Electroencephalography סימולטני (EEG) ודימות בתהודה מגנטית תפקודית (fMRI) הוא כלי רב עוצמה הדמייה. עם זאת, בתוך סורק MRI יוצר סביבה קשה להקלטת נתוני ה-EEG ובטיחות יש לקחת בחשבון בכל פעם שהפעלת ציוד EEG בתוך סורק. כאן, אנו מציגים פרוטוקול רכישת נתונים EEG-fMRI מותאם.
סימולטני EEG-fMRI מאפשר רזולוציה של זמן המצוין של EEG להיות בשילוב עם דיוק מרחבי הגבוה של fMRI. את הנתונים משתי שיטות אלה יכולים להיות משולבים במספר הדרכים, אך כל להסתמך על רכישת נתונים EEG ו fMRI באיכות גבוהה. נתוני ה-EEG שנרכשו במהלך fMRI בו זמנית מושפעים מכמה חפצים, כולל artefact השיפוע (עקב שיפועי שדה מגנטי משתנים הנדרשים לfMRI), artefact הדופק (צמוד למחזור הלב) וחפצי תנועה (כתוצאה מתנועות במגנטית חזק שדה של הסורק, ופעילות שרירים). שיטות עיבוד הודעה לתיקון השיפוע וחפצי דופק בהצלחה דורשות מספר הקריטריונים כדי להיות מרוצים במהלך רכישת נתונים. מזעור תנועת הראש במהלך EEG-fMRI הוא גם הכרחי להגבלת הדור של חפצים.
אינטראקציות בין תדר הרדיו (RF) פולסים הנדרשים לבדיקת MRI והדואר חומרת EEG עלולה להתרחש ועלולה לגרום לחימום. זה רק סיכון משמעותי אם הנחיות בטיחות לא מרוצים. עיצוב חומרה והגדרה, כמו גם בחירה זהירה של שרצפי MR מנוהלים עם חומרת EEG ההווה ולכן יש לקחת בחשבון.
הנושאים הנ"ל מדגישים את החשיבות של הבחירה של פרוטוקול הניסוי המועסק בעת ביצוע ניסוי EEG-fMRI בו זמנית. בהתבסס על מחקרים קודמים אנו מתארים ניסוי אופטימלי ההגדרה. זה מספק נתוני ה-EEG באיכות גבוהה במהלך fMRI בו זמנית בעת שימוש במערכות ה-EEG וfMRI מסחריים, עם סיכוני בטיחות לנושא ממוזער. אנו מדגימים הגדרה זו בניסוי EEG-fMRI באמצעות גירוי חזותי פשוט. עם זאת, ניתן להשתמש בו הרבה יותר גירויים מורכבים. כאן אנו מראים EEG-fMRI הגדרה באמצעות מוח מוצרי GmbH (Gilching, גרמניה) MRplus מערכת ה-EEG, 32 ערוץ בשיתוף עם Achieva פיליפס (הטוב ביותר, הולנד) 3T MR סורק, אם כירבים של הטכניקות ניתנים להעברה למערכות אחרות.
Electroencephalography סימולטני (EEG) ודימות בתהודה מגנטית תפקודית (fMRI) מאפשר רזולוציה של זמן המצוין של EEG להיות בשילוב עם דיוק מרחבי הגבוה של fMRI. ישנן מספר דרכים שבה ניתן לשלב את הנתונים משתי שיטות הללו 1, אבל כל להסתמך על רכישת נתונים EEG ו fMRI באיכות גבוהה. נכון להיום, בו זמנית EEG-fMRI נעשה שימוש כדי לחקור את הקשר בין מקצבי oscillatory (נמדד עם EEG) ותגובות חמצון דם (באמצעות דם רמת חמצון תלוי (BOLD) fMRI) למשל 2,3. כמו כן, נעשה שימוש כדי לחקור האם המאפיינים של האות עוררה יכולים להסביר את השונות באות BOLD על בסיס ניסוי על ידי ניסוי 4,5. במחקרים קליניים השימוש העיקרי של הטכניקה היה לחקור את מוקדים אפילפטיים פריקות interictal, אשר יכול לסייע בתכנון ניתוח וכרגע קשים למקם הלא פולשני6,7. כדי להשיג את השילוב של נתוני ה-EEG וה-fMRI שהוא רצויים, היא הכרחית כדי לקבל נתונים באיכות גבוהה משני אופנים. עם זאת, נתוני ה-EEG שנרכשו במהלך fMRI בו זמנית מושפעים מכמה חפצים, כולל artefact השיפוע (בשל השדות המגנטיים המשתנים הנדרשים לfMRI), artefact הדופק (צמוד למחזור הלב) וחפצי תנועה (כתוצאה מתנועות בחזקה שדה מגנטי של הסורק, כמו גם פעילות שרירים). ממצאים אלה הם גדולים יותר באופן משמעותי מהפעילות העצבית של עניין, ולכן הפחתה (במקור) ותיקון של החפצים (דרך שלאחר העיבוד) שניהם צורך כדי לאפשר יישום מוצלח של סימולטני EEG-fMRI.
השיטות שלאחר העיבוד הזמינות כרגע לתיקון השיפוע וחפצים דופק דורשות מספר הקריטריונים כדי להיות מרוצה במהלך רכישת נתונים על מנת לייצר נתונים EEG באיכות גבוהה. במהלך העשור הקודם optיש imal ניסיוני הגדרה להקלטת נתונים באיכות גבוהה התפתח כהבנה של הגורמים של חפצי 8-10 השתפר שלנו ושלמדנו איך לשנות את השיטות ניסיוניות על מנת להפחית את החפצים במקור 11,12 ועל מנת לשפר את ביצועים של אלגוריתמי תיקון לאחר העיבוד. התפתחויות אלה כוללים שיפור הדגימה של גל השיפוע דרך סנכרון של שעוני סורק 13,14 והשימוש בvectocardiogram 15,16 לספק עקבות לב נקיות יותר א.ק.ג. המסורתי. עקבות vectocardiogram נגזרת מארבע אלקטרודות המונחות על החזה עם מסנן נמוך לעבור מחמירה המועסק 14-16. כתוצאה מכך היא העקבות מושפעות יחסית על ידי חפצים הדרגתיים ואינה רגיש לחפץ זרימת הדם מה שהופך את איתור R-שיא קל יותר. עם זאת, את המתקן כדי להקליט vectocardiogram אינו זמין בכל סורקי MRI, ולכן יהיה רק הזכיר בקצרה בסעיף זהTudy. החשיבות של צמצום של חפצים וניקוי קפדני של נתונים כבר מסומנת על ידי ההפגנה האחרונה שממצא התנועה שנרשם בנתוני ה-EEG יכול לתאם עם פעילות BOLD שאינה קשורה למשימה של עניין, בהפקת תוצאות מזויפות אם טיפול לא נלקח קיצוני לאורך תהליך ניסיון 17.
השיטה שהוצגה כאן מייצגת את הגישה האופטימלית הנוכחית לקבלת נתונים EEG ו fMRI באיכות גבוהה בו זמנית באמצעות חומרת MR ורצפי דופק אשר זמינות באופן נרחב, יחד עם ציוד EEG מסופק באופן מסחרי. יישום שיטת הרכישה הציעה, בשיתוף עם השימוש בשיטות שלאחר העיבוד מתאימים, יניבו נתונים EEG ו fMRI שניתן להשתמש בם כדי לענות על מספר השאלות חשובות במדעי המוח.
עצה כללית מאז הפריסה הפיסית של כל חדרי הסורק שונה שאנו מכירים בכך שייתכן שלא נוכל למקם את מגברי EEG שלך מחוץ לשעמם של המגנט. במקרה זה פשרה טובה היא למקם את המגברים על כרית גומי עבה, כדי לנתק אותם מתנודות הסורק כמו הרבה אפשרי. אם אתה מוצא כי תיקון חפץ השיפוע לא עובד טוב, ואז לבדוק את הזמנים בין נפח או סמנים פרוס, כפי שסביר להניח שבמקרה זה TR כי כבר קלט לקונסולת MR הוא לא בדיוק TR כי הוא נוצר . במקרה זה יהיה עליך לפנות ליצרן סורק MR הרלוונטי לקבלת סיוע נוסף.
הצעדים החשובים ביותר בתהליך של רכישת נתונים EEG במהלך fMRI בו זמנית הם לאלה שננקטו כדי להבטיח שכל מקורות הרעש החיצוניים שמוזערו (למשל משאבות cyrocooler ורטט של ציוד ה-EEG). להלתיקון חפץ שיפוע אופטימלי W חשוב על מנת להבטיח כי את שעוני סורק EEG וMR מסונכרנים, TR פרוסה הוא כפול של תקופת שעון הסורק ושהנושא ממוקם בצורה אופטימלית. על מנת להבטיח טכניקות תיקון ממצא דופק אופטימליות רבות דורשות עקבות לב נקיות שממנו ניתן לאתר R-פסגות, אנו מציעים שזה יכול להיות הטוב ביותר להשיג באמצעות VCG, למרות שזה גם אפשרי עם יתרון א.ק.ג. בעמדה טובה. אם אתם משתמשים בא.ק.ג. אז מומלץ למקם את זה בבסיס של חזרה למקסם את יחס האות לרעש של R-השיא עם יתרון נוסף של אתר זה להיות קל יותר מאשר לגשת לעמדה קרובה ללב 23. מיצוב א.ק.ג. היתרון על תוצאות החזה בממצא תנועה עקב נשימה להתווסף לעקבות מיתרון זה, כמו גם גורם לחפץ השיפוע משתנה לאורך זמן. זה יכול לגרום ללהרוות ו / או תיקון חפץ שיפוע עקבות לא עובד עקב השתנות תבניתולכן אינו מומלץ.
דיון כללי EEG-fMRI הוא כלי רב עוצמה ללימוד תפקוד מוח, כפי שהרזולוציה הגבוהה הזמנית של EEG יכול להיות משולב עם הרזולוציה מרחבית הגבוהה של fMRI. נכון להיום, מספר המחקרים השתמש בגישה רבת מודלים זה כדי להשיג הבנה טובה יותר של תפקוד המוח. EEG-fMRI הוחל על מתנדבים בריאים על מנת לחקור את הקשר בין מקצבי oscillatory (נמדד עם EEG) ותגובות חמצון דם (באמצעות fMRI BOLD) לדוגמה: 2,3. כמו כן, נעשה שימוש כדי ללמוד אם מאפיינים של האות עוררה יכולים להסביר את השונות באות BOLD על בסיס ניסוי על ידי ניסוי 4,5. במחקרים קליניים השימוש העיקרי של הטכניקה היה לחקור את מוקדים אפילפטיים פריקות interictal אשר קשה מטבעו למקם הלא פולשני 6,7. דוגמאות אלו מראות את כוחו של מתאר לעצמי רב מודלים זהכלי ing. עם זאת, כדי לאפשר המחקר של תופעות כאלה, זה חשוב לנו גישה לאיכות הטובה ביותר האפשרית של נתונים EEG ו-MRI. כדי להשיג זאת בתוך הסורק MRI חשוב לי ההגדרה ניסיונית הטובה ביותר וגם לבחור את שיטות הניתוח המתאימות ביותר. את שיטות הניתוח האופטימליות תהיה במידה מסוימת תלויות בשאלת המחקר של עניין, כפי ששיטות התיקון המשמשות להסרת של חפצים. לדוגמה בגודל ובמספר התנועות שהתרחשו במהלך ההקלטה יקבעו את השילוב היעיל ביותר של אלגוריתמים להסרת לכלוך השיפוע. עם זאת, ניסיוני ההגדרה של חומרת EEG ו fMRI האופטימלי הוא עצמאי יחסית של שאלות מחקר מסוימות. להנחיות המפורטות כאן ולכן הם בעלי ערך כללי ויכולה להיות מיושמות בניסויים תוך שימוש בחומרת EEG וסורק MR שונה מאשר בעבר.
כאן יש לנו הפגנו את שיטות הרכישה ששאולד להיות אחריו כדי להשיג נתונים EEG ו fMRI באיכות גבוהה. אנו משמשים גירוי חזותי המבוסס על הפרדיגמה גירוי העסיק בעבר 24. עם זאת, ניתן להחיל את אותן טכניקות לאיסוף נתונים ללא תלות בפרדיגמה המשמשת כדי לעורר את פעילות המוח של עניין. בעת בחירת הפרדיגמה שלך יש לציין שאיכות נתוני ה-EEG שניתן להשיג בעת הקלטה בתוך סביבת MR עם טכניקות זמינות כרגע למשתמשים (ותאר כאן) עדיין מקום כמה מגבלות על פעילות המוח אשר עשוי להיחקר: יש קשיים מסוימים בהקלטת פעילות EEG בנמוך (<5 הרץ) ותדירות גבוהה (> 80 הרץ) להקות שבו דופק שייר וחפצי שיפוע עשויים להימצא. בנוסף, יש להקפיד בעת בחירה בפרדיגמה כך שהאפשרות של תנועת נושא הקשור למשימה ממוזערת. זו בעיה, כי ממצא תנועה בתוך נתוני ה-EEG הם לעתים קרובות קשה לחפצים נכונים ויכול להיות קטניםקשה לזהות באופן ברור, למרות שהם עדיין יכולים לשלוט אותות עצביים. ממצא תנועה אלה עלול לגרום למתאמים מזויפים אך מתקבלים על הדעת עם נתוני ה-fMRI 17.
שיטות עיבוד להודעה בו זמנית EEG-fMRI הן רבות וכפי שהדיון כזה שלהם היא מעבר להיקף של עבודה זו. כפי שהוזכר קודם לכן השיפוע וניתן להסיר חפץ דופק באמצעות מספר הטכניקות הכוללות ממוצע חפץ 18,19 חיסור, ניתוח מרכיבים עצמאי 20,21, בסיס אופטימלי קובע 22 וbeamformers 25. לעתים קרובות שילוב של שיטות אלה יכול להיות מועסק 23 וביצועים מהשיטות תלויים בגורמים כגון עוצמת השדה המגנטית ואת הפרדיגמה בשימוש. השיטות שלאחר העיבוד האופטימליות למחקר ספציפי יהיו תלויות גם באותות כדי לחלץ מן הנתונים, בין אם מדוברים במקצבי oscillatory או פוטנציאלים מעוררים עשויים להיות השפעה על פושיטות עיבוד st מועסקות.
בעוד שיש רב על מחקר מתמשך מיקוד רכישה ושיטות ניתוח נתונים משופרות עבור סימולטני EEG-fMRI, זה כבר אפשרי, תוך שימוש בטכניקות שתוארו כאן, כדי לענות על שאלות חשובות במדעי המוח הדורשים שילוב של הרזולוציה מרחבית הגבוהה של fMRI ו רזולוציה של זמן מצוין של ה-EEG.
The authors have nothing to disclose.
ברצוננו להודות למוח מוצרי GmbH לספק את הציוד שלהם, מומחיות ולעזור בהפקת את העבודה הזאת. כמו כן, אנו רוצים להודות לגלין ספנסר, אוניברסיטת נוטינגהם, בסיוע עם הייצור של וידאו. אנו מודים גם להנדסה ולמדעים פיסיקלית מועצה למחקר (EPSRC), EP/J006823/1 ואוניברסיטת נוטינגהם למימון מחקר זה.
Name of Reagent/Material | 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 |