Summary
Samtidig elektroencefalografi (EEG) och funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) är ett kraftfullt neuroimaging verktyg. Däremot bildar insidan av en magnetkamera en svår miljö för EEG dataregistrering och säkerhet måste beaktas när du hanterar EEG utrustning i en scanner. Här presenterar vi ett optimerat EEG-fMRI datainsamling protokollet.
Abstract
Samtidig EEG-fMRI kan utmärkt temporal upplösning av EEG för att kombineras med hög rumslig noggrannhet fMRI. Data från dessa två modaliteter kan kombineras på ett antal sätt, men alla förlitar sig på förvärv av högkvalitativa EEG och fMRI data. EEG-data som förvärvats under samtidig fMRI påverkas av flera artefakter, inklusive gradient artefakt (på grund av de förändrade magnetfältsgradienter krävs för fMRI), pulsen artefakt (kopplat till hjärt-cykeln) och artefakter rörelse (till följd av rörelser i starka magnetiska området för skannern, och muskelaktivitet). Post-bearbetningsmetoder för framgångsrikt korrigera lutning och artefakter puls kräver ett antal kriterier som ska uppfyllas vid datainsamling. Minimera head rörelse under EEG-fMRI är också viktigt för att begränsa uppkomst av artefakter.
Interaktioner mellan radiofrekvens (RF) pulser som krävs för MRI och the EEG hårdvara kan förekomma och kan orsaka uppvärmning. Detta är bara en betydande risk om säkerhetsföreskrifterna inte är uppfyllda. Maskinvara design och installation, liksom noggrann urval av vilka MR-sekvenser drivs med EEG befintlig hårdvara måste därför övervägas.
Ovanstående frågor betona vikten av valet av den använda experimentella protokollet när du utför en samtidig EEG-fMRI experiment. Baserat på tidigare forskning beskriver vi en optimal experimentell uppsättning. Detta ger högkvalitativa EEG-data vid samtidig fMRI vid användning av kommersiella EEG och fMRI system, med säkerhetsrisker till minimerade ämnet. Vi visar denna set-up i en EEG-fMRI experiment med en enkel visuell stimulans. Emellertid kan mycket mer komplexa stimuli användas. Här visar vi de EEG-fMRI set-up med en Brain Products GmbH (Gilching, Tyskland) MRplus, 32 kanals Anläggning i samband med en Philips Achieva (Best, Nederländerna) 3T MR scanner, menmånga av de tekniker som kan överföras till andra system.
Introduction
Samtidig elektroencefalografi (EEG) och funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) kan utmärkt temporal upplösning av EEG för att kombineras med hög spatial noggrannhet fMRI. Det finns ett antal sätt på vilka data från dessa två modaliteter kan kombineras 1, men alla förlitar sig på förvärv av högkvalitativa EEG och fMRI data. Hittills har samtidig EEG-fMRI använts för att studera sambandet mellan oscillerande rytmer (mätt med EEG) och blod svar syresättning (med nivå blodets syresättning beroende (BOLD) fMRI) t.ex. 2,3. Det har också använts för att studera huruvida de egenskaper hos den framkallade signalen kan förklara variansen i FETSTIL signal på en prov-för-prov 4,5. I kliniska studier den huvudsakliga användningen av tekniken har varit att undersöka härdar av Interiktal epileptiska urladdningar, vilket kan hjälpa kirurgisk planering och är för närvarande svårt att lokalisera icke-invasivt6,7. För att uppnå fusion av EEG och fMRI data, som är önskvärd, är det viktigt att ha data av hög kvalitet från båda modaliteter. Men EEG-data som förvärvats under samtidig fMRI påverkas av flera artefakter, inklusive gradient artefakt (på grund av den föränderliga magnetfält som krävs för fMRI), pulsen artefakt (kopplat till hjärt-cykeln) och artefakter rörelse (till följd av rörelser i den starka magnetfält av skannern, liksom muskelaktivitet). Dessa artefakter är betydligt större än den neuronala aktiviteten av intresse och därför minskning (vid källan) och korrigering av artefakter (via post-processing) som båda behövs för att möjliggöra ett framgångsrikt genomförande av samtidig EEG-fMRI.
Efterbehandlingen metoder finns för närvarande för att korrigera lutning och artefakter puls kräver ett antal kriterier som ska uppfyllas vid datainsamling i syfte att producera högkvalitativa EEG-data. Under det föregående decenniet optimal experimentella set-up för inspelning av data av hög kvalitet har utvecklats som vår förståelse av orsakerna till de artefakter 8-10 har förbättrats och vi har lärt oss hur man ändrar experimentella metoder för att minska de artefakter vid källan 11,12 och förbättra utförandet av efterbehandling korrigering algoritmer. Denna utveckling är att förbättra provtagningen av gradienten vågformer genom synkronisering av scanner klockor 13,14 och användning av en vectocardiogram 15,16 för att ge ett renare hjärt spår än den traditionella EKG. Den vectocardiogram spår härrör från fyra elektroder placerade på bröstkorgen med en stränga lågpassfilter anställda 14-16. Till följd av detta spår är relativt opåverkad av lutning artefakter och är okänslig för blodflödet artefakt gör R-toppdetektion lättare. Dock är möjligheten att spela in en vectocardiogram inte tillgänglig på alla MRI scanners och kommer därför endast att nämnas i korthet i denna sektionTudy. Vikten av att minimera artefakter och stringent rengöring av data har belysts av den senaste demonstrationen som rörelseartefakter bokförs i EEG-data kan korrelera med djärva utan koppling till uppgiften av intresse, som producerar falska resultat om extrem man inte är försiktig hela experimentell process 17.
Den metod som presenteras här representerar den aktuella optimala metoden för att erhålla högkvalitativa EEG och fMRI data samtidigt med MR hårdvara och sekvenser puls som är allmänt tillgängliga, tillsammans med kommersiellt levereras EEG utrustning. Genomförandet av det föreslagna förvärvet metoden, i samband med användning av lämpliga post-bearbetningsmetoder, kommer att ge EEG och fMRI data som kan användas för att besvara ett antal viktiga neurovetenskapliga frågor.
Protocol
Ett. Förberedelse av Experimental Setup
- Före subjektets ankomst inrätta EEG utrustningen i kontrollrummet där skannern operatören kommer att sitta. Anslut den bärbara datorn till EEG hårdvara som visas i figur 1 Anmärkning:. Allt utlöser från kringutrustning och MR-scannern måste ha löptider på mer än 200 ps för att detekteras av EEG-systemet.
- Konfigurera stimulans datorn, i denna studie använder vi en visuell stimulans, markörer läses till det BrainVision Recorder vid början och slutet av varje stimulering period.
- Se till att arbetsytan för registrering av uppgifter är inställd på den högsta temporal upplösning och korrekta filter inställningar. För majoriteten av studierna AC-koppling med ett filter av 0,016 till 250 Hz är optimal även DC-koppling eller en högre (1 kHz) lågpassfilter kan behövas om mycket låga eller höga frekvenser neuronala signaler är av intresse, respektive.
- Kontrollera markers från skannern och stimulans presentation för att bekräfta att de spelas in med EEG systemet fullständigt. Slå på synkroniseringen av skannern och EEG klockor med hjälp av BrainVision panelen Recorder kontroll. Kontrollera sedan om synkroniseringen lyckades, om uppsättningen upp är korrekt den gröna ikonen och "Sync On" prick visas.
- Ställ upp MR-scannern på konventionellt sätt, här vi använder kroppen sänder RF-spole och en 32 kanals huvudet emot RF-spole. När det är möjligt, är det bäst att använda ett huvud-sized sända spolen för att minimera risken för RF-uppvärmning hos EEG locket och tillhörande kablar. Men på de flesta skannrar, kan huvudet sänd spolen inte användas i kombination med en multi-inslag mottagarspole, vilket leder till en suboptimal inrättats för förvärv av fMRI uppgifter (i synnerhet parallellt utskriftshastighet-up är inte möjligt). Vi använder denna specifika huvudet får spolen eftersom det innehåller en tillgång port som låter kablarna från EEG locket för att köra längs en rak path ut från skannern.
- Se till MR-sekvenser som ska köras sätts upp. Den fMRI sekvensen måste använda en skiva TR som är en multipel av EEG klockperioden (200 ^ sek). Om du använder en Philips MR-system Philips Timing räknare kan användas för att fastställa eventuell skiva och kombinationer TR.
- Gör en slutlig kontroll att all utrustning är inspelning som förväntat.
2. Ämne Arrival
- Be motivet att anlända med rent hår och bär bekväma, icke-metalliska kläder.
- Förklara till ämnet syftet med experimentet och vad som kommer att hända.
- Be motivet att fylla i formulär som används för att fastställa att det inte finns några kontraindikationer för MR scanning och att ämnet samtycker till att delta i försöket. Kontrollera formulären innan du fortsätter. I denna studie godkännande av den lokala etiska kommittén har erhållits och alla försökspersoner gav informerat samtycke.
- Mät huvud-omkrets ennd väljer lämplig storlek locket (dvs. den minsta tillgängliga mössa som är större än huvudet storlek). Placera locket på huvudet börjar vid den främre delen av huvudet och dra bakåt. Placera locket korrekt, är sådant att Cz elektroden placeras halvvägs mellan nasion och Inion och även centrerade vänster-höger.
- Anslut elektroderna till huvudet genom att flytta håret ur vägen, att tillämpa alkohol och sedan Abralyte gel. Fäst EKG elektroden till basen på baksidan med användning av en motsvarande metod som den som används för locket elektroder. Denna elektrod används för att mäta hjärtslag. Placeringen vid basen av ryggen rekommenderas för att maximera signal-brus av R-toppen i EKG-kurvan såväl som för föremål komfort.
- Arbetet med kontakterna för att minska impedansen hos elektroderna på huvudet till mindre än 10 kQ (exklusive motståndet hos de interna motstånd i varje elektrod). EKG och EOG resistens kan vara högre eftersom signalerna är starkaer och goda förbindelser kan vara svårt att uppnå, men måste hållas under 50kΩ.
- Kontrollera EEG datakvalitet är tillfredsställande genom att visuellt inspektera data på skärmen.
Tre. Inspelning Utanför MR Scanner
(Valfritt: bara om du vill jämföra EEG datakvalitet från insidan och utsidan av MR Scanner)
- Sätt upp presentationen anordningen och EEG utrustning utanför skannern (på en plats där det magnetiska fältet är låg). Kontrollera att installationen är så lika som möjligt som används inne i MR-scannern (särskilt ämnet bör vara liggande och en liknande process av stimulus presentation bör användas).
- Genomför experimentet och registrera data på ett liknande sätt till det som används inne i scannern (se avsnitt 4).
4. Ställa Ämne upp inne i MR Scanner
- Be motivet att sitta medan du SEt upp EEG utrustning i MR-scannern rummet.
- Ta förstärkaren till den avskärmade rummet och placera den på ett bord på baksidan av skannern. Fäst förstärkaren till en lång fiberoptisk kabel. Passera den fiberoptiska kabeln genom vågledare och bifoga det till BrainAmp USB-adaptern i kontrollrummet (Figur 1).
- Registrera patienten i MR-scannern patienten databas.
- Ta föremål i rummet och be dem att ligga på skannerglaset.
- Ge ämnet öronproppar, hörlurarna och ring-knappen, och se till att de är bekväma.
- Sätt huvudet spolen över ämnet huvud. Den EEG kablar måste lämna huvudet spole längs den kortaste möjliga vägen. Nu pad ämnet huvud för att minimera huvudrörelser.
- Flytta motivet i scannern hålet, se till att elektroderna Fp1 och FP2 är på isocentre i MR-scannern i z-riktningen. Detta uppnås normalt genom att rikta in dessa två elektroder med ljus som är used att placera ämnet innan de når hålet.
- Fäst EEG locket till förstärkaren på baksidan av skannern. Se till att det finns ingen tråd loopar i EEG leads (eftersom dessa kan leda till RF uppvärmning och även orsaka större EEG artefakter som induceras) samt att kablaget är isolerad från MR-scannern vibrationer så mycket som möjligt, här använder vi en konsolbalk att uppnå denna isolering.
Fem. Inspelning Inuti Scanner
- Prata med motivet från konsolen rummet för att bekräfta att de kan höra skannern operatören och är OK.
- En andra försöksledaren startar EEG-övervakning, kontroll för bullriga elektroder i spåren, liksom för den gröna "SYNC ON" prick längst ned på skärmen.
- Den tydliga effekten av Cryo-pumpar på inspelningen kan ses (se figur 2). Därför stänga av dessa pumpar under datainsamling, enligt tillverkarens anvisningar.
- Be motivet att flytta thEIR huvudet av en liten mängd. Vikten av att hålla huvudet fortfarande kan ses från de stora spänningar i EEG-inspelning som resulterar från små huvudrörelser.
- Testa inspelningen av neuronal aktivitet genom att be motivet att öppna och stänga sina ögon. Leta efter occipital alfa aktivitet. Detta kommer att testa om du mäter fysiologiska signaler snarare än brus. Om en alfa-signal inte kan ses på ett ämne (som förekommer i vissa ämnen) är det möjligt att testa för neuronal aktivitet genom att utföra en kort sikt av den experimentella paradigm utan MR-scannern igång och leta efter den framkallade genomsnitt potential.
- Pulsen artefakt kan tydligt ses i de rådata (se figur 2) särskilt om elektroder över templen. Använd EKG-kurvan för att rätta till denna artefakt i realtid med hjälp RecView (eller efterbearbetning programvarupaket).
- Så snart som varje MRT börjar gradienterna kommer att orsaka stora artefakter i EEG-data. </ Em>
- När fMRI experimentet är redo att börja, - med den stimulans presentationen systemet i ett beredskapsläge - sedan börja spara EEG-data genom att följa de angivna stegen.
- Nu startar experimentet kontrollerar att markörerna från stimulus presentation och MR-scannern kan ses i BrainVision Recorder. Här stimulansen består av ett fullt fält radiella schackrutiga vid 100% kontrast. Återföringen hastigheten är 2 Hz, så att en initierad reaktion kommer att ske varje 500 msek och en markör placeras i EEG-fil på varje bild omsvängning.
- Den EEG datakvalitet verkar vara mycket dålig, men det kan saneras, antingen on-line i RecView eller under efterbearbetning. För att gradienten artefakt korrigering för att arbeta utan att kompromissa med inspelning av neuronala signaler måste den stimulans presentationen inte låsas vid TR och frekvensen av stimulus upprepning får inte vara lika med den bit repetitionsfrekvens.
- Gradient artefakt korrigering must utföras innan pulsen artefakt korrigering (se figur 3 och 4). Data kan sedan vara uppdelade efter stimulans presentation och analyserades med många tekniker, den enklaste av som genomsnitt för utredning av evoked potential (se Figur 6).
6. Debriefing på Ämne
- När skanningen är klar, ta föremål ur skannern och hjälpa dem att ta av EEG locket.
- Tillåt dem att tvätta håret.
- De är nu fria att lämna.
7. Röjning vid försökets slut
- Packa upp den EEG-utrustning som krävs i ditt laboratorium. Om MR tillverkaren kräver det, se till att synkroniseringen hårdvaran är urkopplad vid slutet av varje session och inte lämnas kvar till skannern elektronik.
- Slutligen måste EEG locket rengöras. För att göra detta, dra locket i vatten (normalt för caoximately 5 min) eller en vatten-och desinfektionsmedel blandning (desinfektionsmedlet bör väljas enligt relevanta patogener spektrum och desinfektionsmedel rekommendation av locket tillverkaren. Exponeringstid och desinfektionsmedel koncentration måste följa riktlinjerna i desinfektionsmedlet tillverkaren.). Använd sedan en tandborste för att rengöra bort kvarvarande gel. Det är mycket viktigt att rengöra locket helt för att säkerställa ett korrekt utförande av locket när därefter används.
8. Analys
- Här, i realtid EEG analys har visat, men det är också möjligt och normalt önskvärt att bearbeta EEG-data. Detta kan göras i ett antal analys paket såsom Brain Produkter Analyzer två eller EEGLAB.
- Gradient och puls artefakt korrigering kan utföras med hjälp av olika metoder såsom: genomsnittlig artefakt subtraktion 18,19 (används ofta för lutning korrigering och ofta används för puls artefakt korrigering), oberoende komponent anallys 20,21 eller optimal bas sätter 22 (för puls artefakt korrigering).
- Data kan sedan analyseras i tids-eller frekvensplanet att titta på evoked och pågående oscillerande aktivitet.
- Här spelade vi EKG-kurvan med hjälp av Brain Products systemet för att erhålla information som är nödvändig för puls artefakt korrigering. I standard installationen EKG-kurvan registreras med hjälp av en särskild elektrod placerad på baksidan av motivet. I vårt labb använder vi också en icke-standard-lösning, som sysselsätter ett vectrocardiogram att generera hjärt trace (denna lösning är endast tillgänglig med Philips fysiologisk övervakningsutrustning). Vi har funnit detta kan vara användbart om en ren spår inte kan erhållas med hjälp av konventionella EKG set-up.
Representative Results
Figur 3 visar signalkvaliteten kan förväntas när ingen artefakt korrigering har utförts. Det är uppenbart att varje nervaktivitet skyms. Att gradienten artefakt uppträder vid bestämda frekvenser som är övertoner för frekvensen av slice förvärv i fMRI-sekvensen, som spänner över hela frekvensområdet inspelningen Figur 3c visar. Figur 4 visar pulsen artefakt vilket avslöjas när gradienten artefakt har tagits bort med hjälp av post-processing metoden för genomsnittlig artefakt subtraktion i Analyzer 2 (version 2.0.2). Det är klart att det är stor rumslig variation av denna artefakt och att O1, en av kanalerna av intresse för denna visuella experiment, visar en särskilt stor puls artefakt. Denna artefakt har en lägre frekvens än gradienten artefakt (främst under 10 Hz - Figur 4C) och är kopplat till den hjärtverksamheten Figur 5 visar. EEG-datakvalitet som kan uppnås efter lutning och puls artefakt korrigering, här pulsen artefakten korrigerades med genomsnittlig artefakt subtraktion i Analyzer 2 och R-topparna av hjärt-vågformen upptäcktes från EKG-kurvan. Det är tydligt att amplituden av de återstående signalerna är mycket mindre och därför neuronala signaler inte längre är skymd, såsom visas av evoked potential erhållna i figurerna 6 och 7. Figur 6 visar en typisk initierad reaktion produceras genom medelvärdesbildning över alla 300 stimuli. Dock kan variationen av detta svar över block ses i figur 7 och det är denna naturliga och oförutsägbar variation i neuronala svar som kan användas för att förhöra korrelationer mellan de djärva och EEG svar när samtidiga inspelningar har utförts.
s/ftp_upload/50283/50283fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50283/50283fig1.jpg "/>
Figur 1. En schematisk bild av uppställningen av EEG utrustning och de anslutningar som krävs mellan hårdvara, såsom beskrivs i protokollet. Klicka här för att visa en större bild .
Figur 2. Fouriertransformen av signalen samlas på en person som ligger stilla med Cryo-pumparna på (röd) och off (svart) för en representativ kanal (P7).
Figur 4 Tio sekunder av EEG-data som spelats in på 16 olika kanaler under samtidig MRI visade efter lutning artefakt korrigering med AAS på 16 olika kanaler (A),. Fokus på 5 sekunder data från Oz (B), med tillhörande Fouriertransformen (C Klicka här för att visa en större bild .
Figur 5. Tio sekunder av EEG-data registreras on16 olika kanaler under samtidig fMRI, som visas efter lutning och puls artefakt korrigering med AAS (A), med fokus på fem sekunder data från Oz (B), med tillhörande Fouriertransformen (C). Klicka här för att se större figur .
Figur 6. Genomsnittlig EEG framkallat svar (300 medelvärden) för kanalerna 01 och 02 (till vänster) och tillhörande topografisk karta för P120 (höger).
Figur 7. Variation av framkallat svar över blocken för kanal O1 (svar har i genomsnitt inom 30 sek block).
Discussion
Allmänna råd Eftersom den fysiska utformningen av alla scanner rum är annorlunda vi förstår att du inte kan ha möjlighet att placera dina EEG förstärkare utanför hålet i magneten. I detta fall är en bra kompromiss är att placera förstärkarna på en tjock gummidyna så att frikoppla dem från skannern vibrationer så mycket möjligt. Om du tycker att lutningen artefakt korrigeringen inte fungerar bra, så kolla tiderna mellan volym eller markörer skiva, eftersom det är troligt i detta fall att den TR som har matats in i MR-konsolen är inte exakt den TR som genereras . I så fall måste du kontakta den aktuella MR-scannern för att få hjälp.
De viktigaste stegen i processen av EEG datainsamling under samtidig fMRI är de som vidtas för att se till att alla externa bullerkällor har minimerats (t.ex. cyrocooler pumpar och vibrationer i EEG-utrustning). Till allow optimal lutning artefakt korrigering är det viktigt att se till att EEG och MR scanner klockor är synkroniserade, är skivan TR en multipel av skannern klockperioden och att ämnet är optimalt placerad. För att säkerställa optimala puls artefakt korrigering många tekniker kräver en ren hjärt spår som R-toppar kan detekteras, föreslår vi att detta bäst kan uppnås med hjälp av en VCG, men det är också möjligt med en väl positionerat EKG bly. Om med hjälp av EKG är det rekommenderat att placera denna vid basen av ryggen för att maximera signal-brusförhållandet i R-topp med den extra fördelen av att detta är en enklare plats att komma åt än en position nära hjärtat 23. Placering av EKG-avledning på bröstet resulterar i rörelseartefakter grund andning läggs till spår från denna ledning samt orsaka lutningen artefakt att variera över tiden. Detta kan resultera i spår mättar och / eller lutning artefakt korrigering inte fungerar på grund av mall variabilitetoch rekommenderas därför inte.
Allmän diskussion EEG-fMRI är ett kraftfullt verktyg för att studera hjärnans funktion, som den hög tidsupplösning av EEG kan kombineras med den höga rumsliga upplösningen i fMRI. Hittills har ett antal studier använde denna multimodal strategi för att få en bättre förståelse av hjärnans funktion. EEG-fMRI har tillämpats på friska frivilliga försökspersoner för att undersöka sambandet mellan oscillerande rytmer (mätt med EEG) och blod svar syresättning (hjälp BOLD fMRI) t.ex. 2,3. Det har också använts för att studera om egenskaper hos den framkallade signalen kan förklara variansen i FETSTIL signal på en prov-för-prov 4,5. I kliniska studier den huvudsakliga användningen av tekniken har varit att undersöka härdar av Interiktal epileptiska urladdningar som i sig är svåra att lokalisera icke-invasivt 6,7. Dessa exempel visar kraften i denna multi-modal imagIng verktyg. Men för att möjliggöra undersökning av sådana fenomen, är det viktigt att ha tillgång till den bästa möjliga kvalitet av EEG och MRI data. För att uppnå detta inne i MR-scannern är det viktigt att ha den bästa experimentella set-up och även för att välja de mest lämpliga analysmetoderna. De optimala analysmetoder kommer till viss del beror på frågeställning av intresse, som kommer korrigering metoder som används för att avlägsna artefakter. Till exempel storleken och antalet rörelser som har inträffat under inspelningen kommer att bestämma den mest effektiva kombinationen av algoritmer för att ta bort lutning artefakt. Dock är den optimala experimentella set-up av EEG och fMRI hårdvara relativt oberoende av specifika forskningsfrågor. De riktlinjer som anges här är därför av allmänt värde och kan följas i experiment med olika EEG och MR skannermaskinvaran än vi använde.
Här har vi visat de förvärvsmetoder som should följas för att förvärva högkvalitativa EEG och fMRI data. Vi använde en visuell stimulans utifrån en tidigare anställd stimulans paradigm 24. Däremot kan samma tekniker för datainsamling tillämpas oavsett paradigm som används för att stimulera hjärnan aktiviteten av intresse. När du väljer din paradigm bör det noteras att kvaliteten på de EEG-data som kan uppnås vid inspelning inne i MR-miljö med de tekniker som för närvarande är tillgängliga för användarna (och beskrivs här) fortfarande ställer vissa begränsningar på hjärnaktivitet som kan studeras: det finns särskilda svårigheter att registrera EEG-aktivitet i låg (<5 Hz) och hög frekvens (> 80 Hz) band där resterande puls och artefakter lutning får bosätta sig. Dessutom måste man vara försiktig när man väljer ett paradigm så att möjligheten att motivets rörelse relaterat till uppgiften minimeras. Detta är ett problem eftersom rörelseartefakter i EEG-data är ofta svårt att korrigera och små artefakter kan varasvårt att identifiera tydligt, även om de fortfarande kan dominera neuronala signaler. Dessa rörelseartefakter kan orsaka falska men troliga korrelationer med fMRI uppgifter 17.
Post-bearbetningsmetoder för samtidig EEG-fMRI är många och som sådan deras diskussion ligger utanför ramen för detta arbete. Som tidigare nämnt lutning och puls artefakt kan tas bort med hjälp av ett antal tekniker som inkluderar genomsnittliga artefakt subtraktion 18,19, oberoende komponent analys 20,21, ställer optimal bas 22 och strålformare 25. Ofta en kombination av dessa metoder kan användas 23 och utförandet av metoderna är beroende på sådana faktorer som den magnetiska fältstyrkan och paradigm användes. De optimala post-bearbetningsmetoder för en särskild studie kommer också att bero på de signaler att extrahera data oavsett om dessa är oscillerande rytmer eller framkallade potentialer kan ha ett inflytande på post-bearbetningsmetoder används.
Samtidigt finns det betydande pågående forskning inriktad förbättrade datainsamling och analysmetoder för samtidig EEG-fMRI, är det redan möjligt, med hjälp av de metoder som beskrivs här, för att besvara viktiga neurovetenskapliga frågor som kräver en kombination av hög rumslig upplösning av fMRI och utmärkt temporal upplösning av EEG.
Disclosures
Produktionen av denna artikel var sponsrad av Brain Products GmbH. Pierluigi Castellone är anställd av Brain Products GmbH, som tillverkar vissa instrument och programvaror som används i den här artikeln.
Acknowledgments
Vi vill tacka Brain Products GmbH för att ge sin utrustning, expertis och hjälp i att producera detta arbete. Vi vill också tacka Glyn Spencer, University of Nottingham, bistå med produktionen av videon. Vi tackar också Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC), EP/J006823/1 och University of Nottingham för att finansiera denna 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).
