Summary
Elettroencefalografia simultanea (EEG) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) è uno strumento potente di neuroimaging. Tuttavia, l'interno di uno scanner MRI forma un ambiente difficile per la registrazione di dati EEG e di sicurezza devono essere considerate quando lavora con apparecchiature EEG all'interno di uno scanner. Qui vi presentiamo un EEG-fMRI protocollo di acquisizione dei dati ottimizzata.
Abstract
Simultanea EEG-fMRI permette la risoluzione temporale eccellente di EEG per essere combinato con l'elevata precisione spaziale della fMRI. I dati di queste due modalità possono essere combinate in vari modi, ma tutti si basano sull'acquisizione di dati EEG e fMRI alta qualità. Dati EEG acquisiti durante fMRI simultanei sono influenzati da diversi manufatti, tra cui il manufatto gradiente (dovuta alle mutate gradienti di campo magnetico necessario per fMRI), il manufatto di impulso (legato al ciclo cardiaco) e artefatti da movimento (conseguente a movimenti in forte magnetico campo dello scanner, e l'attività muscolare). Metodi di post-elaborazione per la correzione con successo il gradiente e manufatti impulsi richiedono un certo numero di criteri che devono essere soddisfatti durante l'acquisizione dei dati. Riducendo al minimo movimento della testa durante EEG-fMRI è anche indispensabile per limitare la produzione di manufatti.
Interazioni tra la frequenza radio (RF), gli impulsi necessari per la risonanza magnetica e THe hardware EEG può verificarsi e può causare il riscaldamento. Questo è solo un rischio significativo se le norme di sicurezza non sono soddisfatti. Progettazione hardware e set-up, così come un'attenta selezione delle quali sequenze RM vengono eseguiti con l'hardware attuale EEG devono quindi essere considerate.
Le questioni di cui sopra sottolineano l'importanza della scelta del protocollo sperimentale utilizzato durante l'esecuzione di un esperimento simultanea EEG-fMRI. Sulla base di ricerche precedenti abbiamo descritto uno sperimentale ottimale set-up. Questo fornisce dati EEG ad alta qualità durante fMRI simultanei quando si utilizzano sistemi di EEG e fMRI commerciali, con rischi per la sicurezza per il soggetto ridotto al minimo. Dimostriamo questo set-up in un esperimento EEG-fMRI utilizzando un semplice stimolo visivo. Tuttavia, stimoli molto più complessi possono essere utilizzati. Qui si mostra l'EEG-fMRI set-up utilizzando un Brain Products GmbH (Gilching, Germania) MRplus, 32 canali EEG sistema in combinazione con un Achieva Philips (Best, Olanda) 3T MR scanner, anche semolte delle tecniche sono trasferibili ad altri sistemi.
Introduction
Elettroencefalografia simultanea (EEG) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) consente la risoluzione temporale eccellente di EEG per essere combinato con l'elevata precisione spaziale della fMRI. Ci sono un certo numero di modi in cui i dati da queste due modalità possono essere combinati 1, ma tutti si basano sull'acquisizione di dati EEG e fMRI alta qualità. Ad oggi, simultanea EEG-fMRI è stato utilizzato per studiare la correlazione tra ritmi oscillatori (misurate con EEG) e le risposte di ossigenazione del sangue (con livello di ossigenazione del sangue dipendente (BOLD) fMRI), per esempio 2,3. E 'stato anche utilizzato per studiare se le caratteristiche del segnale evocato possono spiegare la varianza nel segnale BOLD in prova-by-trial 4,5. Negli studi clinici, l'uso principale della tecnica è stato quello di indagare i fuochi delle scariche epilettiche interictali, che possono aiutare nella pianificazione chirurgica e sono attualmente difficili da localizzare in modo non invasivo6,7. Per realizzare la fusione di dati EEG e fMRI, che è desiderato, è essenziale disporre di dati di alta qualità provenienti da entrambe le modalità. Tuttavia, i dati EEG acquisiti durante fMRI simultanei sono influenzati da diversi manufatti, tra cui il manufatto gradiente (a causa dei campi magnetici mutevoli richieste per fMRI), il manufatto di impulso (legato al ciclo cardiaco) e artefatti da movimento (derivante da movimenti del forte campo magnetico dello scanner, nonché attività muscolare). Questi manufatti sono significativamente più grande della attività neuronale di interesse e quindi di riduzione (alla fonte) e la correzione degli artefatti (tramite post-processing) sono entrambi necessari per consentire successo della simultanea EEG-fMRI.
I metodi attualmente disponibili per la correzione del gradiente e artefatti impulsi post-elaborazione richiedono un certo numero di criteri da soddisfare durante l'acquisizione dei dati al fine di produrre dati EEG di alta qualità. Nel corso del decennio precedente l'optIMAL set-up sperimentale per la registrazione di dati di alta qualità si è evoluta come la nostra comprensione delle cause dei manufatti 8-10 è migliorata e abbiamo imparato come modificare metodi sperimentali in modo da ridurre gli artefatti alla fonte 11,12 e per migliorare la prestazioni di algoritmi di correzione di post-processing. Questi sviluppi includono il miglioramento della campionatura delle forme d'onda gradiente attraverso la sincronizzazione degli orologi scanner 13,14 e l'uso di un vectocardiogram 15,16 per fornire una traccia cardiaca più pulito rispetto al tradizionale ECG. La traccia vectocardiogram è derivato da quattro elettrodi posizionati sul torace con un stringenti filtro passa-basso impiegati 14-16. Come risultato la traccia è relativamente inalterata artefatti gradiente ed è insensibile al flusso sanguigno manufatto rendendo più facile individuazione R-picco. Tuttavia, la possibilità di registrare un vectocardiogram non è disponibile su tutti gli scanner MRI e quindi sarà menzionato solo brevemente in questa studio. L'importanza della minimizzazione dei manufatti e rigorosa pulizia dei dati è stata evidenziata dalla recente dimostrazione che gli artefatti da movimento registrate nei dati EEG possono correlare con l'attività BOLD estraneo al compito di interesse, producendo risultati spuri se estrema cura non è stata presa in tutta la processo sperimentale 17.
Il metodo presentato qui rappresenta l'attuale approccio ottimale per l'ottenimento di dati EEG e fMRI di alta qualità allo stesso tempo utilizzando hardware MR e sequenze di impulsi che sono ampiamente disponibili, insieme ad attrezzature EEG fornito commercialmente. Implementazione del metodo di acquisizione suggerito, in concomitanza con l'uso di appropriati metodi di post-elaborazione, produrrà dati EEG e fMRI che possono essere utilizzati per rispondere a una serie di importanti questioni delle neuroscienze.
Protocol
1. Preparazione del setup sperimentale
- Prima dell'arrivo del soggetto impostare l'apparecchiatura EEG nella sala di controllo dove l'operatore scanner siederà. Collegare il computer portatile all'hardware EEG come mostrato in Figura 1. Nota: tutti i trigger da dispositivi periferici e lo scanner MR devono avere durate più di 200 msec per essere rilevati dal sistema EEG.
- Configurare il computer stimolo, in questo studio, usiamo uno stimolo visivo; marcatori vengono letti nel registratore BrainVision all'inizio e alla fine di ogni periodo di stimolazione.
- Assicurare lo spazio di lavoro per la registrazione dei dati è impostato sulla massima risoluzione temporale disponibile e le impostazioni di filtro corretto. Per la maggior parte degli studi accoppiamento AC con un filtro di 0,016-250 Hz è ottimale anche se DC-giunto o un più alto (1 kHz), filtro passa-basso può essere richiesto se i segnali neuronali ultra bassa o ad alta frequenza sono di interesse, rispettivamente.
- Controllare gli indicatori della scanner e presentazione dello stimolo a confermare che essi vengono rilevati correttamente dal sistema EEG. Attivare la sincronizzazione dello scanner e orologi EEG utilizzando il pannello di controllo del registratore BrainVision. Poi controlla se la sincronizzazione viene eseguita correttamente; se il set up è corretta l'icona verde e "Sync On" apparirà dot.
- Impostare lo scanner MR in modo convenzionale, qui stiamo usando il corpo trasmette bobina RF e una testa canale 32 riceve bobina RF. Quando possibile, è meglio usare una bobina di trasmissione di dimensioni della testa per minimizzare il rischio di RF riscaldamento del tappo EEG e relativi cavi. Tuttavia sulla maggior scanner, la bobina di trasmissione testa non può essere utilizzato in combinazione con una bobina ricevente multi-elemento, che porta ad una sub-ottimale impostato per l'acquisizione dei dati fMRI (in particolare l'imaging parallelo velocità-up non è possibile). Stiamo usando questo specifico capo ricevere bobina perché incorpora una porta di accesso che permette ai cavi dal cappuccio EEG a correre lungo un percorso rettilineo di scanner.
- Assicurarsi che le sequenze di RM che verranno eseguiti sono impostati. La sequenza fMRI deve utilizzare un TR fetta che è un multiplo del periodo di clock EEG (200 msec). Se si utilizza un sistema RM Philips la calcolatrice Timing Philips può essere utilizzato per determinare le combinazioni possibili TR fetta e.
- Fai un controllo finale che tutte le apparecchiature è la registrazione come previsto.
2. Oggetto arrivo
- Chiedere al soggetto di arrivare con i capelli puliti e indossare vestiti comodi e non metallici.
- Spiegare al soggetto lo scopo dell'esperimento e che cosa accadrà.
- Chiedere al soggetto di compilare i moduli che vengono utilizzati per stabilire che non ci sono controindicazioni per MR scansione e che i consensi subordinato alla partecipazione all'esperimento. Controllare i moduli prima di procedere. In questo studio è stata ottenuta l'approvazione del comitato etico locale e tutti i soggetti hanno dato il consenso informato.
- Misurare la circonferenza della testa e selezionare l'applicazioneTappo ropriately dimensioni (cioè la più piccola tappo disponibile che è più grande della dimensione della testa). Posizionare il cappuccio sulla testa a partire dalla parte anteriore della testa e tirando indietro. Posizionare correttamente il tappo, in modo tale che elettrodo Cz è situata a metà strada tra il nasion e inion e anche centrato sinistra-destra.
- Collegare gli elettrodi alla testa da: spostando i capelli fuori del modo, l'applicazione di alcool e poi gel Abralyte. Collegare l'elettrodo ECG alla base della schiena usando un metodo simile a quello utilizzato per gli elettrodi cap. Questo elettrodo è utilizzato per misurare il battito cardiaco. Il posizionamento alla base della schiena è consigliato per massimizzare il rapporto segnale-rumore del R-picco nella traccia ECG e per comodità soggetto.
- Lavorare sui contatti in modo da ridurre le impedenze di elettrodi sulla testa a meno di 10 kW (esclusa la resistenza dei resistori interni di ciascun elettrodo). ECG e resistenza EOG possono essere maggiore, come i segnali sono forti e ad a buonZIONI può essere difficile da raggiungere, ma deve essere mantenuta al di sotto 50kΩ.
- Verificare la qualità dei dati EEG è soddisfacente controllando visivamente i dati sullo schermo del monitor.
3. Registrazione esterna dello scanner MR
(Opzionale: Necessario solo se desiderate confrontare EEG Data Quality da dentro e fuori lo scanner MR)
- Montare l'apparecchio di presentazione e apparecchiature EEG fuori lo scanner (in una posizione in cui il campo magnetico è basso). Assicurarsi che la messa a punto è il più simile possibile a quello utilizzato all'interno dello scanner RM (in particolare, il soggetto deve essere in posizione supina e un processo simile di presentazione dello stimolo deve essere utilizzato).
- Eseguire l'esperimento e registrare i dati in un modo simile a quello utilizzato all'interno dello scanner (vedere sezione 4).
4. Impostazione Oggetto interno dello scanner MR
- Chiedere al soggetto di essere seduti mentre si imposta l'equi EEGpment nella stanza dello scanner MR.
- Prendere l'amplificatore nella stanza schermato e posizionarlo su un tavolo al retro dello scanner. Collegare l'amplificatore a un cavo in fibra ottica lungo. Far passare il cavo in fibra ottica attraverso la guida d'onda e collegarlo all'adattatore BrainAmp USB nella sala di controllo (Figura 1).
- Registrare il paziente nel paziente scanner MR data-base.
- Prendete l'oggetto nella stanza e chiedere loro di sdraiarsi sul letto dello scanner.
- Dare i tappi per le orecchie soggetto, cuffie e pulsante di chiamata, e di garantire che essi sono confortevoli.
- Mettete la bobina di testa sopra la testa del soggetto. I cavi EEG devono lasciare la bobina testa lungo il percorso più breve possibile. Ora pad testa del soggetto per ridurre al minimo il movimento della testa.
- Spostare il soggetto nello scanner foro, garantendo che gli elettrodi PF1 e PF2 sono a isocentro dello scanner MR nella direzione z. Ciò si ottiene normalmente allineando questi due elettrodi con la luce che viene utilizzato per posizionare tegli soggetto prima che entrino nel foro.
- Applicare il cappuccio EEG all'amplificatore sul retro dello scanner. Assicurarsi che non ci sono fili passanti nelle derivazioni EEG (in quanto questi possono causare il riscaldamento RF e anche causare grandi artefatti EEG per essere indotti) e che il cablaggio è isolato da il più possibile le vibrazioni MR scanner, qui usiamo una trave a sbalzo per raggiungere questo isolamento.
5. La registrazione all'interno dello scanner
- Parlate con il soggetto dalla sala console per confermare che si può sentire l'operatore scanner e sono OK.
- Un secondo sperimentatore avvia il monitoraggio EEG, controllando per elettrodi rumorosi nelle tracce, così come per il verde "Sync On" punto in basso dello schermo.
- L'effetto chiara delle crio-pompe sulla registrazione può essere visto (vedere Figura 2). Pertanto, disattivare queste pompe durante l'acquisizione dei dati, a seguito di indicazioni fornite dal produttore.
- Chiedere al soggetto di muovere la testa da un smaimporto ll. L'importanza di mantenere la testa ancora si può vedere dalle grandi tensioni nella registrazione EEG che derivano da piccoli movimenti della testa.
- Testare la registrazione dell'attività neuronale chiedendo al soggetto di aprire e chiudere gli occhi. Cercare attività alfa occipitale. Questo sarà verificare se si sta misurando i segnali fisiologici piuttosto che rumore. Se un segnale alfa non può essere visto sul soggetto (che si verifica in alcuni soggetti) è possibile testare per attività neuronale con una breve corsa del paradigma sperimentale senza il funzionamento dello scanner MR e per cercare la media potenziale evocato.
- Il manufatto impulso può chiaramente vedere nei dati grezzi (vedere Figura 2) in particolare sugli elettrodi sulle tempie. Utilizzare il tracciato ECG per correggere questo artefatto in tempo reale utilizzando RecView (o in post-pacchetti software di elaborazione).
- Non appena inizia ogni risonanza magnetica i gradienti causeranno grandi artefatti nei dati EEG.
- When l'esperimento fMRI è pronto a partire, - con il sistema di presentazione dello stimolo in uno stato pronto - poi iniziare a salvare i dati EEG seguendo i passi indicati.
- Ora inizia l'esperimento, controllando che i marcatori dalla presentazione dello stimolo e lo scanner MR possono essere visti in BrainVision Recorder. Qui lo stimolo consiste di una scacchiera radiale pieno campo al 100% di contrasto. Il tasso di inversione è 2 Hz tale che una risposta evocata sarà effettuata ogni 500 msec ed un marcatore viene inserito nel file EEG ad ogni inversione dell'immagine.
- La qualità dei dati EEG sembrerà essere molto povera, ma può essere ripulito, sia on-line in RecView o durante la post-elaborazione. Affinché la correzione manufatto gradiente di lavorare senza compromettere la registrazione di segnali neuronali, la presentazione dello stimolo non deve essere bloccato al TR e la frequenza di ripetizione dello stimolo non deve essere uguale alla frequenza di ripetizione fetta.
- Correzione del manufatto gradiente deve essere effettuata out prima dell'impulso correzione manufatto (vedi figure 3 e 4). I dati possono poi essere segmentato in base a presentazione dello stimolo e analizzati con numerose tecniche, il più semplice dei quali è in media per le indagini di risposte evocate (vedi Figura 6).
6. Debriefing il Soggetto
- Una volta che la scansione è completata, prendere il soggetto dallo scanner e li aiutano a togliere il tappo EEG.
- Consentire loro di lavarsi i capelli.
- Ora sono libero di andarsene.
7. Chiarire al termine dell'esperimento
- Imballare l'apparecchiatura EEG come richiesto dal laboratorio. Se il costruttore MR richiede, assicurarsi che l'hardware di sincronizzazione è scollegato al termine di ogni sessione e non lasciata attaccata all'elettronica scanner.
- Infine, il tappo EEG deve essere pulito. Per fare questo, immergere il coperchio in acqua (di solito per circa 5 min)o una miscela di acqua e disinfettante (il disinfettante deve essere selezionata in base rilevante spettro e disinfettante raccomandazione patogeno del produttore cap. Tempo di esposizione e concentrazione disinfettante devono seguire le linee guida del produttore del disinfettante.). Quindi utilizzare uno spazzolino per pulire via residui di gel. E 'molto importante pulire completamente il tappo per garantire la corretta esecuzione del tappo quando successivamente utilizzate.
8. Analisi
- Qui, reale analisi EEG tempo è stato dimostrato, tuttavia è anche possibile e di norma auspicabile post-elaborazione dei dati EEG. Questo può essere fatto in un certo numero di pacchetti di analisi come Brain Products Analyzer 2 o EEGLAB.
- Gradiente e correzione artefatto polso possono essere eseguiti utilizzando una varietà di metodi, quali: artefatto media sottrazione 18,19 (comunemente utilizzati per la correzione sfumatura e spesso usato per impulso correzione artefatto), indipendente componente di analisi 20,21 22 (per impulso correzione artefatto).
- I dati possono poi essere analizzati nel tempo o nel dominio della frequenza per guardare risposte evocate e in corso di attività oscillatoria.
- Qui, abbiamo registrato la traccia ECG utilizzando il sistema Products Cervello modo da ottenere le informazioni necessarie per la correzione artefatto impulsi. Nel setup standard traccia ECG viene rilevata tramite un apposito elettrodo posto sul retro del soggetto. Nel nostro laboratorio usiamo anche una soluzione non standard, che impiega un vectrocardiogram per generare la traccia cardiaca (questa soluzione è disponibile solo con il Philips apparecchiature di monitoraggio fisiologico). Abbiamo trovato questo può essere utile se una traccia pulita non può essere ottenuto usando l'ECG convenzionale set-up.
Representative Results
La Figura 3 mostra la qualità del segnale da aspettarsi quando è stata eseguita alcuna correzione manufatto. È chiaro che qualsiasi attività neuronale è oscurata. Figura 3C mostra che il manufatto gradiente avviene a frequenze distinte che sono armoniche della frequenza di acquisizione fetta nella sequenza fMRI, che coprono l'intera gamma di frequenza della registrazione. Figura 4 mostra l'artefatto impulsi che si rivela una volta che il manufatto gradiente è stato rimosso con il metodo di post-trattamento dei media artefatto sottrazione in Analyzer 2 (versione 2.0.2). È chiaro che vi è una notevole variazione spaziale di questo manufatto e che O1, uno dei canali di interesse per questo esperimento visivo, visualizza un manufatto particolarmente grande impulso. Questo manufatto ha una frequenza inferiore rispetto alla manufatto gradiente (principalmente sotto di 10 Hz - Figura 4C) ed è legata all'attività cardiaca Figura 5 mostra. la qualità dei dati EEG ottenibile dopo gradiente e correzione artefatto impulsi; qui il manufatto impulso è stato corretto usando media artefatto sottrazione Analyzer 2 ed R picchi della forma d'onda cardiaco sono stati rilevati dalla traccia ECG. È chiaro che l'ampiezza dei segnali rimanenti sono molto più piccole e quindi segnali neuronali non sono più oscurato, come dimostrano le risposte evocate ottenuti nelle figure 6 e 7. Figura 6 mostra una tipica risposta evocata prodotta facendo la media di tutti tutti 300 stimoli. Tuttavia, la variabilità di questa risposta di tutti i blocchi può essere visto in Figura 7 ed è questa variazione naturale e imprevedibile in risposte neuronali che possono essere utilizzate per interrogare correlazioni tra le risposte BOLD EEG e quando sono state eseguite registrazioni simultanee.
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Figura 1. Un diagramma schematico del set-up delle apparecchiature EEG ed i collegamenti necessari tra hardware, come descritto nel protocollo. Clicca qui per ingrandire la figura .
Figura 2. Trasformata di Fourier del segnale raccolto su un soggetto disteso su ancora con le pompe crio-on (rosso) e off (nero) per un canale rappresentativo (P7).
Figura 4 Dieci secondi di dati EEG registrati su 16 diversi canali durante la concomitante MRI mostrati dopo la correzione manufatto gradiente utilizzando AAS su 16 canali diversi (A);. Concentrandosi su 5 secondi di dati da Oz (B), con il relativo trasformata di Fourier (C Clicca qui per ingrandire la figura .
Figura 5. Ten secondi di dati EEG registrati Il 16 canali differenti durante fMRI concorrente, mostrato dopo gradiente e la correzione del manufatto impulso utilizzando AAS (A), concentrandosi su 5 secondi di dati da Oz (B), con il relativo trasformata di Fourier (C). Clicca qui per vedere grande figura .
Figura 6. Risposta medio EEG evocati (300 medie) per i canali 01 e 02 (a sinistra) e associato mappa topografica per il P120 (a destra).
Figura 7. Variazione della risposta evocata attraverso blocchi per canale O1 (risposte sono state in media entro 30 sec blocchi).
Discussion
Consigli generali Poiché il layout fisico di tutte le camere scanner è diverso ci rendiamo conto che potrebbe non essere in grado di posizionare i vostri amplificatori EEG fuori il foro del magnete. In questo caso un buon compromesso è quello di posizionare gli amplificatori su un tappeto di gomma spessa per dissociare loro di vibrazioni scanner il più possibile. Se si scopre che la correzione artefatto gradiente non funziona bene, quindi controllare i tempi tra volume o marcatori fetta, in quanto è probabile che in questo caso che il TR che è stato inserito nella console MR non è proprio il TR che viene generato . In questo caso è necessario contattare il produttore dello scanner MR rilevanti per ulteriore assistenza.
I passi più importanti nel processo di acquisizione dei dati EEG durante fMRI simultanei sono quelle prese per assicurare che tutte le fonti esterne di rumore sono stati ridotti al minimo (ad esempio pompe cyrocooler e le vibrazioni delle apparecchiature EEG). Per allow ottimale correzione artefatto gradiente è importante garantire che gli orologi scanner EEG e MR sono sincronizzati, la fetta TR è un multiplo del periodo di clock scanner e che il soggetto è posizionato in modo ottimale. Per garantire ottimali artefatta correzione molte tecniche richiedono una traccia pulita cardiaco da cui R picchi possono essere rilevati, suggeriamo che questo può essere meglio raggiunto con un VCG, anche se è possibile anche con un cavo ECG ben posizionati. Se si utilizza l'ECG allora è consigliabile disporre questo alla base della schiena per massimizzare il rapporto segnale-rumore del R-picco con l'ulteriore vantaggio di questo essere un sito più semplice accesso una posizione vicino al cuore 23. Posizionamento del cavo ECG sui risultati del torace in artefatti da movimento dovuti alla respirazione di essere aggiunto alla traccia da questo cavo oltre a causare l'artefatto gradiente di variare nel tempo. Ciò può provocare la saturazione traccia e / o correzione artefatto gradiente non funziona a causa della variabilità templatee perciò non è raccomandato.
Discussione generale EEG-fMRI è un potente strumento per lo studio delle funzioni cerebrali, come la risoluzione temporale elevata di EEG può essere combinata con l'alta risoluzione spaziale della fMRI. Ad oggi, un certo numero di studi hanno utilizzato questo approccio multi-modale per ottenere una migliore comprensione della funzione cerebrale. EEG-fMRI è stato applicato a volontari sani al fine di indagare la correlazione tra ritmi oscillatori (misurate con EEG) e le risposte di ossigenazione del sangue (tramite fMRI BOLD), ad esempio 2,3. E 'stato anche utilizzato per studiare se le caratteristiche del segnale evocato possono spiegare la varianza nel segnale BOLD in prova-di-prova 4,5. Negli studi clinici, l'uso principale della tecnica è stato quello di indagare i fuochi delle scariche epilettiche interictali che sono intrinsecamente difficili da localizzare in modo non invasivo 6,7. Questi esempi mostrano la potenza di questo imag multimodaleing strumento. Tuttavia, per consentire lo studio di tali fenomeni, è importante avere accesso alla migliore qualità possibile dei dati EEG e MRI. Per raggiungere questo obiettivo all'interno dello scanner RM è importante avere il miglior set-up sperimentale e anche di scegliere i metodi di analisi più appropriati. I metodi di analisi ottimali saranno in parte dipendere dalla domanda di ricerca di interesse, come saranno i metodi di correzione per la rimozione dei manufatti. Ad esempio, le dimensioni e il numero di movimenti che si sono verificati durante la registrazione determineranno la combinazione più efficace di algoritmi per la rimozione del manufatto gradiente. Tuttavia, l'ottimo set-up sperimentale di hardware EEG e fMRI è relativamente indipendente da specifiche domande di ricerca. Le linee guida indicate qui sono quindi di valore generale e possono essere seguiti in esperimenti utilizzando diversi EEG e MR scanner hardware che abbiamo usato.
Qui abbiamo dimostrato i metodi di acquisizione che spallad essere seguita per l'acquisizione di dati EEG e fMRI di alta qualità. Abbiamo utilizzato uno stimolo visivo basato su un paradigma stimolo impiegato in precedenza 24. Tuttavia, le stesse tecniche di acquisizione dati può essere applicata indipendentemente dalla paradigma utilizzato per stimolare l'attività cerebrale di interesse. Quando si sceglie il paradigma va notato che la qualità dei dati EEG che si possono ottenere quando si registra all'interno dell'ambiente MR con le tecniche attualmente disponibili agli utenti (e qui descritto) ancora fare alcune limitazioni delle attività cerebrale che possono essere studiati: ci sono particolari difficoltà nel registrare l'attività EEG in basso (<5 Hz) e alta frequenza (> 80 Hz), dove bande di impulso residuo e artefatti di gradiente possono soggiornare. Inoltre, è necessario prestare attenzione al momento di scegliere il paradigma in modo che la possibilità di movimento del soggetto legato al compito è ridotto al minimo. Questo è un problema perché artefatti di movimento nei dati EEG sono spesso difficili da artefatti corretti e piccole possono esseredifficile identificare con chiarezza, anche se ancora possono dominare i segnali neuronali. Questi artefatti di movimento possono causare correlazioni spurie ma plausibile con i dati fMRI 17.
Metodi di post-elaborazione per simultanea EEG-fMRI sono numerosi e come tali la loro discussione va oltre lo scopo di questo lavoro. Come precedentemente accennato il gradiente e manufatto impulso può essere rimosso utilizzando una serie di tecniche che includono media artefatto sottrazione 18,19, 20,21 indipendente componente di analisi, base ottimale imposta fasci formatori 22 e 25. Spesso una combinazione di questi metodi possono essere impiegati 23 e le prestazioni dei metodi dipende da fattori quali l'intensità del campo magnetico e il paradigma utilizzato. I metodi di post-elaborazione ottimali per uno studio specifico dipenderà anche i segnali per estrarre dai dati, se questi sono i ritmi oscillatori o potenziali evocati possono avere un'influenza sul Pometodi st-elaborazione impiegati.
Mentre vi è una notevole ricerca in corso mira migliorate di acquisizione e di analisi dei dati per la simultanea EEG-fMRI, è già possibile, utilizzando le tecniche descritte qui, per rispondere alle domande importanti della neuroscienza che richiedono la combinazione di alta risoluzione spaziale della fMRI e la eccellente risoluzione temporale di EEG.
Disclosures
La produzione di questo articolo è stato sponsorizzato da Brain Products GmbH. Pierluigi Castellone è un dipendente di Brain Products GmbH, che produce alcuni strumenti e software utilizzati in questo articolo.
Acknowledgments
Vorremmo ringraziare Brain Products GmbH per fornire loro attrezzature, competenze e aiutare nella produzione di questo lavoro. Vorremmo anche ringraziare Glyn Spencer, Università di Nottingham, per aiutare con la produzione del video. Ringraziamo anche Ingegneria e Scienze Fisiche Research Council (EPSRC), EP/J006823/1 e Università di Nottingham per il finanziamento di questa ricerca.
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 |
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