синхронизации, и оцифрованные данные передавались по оптическим волокнам через эти порты. Гипнотическое внушение начинается с краткого интервью, проводимого гипнотерапевтом.

Для процесса гипнотического введения затем используется идиомоторное внушение, известное как техника подъема руки. Данные ЭЭГ регистрируются с помощью совместимой с МРТ 256-канальной сенсорной сети GEODESIC. Уровни импеданса электродов следует контролировать с интервалом примерно в 20 минут на протяжении всего эксперимента.

Затем оценивается восприимчивость к гипнозу с помощью 12-балльной шкалы восприимчивости к гипнозу Стэнфорда, форма C. После этого испытуемый переходит в зал МРТ-сканирования для одновременного сбора данных ЭЭГ-фМРТ. После гипнотического наведения мы разработали устройство для измерения разности температур кистей рук во время одновременной ЭЭГ-фМРТ после гипнотического внушения «холодной перчатки». Устройство состоит из двух температурных датчиков L 34, подключенных к усилителю и цифровому дисплею.

Две девятивольтовые батареи обеспечивают питание внутренней электроники. Мы выбрали датчики LN 34 из-за их линейного температурного отклика в физиологических диапазонах. Мы провели этап калибровки, чтобы устранить любые погрешности в компонентах.

Непосредственно перед началом эксперимента мы определили нулевую точку устройства, погрузив оба датчика температуры в водяную баню. В ходе эксперимента любое отклонение от нулевой точки указывало на разницу температур рук испытуемого. Эта зарегистрированная разница температур позволила нам количественно оценить эффект внушения «холодной перчатки»: «И я хочу, чтобы вы визуализировали и представили, как ваши кончики пальцев, пальцы, кисть и запястье полностью погружены в воду».

Ваша левая рука полностью погружена в ледяную воду. Продолжая визуализацию, представьте и создайте это удивительное ощущение того, что ваша левая рука стала совершенно холодной и онемевшей, онемевшей и холодной, что в руке полностью отсутствуют какие-либо ощущения. Чем больше вы пытаетесь их почувствовать, тем меньше ощущений будет возникать, в то время как правая рука продолжает согреваться.

По мере того как левая рука продолжает становиться ледяной, очень холодной, она почти синеет. Можно даже усомниться в возможности такого эффекта, но он проявляется от кончиков пальцев к пальцам и до запястья. Мы представили метод мультимодальной записи для выявления электрофизиологических, моторных и нейроваскулярных коррелятов в противном случае невидимого когнитивного процесса.

В отличие от общепринятых способов сбора данных ФМРТ или ЭЭГ и их последующей изоляции, комбинированный метод позволяет выявить взаимосвязи между этими двумя сигналами мозга, используя систему Quint в сочетании с ЭЭГ сверхвысокой плотности с 256 каналами. Это позволяет совместно локализовать сигналы и сделать обоснованные выводы об электрических источниках, которые проявляются как области измененного кровотока при магнитно-резонансных исследованиях.