Summary
Samtidig electroencefalografi (EEG) og funktionel magnetisk resonans (fMRI) er et kraftfuldt neuroimaging værktøj. Imidlertid indersiden af en MR scanner danner et vanskeligt miljø for EEG dataregistrering og sikkerhed skal overvejes ved betjening EEG udstyr i en scanner. Her præsenterer vi en optimeret EEG-fMRI dataopsamling protokol.
Abstract
Samtidig EEG-fMRI muliggør fremragende tidsmæssige opløsning af EEG skal kombineres med den høje rumlige nøjagtighed fMRI. Dataene fra disse to modaliteter kan kombineres på en række måder, men alle er afhængige af køb af høj kvalitet EEG og fMRI data. EEG data erhvervet under samtidige fMRI påvirkes af flere artefakter, herunder gradient artefakt (på grund af de skiftende magnetfeltgradienter kræves for fMRI), pulsen artefakt (knyttet til hjertets cyklus) og bevægelse artefakter (som følge af bevægelser i stærke magnetiske felt af scanneren, og muskelaktivitet). Post-metoder til forarbejdning af succes korrigere gradient og puls artefakter kræver en række kriterier, der skal opfyldes i løbet af dataindsamling. Minimering hoved bevægelse under EEG-fMRI er også afgørende for at begrænse frembringelse af artefakter.
Interaktioner mellem radiofrekvens (RF) impulser, der er nødvendige for MR og the EEG hardware kan forekomme og kan bevirke en opvarmning. Dette er kun en betydelig risiko, hvis retningslinjer for sikkerhed ikke er opfyldt. Hardware design og set-up, samt omhyggelig udvælgelse af hvilke MR-sekvenser køres med EEG hardware til stede skal derfor overvejes.
Ovennævnte spørgsmål fremhæve betydningen af valget af den eksperimentelle anvendte protokol, når du udfører en simultan EEG-fMRI eksperiment. Baseret på tidligere forskning beskriver vi en optimal eksperimentelt set-up. Det giver høj kvalitet EEG data under samtidige fMRI, når du bruger kommercielle EEG og fMRI systemer med sikkerhedsrisici til minimeret emne. Vi demonstrere dette set-up i et EEG-fMRI eksperiment ved hjælp af en simpel visuel stimulus. Dog kan meget mere komplekse stimuli anvendes. Her viser vi EEG-fMRI opsætning med en Brain Products GmbH (Gilching, Tyskland) MRplus, 32 kanals EEG-system i forbindelse med en Philips Achieva (Best, Holland) 3T MR-skanner, selvommange af de teknikker kan overføres til andre systemer.
Introduction
Samtidig electroencefalografi (EEG) og funktionel magnetisk resonans (fMRI) gør det fremragende tidsmæssige opløsning af EEG til at blive kombineret med høj rumlig nøjagtighed fMRI. Der er en række måder, hvorpå data fra disse to modaliteter kan kombineres 1, men alle er afhængige af køb af høj kvalitet EEG og fMRI data. Til dato har samtidig EEG-fMRI blevet brugt til at studere sammenhængen mellem oscillerende rytmer (målt med EEG) og blodets iltning svar (ved hjælp af blodets iltning niveau afhængig (fed) fMRI), f.eks 2,3. Det er også blevet anvendt til at undersøge, om de særlige kendetegn ved den fremkaldte signal kan forklare variansen i BOLD signal på en prøve-for-prøve basis 4,5. I kliniske undersøgelser den primære brug af teknik har været at undersøge foci af interictal epileptiske udladninger, som kan hjælpe i kirurgisk planlægning og er i øjeblikket vanskeligt at lokalisere ikke-invasivt6,7. For at opnå en sammensmeltning af EEG og fMRI data, som ønskes, er det vigtigt at have høj kvalitet data fra begge metoder. Men EEG data indhentet under samtidig fMRI påvirket af flere artefakter, herunder gradient artefakt (på grund af de skiftende magnetfelter, der kræves for fMRI), pulsen artefakt (knyttet til hjertets cyklus) og bevægelse artefakter (som følge af bevægelser i den stærke magnetfelt af scanneren, samt muskel aktivitet). Disse artefakter er væsentligt større end den neuronale aktivitet af interesse, og derfor reduktion (ved kilden) og korrektion af artefakterne (via post-processing) er begge nødvendige for, at en vellykket gennemførelse af samtidige EEG-fMRI.
De post-forarbejdningsmetoder øjeblikket er til rådighed til at korrigere gradient og puls artefakter kræver en række kriterier, der skal opfyldes i løbet af dataindsamling for at producere høj kvalitet EEG data. I det foregående årti optimal eksperimentelle set-up til optagelse af høj kvalitet data har udviklet sig som vores forståelse af årsagerne til artefakter 8-10 er forbedret, og vi har lært at ændre eksperimentelle metoder for at reducere artefakter ved kilden 11,12 og for at forbedre udførelse af efterbehandling korrektion algoritmer. Denne udvikling omfatter forbedring prøvetagning af gradienten kurveformer via synkronisering af scanner ure 13,14 og brug af en vectocardiogram 15,16 for at give et renere hjerte spor end den traditionelle EKG. Den vectocardiogram spor stammer fra fire elektroder placeret på brystet med et strenge low-pass filter ansat 14-16. Som et resultat af spor er relativt upåvirket af gradient artefakter og er ufølsom over for blodgennemstrømningen artefakt gør R-topdetektion lettere. Men mulighed for at optage en vectocardiogram er ikke tilgængelig på alle MR-scannere, og derfor kun vil blive nævnt kort i denne sTudy. Betydningen af minimering af artefakter og stringent rengøring af data er blevet understreget af den seneste demonstration af, at bevægelsesartefakter registreres i EEG data kan korrelere med BOLD aktivitet relateret til opgaven med renter, der producerer falske resultater, hvis ekstrem pleje ikke er taget i hele eksperimenterende proces 17..
Metoden præsenteres her repræsenterer den nuværende optimale metode til at opnå høj kvalitet EEG og fMRI data samtidigt med MR hardware og puls sekvenser, der er bredt tilgængelige, sammen med kommercielt leverede EEG udstyr. Gennemførelsen af den foreslåede erhvervelse metode i forbindelse med brug af passende post-forarbejdningsmetoder, udbytte vil EEG og fMRI data, der kan bruges til at besvare en række vigtige neurovidenskab spørgsmål.
Protocol
1.. Klargøring af forsøgsopstillingen
- Forud for individets ankomst nedsat EEG udstyr i kontrolrummet, hvor scanneren operatør vil sidde. Slut den bærbare computer til EEG hardware som vist i Figur 1 Bemærk:. Alle udløser fra perifere enheder og MR-skanner skal have varigheder på mere end 200 mikrosekunder at blive detekteret af EEG-systemet.
- Opsæt stimulus computer, i denne undersøgelse, bruger vi en visuel stimulus, markører læst ind i BrainVision Recorder ved begyndelsen og slutningen af hver stimulation periode.
- Sørg arbejdsområdet til registrering af data er indstillet til den højeste tidsopløsning tilgængelige og korrekte filterindstillinger. For hovedparten af undersøgelserne AC-kobling med et filter på ,016-250 Hz er optimal selv DC-kobling eller en højere (1 kHz) low-pass filter kan være nødvendig, hvis ultra lave eller høje frekvens neuronale signaler er af interesse, hhv.
- Tjek markers fra scanneren og stimulus præsentation for at bekræfte, at de bliver registreret af EEG-systemet korrekt. Tænd for synkronisering af scanneren og EEG ure ved hjælp af BrainVision Recorder kontrolpanel. Derefter kontrollere, om synkroniseringen er gennemført, hvis opsætning er korrekt, det grønne ikon og "Sync On" prik.
- Opsæt MR scanner på den normale måde, her vi bruger kroppen transmittere RF spole og en 32 kanals hoved modtager RF spole. Når det er muligt, er det bedst at bruge en hoved-størrelse transmittere spole for at minimere risikoen for RF opvarmning af EEG hætte og tilhørende kabler. Men på de fleste scannere kan hovedet transmittere spolen ikke bruges i forbindelse med en multi-element receiver spole, hvilket fører til en suboptimal oprettet for erhvervelse af fMRI data (især parallel billeddannelse speed-up er ikke muligt). Vi bruger denne specifikke hoved modtagespole fordi det indeholder en adgang port, som gør det muligt for kabler fra EEG cap til at køre langs en lige path ud af scanneren.
- Sørg for MR-sekvenser, der skal køres er sat op. FMRI sekvens skal bruge en skive TR der er et multiplum af EEG ur periode (200 mikrosekunder). Hvis der anvendes en Philips MR-system Philips Timing lommeregner kan bruges til at bestemme den mulige skive og TR kombinationer.
- Lav et sidste tjek, at alt udstyr optager som forventet.
2.. Emne Ankomst
- Spørg emnet at ankomme med rent hår og iført komfortable, ikke-metalliske tøj.
- Forklar emnet formålet med forsøget, og hvad der vil ske.
- Spørg motivet for at udfylde formularer, der bruges til fastslå, at der ikke er nogen kontraindikationer for MR-scanning, og at emnet giver sit samtykke til deltagelse i forsøget. Tjek de formularer, før du fortsætter. I denne undersøgelse godkendelse af den lokale etiske udvalg har opnået, og alle fag gav informeret samtykke.
- Måle head-omkredsen and vælger passende størrelse hætte (dvs. den mindste tilgængelige hætte, der er større end hovedet størrelse). Anbring hætten på hovedet startende ved den forreste del af hovedet og trække bagud. Placer hætten korrekt, sådan at Cz elektrode placeret halvvejs mellem nasion og Inion, og også centreret venstre-højre.
- Slut elektroderne til hovedet ved: at flytte hår ud af vejen, anvender alkohol og derefter Abralyte gel. Fastgør EKG elektrode til bunden af ryggen ved hjælp af en fremgangsmåde svarende til den, der anvendes til hætten elektroder. Denne elektrode anvendes til at måle hjerteslag. Placeringen ved foden af ryggen anbefales at maksimere signal-støj af R-peak i EKG-kurven samt emne komfort.
- Arbejdet med kontakterne for at reducere impedansen af elektroder på hovedet til mindre end 10 kohm (ekskl. modstand af de interne modstande i hver elektrode). EKG og EOG resistens kan være højere, da signalerne er kraftigeis og gode forbindelser kan være svært at opnå, men skal holdes under 50kΩ.
- Kontroller EEG datakvalitet er tilfredsstillende ved visuelt at inspicere data på skærmen.
3.. Optagelse Uden for MR Scanner
(Valgfrit: Kun nødvendig, hvis du ønsker at sammenligne EEG Data Quality indefra og udefra MR Scanner)
- Opsæt præsentationen apparater og EEG-udstyr uden for scanner (et sted, hvor det magnetiske felt er lav). Sørg for, at opsætningen er så ens som muligt, der anvendes inden for MR-skanner (især emnet bør være liggende og en lignende proces med stimulus præsentation skal bruges).
- Udfør eksperimentet og registrere data på samme måde den, der anvendes inde i scanneren (se afsnit 4).
4.. Indstilling Emne op Inde i MR Scanner
- Spørg motivet til at blive siddende, mens du sEt op EEG udstyr i MR scanner rummet.
- Tag forstærkeren ind i afskærmet rum og placere den på et bord på bagsiden af scanneren. Fastgør forstærkeren til en lang fiberoptisk kabel. Før det fiberoptiske kabel gennem waveguide og fastgør den til BrainAmp USB-adapter i kontrolrummet (Figur 1).
- Registrer patienten i MR-skanner patienten data-base.
- Tag emnet ind i rummet og bede dem om at ligge på scanneren sengen.
- Giv emnet ørepropper, hoved-telefoner og opkaldstryk, og sikre, at de er komfortable.
- Lægge hovedet coil over motivet hoved. EEG-kabler skal forlade hovedet spole langs den korteste vej muligt. Nu pad emnet hoved for at minimere hoved bevægelse.
- Flyt emnet i scanneren boring, der sikrer, at elektroderne FP1 og FP2 er i isocentre af MR scanner i z-retningen. Dette opnås normalt ved at rette de to elektroder med det lys, der er used at placere emnet, før de træder ind i boringen.
- Fastgør EEG hætte til forstærkeren på bagsiden af scanneren. Sørg for, at der ikke er nogen wire sløjfer i EEG ledninger (da disse kan føre til RF opvarmning og også forårsage større EEG artefakter at blive induceret), og at kablerne er isoleret fra MR scanner vibrationer så meget som muligt, her bruger vi en udkraget bjælke at opnå denne isolation.
5.. Optagelse inde i scanneren
- Tal med emnet fra konsollen plads at bekræfte, at de kan høre scanneren operatøren og er OK.
- En anden eksperimentator starter EEG overvågning, kontrol for støjende elektroder i sporene, samt for den grønne "Sync On" prik nederst på skærmen.
- Den klare effekt af kryo-pumper på optagelsen kan ses (se figur 2). Derfor slukke disse pumper under dataopsamling, efter producentens retningslinjer.
- Spørg motivet til at flytte their hovedet af en lille mængde. Betydningen af at holde hovedet stadig kan ses fra de store spændinger i EEG optagelse, der skyldes små hovedbevægelser.
- Test optagelsen af neuronal aktivitet ved at bede emnet at åbne og lukke deres øjne. Kig efter occipital alfaaktivitet. Dette vil teste, om du måler fysiologiske signaler snarere end støj. Hvis alpha-signalet ikke kan ses på et emne (som forekommer i nogle fag) er det muligt at teste for neuronal aktivitet ved at udføre en kort sigt af den eksperimentelle paradigme uden MR scanner drift og for at lede efter den gennemsnit fremkaldte potentiale.
- Pulsen artefakt kan tydeligt ses i de rå data (se figur 2), især om elektroder over templerne. Brug EKG-optagelsen til at afhjælpe denne artefakt i realtid ved hjælp RecView (eller i post forarbejdning software pakker).
- Så snart hver MR-scanning begynder de stigninger vil medføre store artefakter i EEG data. </ Em>
- Når fMRI eksperiment er klar til at starte, - med stimulus præsentation systemet i en klar tilstand - derefter begynde at spare EEG data ved at følge de viste trin.
- Nu starter eksperimentet, kontrollere, at markørerne fra stimulus præsentation og MR scanner kan ses i BrainVision Recorder. Her stimulus består af en fuld-field radial skakternet ved 100% kontrast. Tilbageførslen sats er 2 Hz sådan, at en fremkaldt reaktion vil forekomme hvert 500 msek og en markør er placeret i EEG-filen ved hvert billede vending.
- EEG datakvalitet vil synes at være meget fattige, men det kan blive renset op, enten on-line i RecView eller under efterbehandling. For gradient artefakt korrektion til at arbejde uden at kompromittere optagelse af neuronale signaler må stimulus præsentation ikke være låst i TR og hyppigheden af stimulus gentagelse må ikke være lig med skive repetitionsfrekvens.
- Gradient artefakt korrektion must udføres forud for puls artefakt korrektion (se figur 3 og 4). Data kan derefter opdeles efter stimulus præsentation og analyseret med talrige teknikker, den enkleste, der er gennemsnit til undersøgelse af fremkaldte reaktioner (se figur 6).
6.. Debriefing Emne
- Når scanningen er færdig, tage emnet ud af scanneren, og hjælpe dem til at tage væk fra EEG hætte.
- Lad dem til at vaske deres hår.
- De er nu fri til at forlade.
7.. Oprydning ved forsøgets afslutning
- Pak EEG udstyr som krævet af dit laboratorium. Hvis MR producenten, kræver det, sørg for, at synkroniseringen hardwaren er tilsluttet ved slutningen af hver session og ikke overlades knyttet til scanneren elektronik.
- Endelig skal EEG hætte renses. For at gøre dette, sættetid hætten i vand (normalt for caoximately 5 min) eller en vand-og desinfektionsmiddel blanding (desinfektionsmidlet skal vælges i henhold relevante patogen spektrum og desinfektionsmiddel anbefaling af hætten producenten. eksponeringstid og desinficerende koncentration skal følge retningslinjerne fra producenten af desinfektionsmidlet.). Så brug en tandbørste til at rense væk resterende gel. Det er meget vigtigt at rengøre hætten fuldt ud at sikre en korrekt gennemførelse af den fælles landbrugspolitik, når efterfølgende anvendes.
8.. Analyse
- Her realtid EEG analyse har vist, men det er også muligt og normalt ønskeligt at efterbehandle EEG data. Dette kan gøres på en række analyse pakker såsom Brain Produkter Analyzer 2 eller EEGLAB.
- Gradient og puls artefakt korrektion kan udføres ved hjælp af forskellige metoder såsom gennemsnitlig artefakt subtraktion 18,19 (almindeligvis anvendes til gradient korrektion og ofte bruges til puls artefakt korrektion), uafhængig komponent analradiokemiske analyser 20,21 eller optimal basis sæt 22 (for puls artefakt korrektion).
- Data må derefter analyseres i tid eller frekvensdomænet at se på fremkaldte reaktioner og løbende oscillerende aktivitet.
- Her har vi indspillet EKG-optagelsen ved hjælp af Brain Products system, således at indhente nødvendige oplysninger for puls artefakt korrektion. I standard opsætningen EKG-optagelsen registreres ved hjælp af en dedikeret elektrode placeres på bagsiden af emnet. I vores laboratorium bruger vi også en ikke-standard løsning, som beskæftiger en vectrocardiogram at generere hjertets trace (denne løsning er kun tilgængelig med Philips fysiologiske overvågningsudstyr). Vi har fundet dette kan være nyttigt, hvis en ren spor ikke kan opnås ved hjælp af konventionelle EKG opsætning.
Representative Results
Figur 3 viser signalkvaliteten forventes når nogen artefakt korrektion er blevet udført. Det er klart, at enhver neuronal aktivitet er skjult. 3c viser, at gradienten artefakt forekommer ved forskellige frekvenser, som er harmoniske af frekvensen af skive erhvervelse fMRI sekvens, der spænder over hele frekvensområdet af optagelsen. Figur 4 viser puls artefakt der bliver synlig, når gradient artefakt er blevet fjernet ved hjælp af post-processing metode gennemsnitlig artefakt subtraktion i Analyzer 2 (version 2.0.2). Det er klart, at der er betydelig rumlig variation af dette artefakt, og at O1, en af kanalerne af interesse for denne visuelle eksperiment viser et særligt stort puls artefakt. Denne genstand har en lavere frekvens end gradient artefakt (hovedsagelig under 10 Hz - figur 4C), og er knyttet til den hjerteaktivitet Figur 5 viser. EEG data kvalitet, der kan opnås efter gradient og puls artefakt korrektion, her pulsen artefakt blev korrigeret af den gennemsnitlige artefakt subtraktion i Analyzer 2 og R-toppe af hjerte bølgeform blev påvist fra EKG-optagelsen. Det er klart, at amplituden af de resterende signaler er langt mindre og derfor neuronale signaler er ikke længere tildækket, som det fremgår af de fremkaldte respons opnået i figur 6 og 7. Figur 6 viser en typisk evoked response fremstillet ved gennemsnit på tværs af alle 300 stimuli. Dog kan variation i dette svar på tværs af blokkene kan ses i figur 7, og det er denne naturlige og uforudsigelige variation i neuronale reaktioner, der kan anvendes til at afhøre korrelationer mellem den dristige og EEG respons, når samtidige optagelser er udført.
s/ftp_upload/50283/50283fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50283/50283fig1.jpg "/>
Figur 1.. En skematisk diagram af set-up af EEG-udstyr og tilslutninger, der skal mellem hardware, som beskrevet i protokollen. Klik her for at se større figur .
Figur 2.. Fouriertransformation af signalet opsamlet på et individ, som ligger stadig med cryo-pumper på (rød) og slukket (sort) for en repræsentativ kanal (P7).
Figur 4 Ti sekunders EEG data optaget på 16 forskellige kanaler under samtidige MRI vises efter gradient artefakt korrektionen ved hjælp af AAS på 16 forskellige kanaler (A),. Fokus på 5 sekunders data fra Oz (B), med de associerede Fouriertransformation (C Klik her for at se større figur .
Figur 5. Ti sekunders EEG data indspillet on16 forskellige kanaler under samtidig fMRI, vises efter gradient og puls artefakt korrektionen ved hjælp af AAS (A), der fokuserer på 5 sekunders data fra Oz (B); med den tilhørende Fouriertransformation (C). Klik her for at se større tal .
Figur 6.. Gennemsnitlig EEG fremkaldt reaktion (300 gennemsnit) for kanalerne 01 og 02 (til venstre) og tilhørende topografiske kort for P120 (højre).
Figur 7.. Variation af fremkaldt reaktion på tværs af blokke til kanal O1 (Svarene er blevet gennemsnit inden for 30 sek blokke).
Discussion
Generelle råd Da den fysiske indretning af alle scanner værelser er forskellige, vi anerkender, at du ikke kan være i stand til at positionere dit EEG forstærkere uden boring magneten. I dette tilfælde et godt kompromis er at placere forstærkerne på en tyk gummipude for at afkoble dem fra scanner vibrationer så meget muligt. Hvis du synes, at gradient artefakt korrektion ikke fungerer godt, så tjek de tidspunkter mellem volumen eller skive markører, da det er sandsynligt i dette tilfælde, at TR, der har været input til MR-konsollen ikke er netop den TR der bliver genereret . I dette tilfælde skal du kontakte den relevante MR scanner producenten for yderligere hjælp.
De vigtigste trin i processen med EEG dataopsamling under samtidig fMRI er dem, der træffes for at sikre, at alle eksterne støjkilder er blevet minimeret (f.eks cyrocooler pumper og vibrationer af EEG udstyr). Til allow optimal gradient artefakt korrektion er det vigtigt at sikre, at de EEG og MR scanner ure er synkroniseret, den skive TR er et multiplum af scanneren clock periode, og at emnet er optimalt placeret. For at sikre optimale puls artifact korrektion mange teknikker kræver en ren hjerte spor, hvorfra R-toppe kan påvises, foreslår vi, at dette bedst kan opnås ved hjælp af en VCG, selv om det også er muligt med et godt positioneret EKG-afledning. Hvis hjælp af EKG-så det anbefales at placere dette i bunden af ryggen for at maksimere signal-støj-forholdet af R-top med den ekstra fordel af dette er en lettere website til at åbne end en position nær hjertet 23. Placering af EKG-afledningen på brystet resultater i bevægelsesartefakter grund respiration bliver tilføjet til sporet fra denne bly samt forårsager gradient artefakt at variere over tid. Dette kan resultere i trace mætte og / eller gradient artifact korrektion ikke arbejder på grund af template variabilitetog kan derfor ikke anbefales.
Generel diskussion EEG-fMRI er et kraftfuldt værktøj til at studere hjernens funktion, da høj tidslig opløsning på EEG kan kombineres med høj rumlig opløsning fMRI. Til dato har en række undersøgelser brugt denne multimodal metode til at få en bedre forståelse af hjernens funktion. EEG-fMRI er blevet anvendt til raske frivillige for at undersøge sammenhængen mellem oscillerende rytmer (målt med EEG) og blodets iltning reaktioner (ved hjælp af BOLD fMRI) fx 2,3. Det er også blevet anvendt til at undersøge om egenskaber fremkaldte signal kan forklare variansen i BOLD signal på en prøve-for-prøve basis 4,5. I kliniske undersøgelser den primære brug af teknik har været at undersøge foci af interictal epileptiske udladninger, som er meget vanskeligt at lokalisere ikke-invasivt 6,7. Disse eksempler viser kraften i denne multi-modal imagING værktøj. Men for at muliggøre undersøgelsen af disse fænomener, er det vigtigt at have adgang til den bedst mulige kvalitet af EEG og MR data. For at opnå dette inden for MR-skanner er det vigtigt at have den bedste eksperimentelle set-up, og også at vælge de mest hensigtsmæssige analysemetoder. De optimale analysemetoder vil til en vis grad afhænge af forskningen spørgsmålet om renter, som det vil korrektionen metoder, der anvendes til fjernelse af artefakter. For eksempel størrelsen og antallet af bevægelser, der har forekommet under optagelsen vil bestemme den mest effektive kombination af algoritmer til at fjerne gradient artefakt. Men den optimale eksperimentelle set-up af EEG og fMRI hardware er relativt uafhængig af særlige forskningsforhold spørgsmål. Retningslinjerne, der er skitseret her, er derfor af almen værdi, og kan følges ved forsøg med forskellige EEG og MR scanner hardware, end vi brugte.
Her har vi vist erhvervelse metoder, der skulle popped skal følges for at opnå høj kvalitet EEG og fMRI data. Vi anvendte en visuel stimulus baseret på en tidligere anvendt stimulus paradigme 24. Imidlertid kan de samme teknikker til dataopsamling anvendes uanset paradigme anvendes til at stimulere hjernens aktivitet af interesse. Når du vælger din paradigme skal det bemærkes, at kvaliteten af EEG data, der kan opnås, når der optages inde i MR-miljø med de teknikker øjeblikket er til rådighed for brugerne (og beskrevet her) stadig placere nogle begrænsninger på hjernen aktivitet, der kan studeres: der er særlige vanskeligheder i optage EEG aktivitet i lav (<5 Hz) og høj frekvens (> 80 Hz) bånd, hvor residual puls og gradient artefakter kan opholde. Derudover skal der udvises forsigtighed, når de vælger paradigmet således at muligheden for emnet bevægelse i tilknytning til opgaven er minimeret. Dette er et problem, fordi bevægelsesartefakter i EEG data er ofte vanskelige at rette og små artefakter kan værevanskeligt at identificere klart, selv om de stadig kan dominere neuronale signaler. Disse bevægelsesartefakter kan forårsage falske men plausible korrelationer med fMRI data 17..
Post-forarbejdningsmetoder til samtidig EEG-fMRI er talrige og som sådan deres diskussion er uden for rammerne af dette arbejde. Som tidligere nævnt gradienten og puls artefakt kan fjernes ved hjælp af en række teknikker, som omfatter gennemsnitlig artefakt subtraktion 18,19, uafhængig komponent analyse 20,21, optimal basis sæt 22 og stråleformere 25. Ofte en kombination af disse metoder kan anvendes 23 og udførelsen af metoderne er afhængig af faktorer, såsom den magnetiske feltstyrke og den anvendte paradigme. De optimale efterbehandling metoder til en specifik undersøgelse, vil også afhænge af de signaler, Uddrag af data, uanset om disse er oscillerende rytmer eller fremkaldte potentialer kan have en indflydelse på post-forarbejdningsmetoder ansat.
Selv om der er en betydelig igangværende forskning rettet forbedrede datafangst og analysemetoder til samtidig EEG-fMRI, er det allerede muligt at bruge de teknikker der er beskrevet her, for at besvare vigtige neurovidenskab spørgsmål, som kræver en kombination af den høje rumlige opløsning fMRI og fremragende tidsmæssige opløsning af EEG.
Disclosures
Produktionen af denne artikel blev sponsoreret af Brain Products GmbH. Pierluigi Castellone er ansat i Brain Products GmbH, der fremstiller visse instrumenter og software, der anvendes i denne artikel.
Acknowledgments
Vi vil gerne takke Brain Products GmbH for at give deres udstyr, ekspertise og hjælp til at producere dette arbejde. Vi vil også gerne takke Glyn Spencer, University of Nottingham, bistå med produktionen af videoen. Vi takker også Teknik og Physical Science Research Council (EPSRC) EP/J006823/1 og University of Nottingham for at finansiere denne forskning.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3T MR scanner | Here we use a Philips Achieva but any MR scanner should work. | ||
| BrainVision Recorder | Brain Products GmbH | BP-00010 | 1st License item |
| BrainVision RecView | Brain Products GmbH | BP-00051 | basis module |
| BrainAmp MR plus | Brain Products GmbH | BP-01840 | single amplifier |
| BrainAmp USB Adapter | Brain Products GmbH | BP-02041 | BUA64 |
| SyncBox | Brain Products GmbH | BP-02675 | SyncBox complete |
| Fibre Optic cables and USB connectors | Brain Products GmbH | BP-02300 (FOC5) BP-02310 (FOC20) BP-02042 USB2 Cable) | These come with the above listed equipment. |
| BrainCap MR | EASYCAP GmbH | BP-03000-MR | 32 channel EEG cap for use in MR |
| Abralyte 2000 conductive Gel | Brain Products GmbH | FMS-060219 | Conductive and abrasive gel to connect electrodes to scalp |
| Isopropyl Alcohol BP | Brain Products GmbH | FMS-060224 | To be applied before Abralyte Gel. Isopropylalcohol 70% (60 ml)-for degreasing the skin |
| Cotton tipped swab | Brain Products GmbH | FMS-060234 | For application of Abralyte and Isopropyl Alcohol. Cotton Swabs Non-sterile, 100 pieces |
References
- Kilner, J. M., Mattout, J., Henson, R., Friston, K. J. Hemodynamic correlates of EEG: A heuristic. Neuroimage. 28, 280-286 (2005).
- Goldman, R. I., Stern, J. M., Engel, J., Cohen, M. S. Simultaneous EEG and fMRI of the alpha rhythm. Neuroreport. 13, 2487-2492 (2002).
- Laufs, H. Endogenous Brain Oscillations and Related Networks Detected by Surface EEG-Combined fMRI. Human Brain Mapping. 29, 762-769 (2008).
- Debener, S., Ullsperger, M., Siegel, M., Engel, A. K. Single-trial EEG-fMRI reveals the dynamics of cognitive function. Trends in Cog. Sci. 10, 558-563 (2006).
- Eichele, T., et al. Assessing the spatiotemporal evolution of neuronal activation with single-trial event-related potential and functional MRI. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 17789-17803 (2005).
- Lemieux, L. Electroencephalography-correlated functional MR imaging studies of epileptic activity. Neuroimaging Clinics of North America. 14, 487 (2004).
- Grouiller, F., et al. With or without spikes: localization of focal epileptic activity by simultaneous electroencephalography and functional magnetic resonance imaging. Brain. 134, 2867-2886 (2011).
- Debener, S., Mullinger, K. J., Niazy, R. K., Bowtell, R. W. Properties of the ballistocardiogram artefact as revealed by EEG recordings at 1.5, 3 and 7 Tesla static magnetic field strength. Int. J. of Psychophys. 67, 189-199 (2008).
- Yan, W. X., Mullinger, K. J., Brookes, M. J., Bowtell, R. W. Understanding Gradient Artefacts in Simultaneous EEG/fMRI. Neuroimage. 46, 459-471 (2008).
- Yan, W. X., Mullinger, K. J., Geirsdottir, G. B., Bowtell, R. W. Physical modelling of pulse artefact sources in simultaneous EEG/fMRI. Human Brain Mapping. 31, 604-620 (2010).
- Mullinger, K. J., Brookes, M. J., Stevenson, C. M., Morgan, P. S., Bowtell, R. W. Exploring the feasibility of simultaneous EEG/fMRI at 7 T. Magnetic Resonance Imaging. 26, 607-616 (2008).
- Mullinger, K. J., Yan, W. X., Bowtell, R. W. Reducing the Gradient Artefact in Simultaneous EEG-fMRI by Adjusting the Subject's Axial Position. NeuroImage. 54, 1942-1950 (2011).
- Mandelkow, H., Halder, P., Boesiger, P., Brandeis, D. Synchronization facilitates removal of MRI artefacts from concurrent EEG recordings and increases usable bandwidth. Neuroimage. 32, 1120-1126 (2006).
- Mullinger, K. J., Morgan, P. S., Bowtell, R. W. Improved Artefact Correction for Combined Electroencephalography/Functional MRI by means of Synchronization and use of VCG Recordings. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 27, 607-616 (2008).
- Chia, J. M., Fischer, S. E., Wickline, S. A., Lorenz, C. H. Performance of QRS detection for cardiac magnetic resonance imaging with a novel vectorcardiographic triggering method. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 12, 678-688 (2000).
- Fischer, S. E., Wickline, S. A., Lorenz, C. H. Novel Real-Time R-Wave Detection Algorithm Based on the Vectorcardiogram for Accurate Gated Magnetic Resonance Acquisitions. Magnetic Resonance In Medicine. 42, 361-370 (1999).
- Jansen, M., et al. Motion-related artefacts in EEG predict neuronally plausible patterns of activation in fMRI data. Neuroimage. 59, 261-270 (2012).
- Allen, P. J., Josephs, O., Turner, R. A Method for removing Imaging Artifact from Continuous EEG Recorded during Functional MRI. Neuroimage. 12, 230-239 (2000).
- Allen, P. J., Poizzi, G., Krakow, K., Fish, D. R., Lemieux, L. Identification of EEG Events in the MR Scanner: The Problem of Pulse Artifact and a Method for Its Subtraction. Neuroimage. 8, 229-239 (1998).
- Briselli, E., et al. An independent component ballistocardiogram analysis-based approach on artifact removing. Magnetic Resoance Imaging. 24, 393-400 (2006).
- Mantini, D., et al. Complete artifact removal for EEG recorded during continuous fMRI using independent component analysis. Neuroimage. 34, 598-607 (2007).
- Naizy, R. K., Bechmann, C. F., Iannetti, G. D., Brady, J. M., Smith, S. M. Removal of fMRI environment artifacts from EEG data using optimal basis sets. Neuroimage. 28, 720-737 (2005).
- Eichele, T., Moosmann, M., Wu, L., Gutberlet, I., Debener, S. Simultaneous EEG and fMRI: recording, analysis and application. Ullsperger, M., Debener, S. 1, Oxford University Press. (2010).
- Sandmann, P., et al. Visual activation of auditory cortex reflects maladaptive plasticity in cochlear implant users. Brain. 135, 555-568 (2012).
- Brookes, M. J., Mullinger, K. J., Stevenson, C. M., Morris, P. G., Bowtell, R. W. Simultaneous EEG source localisation and artifact rejection during concurrent fMRI by means of spatial filtering. NeuroImage. 40, 1090-1104 (2008).
