Summary
Samtidig electroencephalography (EEG) og funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) er en kraftig neuroimaging verktøyet. Men danner innsiden av en MR skanner et vanskelig miljø for EEG data opptak og sikkerhet må vurderes når du håndterer EEG utstyr inne i en skanner. Her presenterer vi en optimalisert EEG-fMRI datainnsamling protokollen.
Abstract
Samtidig EEG-fMRI lar utmerket tidsmessig oppløsning av EEG skal kombineres med høy romlig nøyaktigheten av fMRI. Dataene fra disse to modaliteter kan kombineres på en rekke måter, men alle er avhengige av kjøpet av høykvalitets EEG og fmri data. EEG-data innhentet ved samtidig fMRI påvirkes av flere gjenstander, blant annet gradient gjenstanden (på grunn av de skiftende magnetfelt gradienter som kreves for fMRI), pulsen gjenstanden (knyttet til hjerte-syklus) og bevegelse artefakter (som følge av bevegelser i den sterke magnetiske felt av skanneren, og muskelaktivitet). Post-prosessering metoder for å lykkes korrigere gradient og puls gjenstander krever en rekke kriterier som skal oppfylles i løpet av datainnsamling. Minimere hodet bevegelse under EEG-fMRI er også viktig for å begrense utvikling av gjenstander.
Interaksjoner mellom radiofrekvens (RF) pulser som kreves for MR og the EEG maskinvare kan forekomme og kan forårsake oppvarming. Dette er bare en betydelig risiko dersom retningslinjene for sikkerhet ikke er fornøyd. Maskinvare utforming og konfigurasjon, så vel som omhyggelig utvalg av hvilke MR-sekvenser blir drevet med EEG maskinvare tilstede må derfor tas i betraktning.
De ovennevnte problemstillinger markere betydningen av valget av den eksperimentelle protokollen benyttes når du utfører en samtidig EEG-fMRI eksperiment. Basert på tidligere forskning beskriver vi en optimal eksperimentelt oppsett. Dette gir høy kvalitet EEG-data ved samtidig fMRI ved bruk av kommersielle EEG og fMRI-systemer, med noen sikkerhetsrisiko til emnet minimert. Vi viser dette oppsettet i en EEG-fMRI eksperiment ved hjelp av en enkel visuell stimulans. Imidlertid kan mye mer kompleks stimuli benyttes. Her viser vi EEG-fMRI set-up med en Brain Products GmbH (Gilching, Tyskland) MRplus, 32-EEG system i forbindelse med en Philips Achieva (Best, Nederland) 3T MR skanner, selv omMange av de teknikker som er overførbar til andre systemer.
Introduction
Samtidig electroencephalography (EEG) og funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) gjør den utmerkede temporal oppløsning på EEG skal kombineres med høy romlig nøyaktigheten av fMRI. Det finnes en rekke måter på hvilke dataene fra disse to modaliteter kan kombineres 1, men alle er avhengige av kjøpet av høykvalitets EEG og fmri data. Til dags dato har samtidig EEG-fMRI blitt brukt til å studere sammenhengen mellom oscillasjon rytmer (målt med EEG) og blod oksygenering svar (ved hjelp av blod oksygenering nivå avhengig (BOLD) fMRI) for eksempel 2,3. Det har også blitt brukt til å undersøke om egenskapene til fremkalt signal kan forklare variansen i BOLD signal på en prøve-by-prøveordning 4,5. I kliniske studier den viktigste bruken av teknikken har vært å undersøke foci av interiktal epileptiske utladninger, som kan hjelpe i kirurgisk planlegging og er for tiden vanskelig å lokalisere non-invasiv6,7. For å oppnå fusjon av EEG og fMRI data som er ønskelig, er det viktig å ha høy kvalitet på dataene fra begge modaliteter. Men EEG-data innhentet ved samtidig fMRI påvirkes av flere gjenstander, blant annet gradient gjenstanden (på grunn av de skiftende magnetiske felt som kreves for fMRI), pulsen gjenstanden (knyttet til hjerte-syklus) og bevegelse artefakter (som følge av bevegelser i den sterke Magnetfeltet til skanneren, samt muskel-aktivitet). Disse gjenstandene er betydelig større enn den nevrale aktiviteten av interesse og dermed reduksjon (ved kilden) og korrigering av gjenstander (via post-prosessering) er begge nødvendig for å muliggjøre en vellykket gjennomføring av samtidige EEG-fMRI.
Den post-prosessering metoder som er tilgjengelige for å korrigere gradient og puls gjenstander krever en rekke kriterier være oppfylt i løpet av datainnsamling for å produsere høy kvalitet EEG-data. I løpet av det forrige tiåret optimal eksperimentelt oppsett for opptak av høy kvalitet data har utviklet seg som vår forståelse av årsakene til gjenstander 8-10 har forbedret og vi har lært hvordan du endrer eksperimentelle metoder, slik som å redusere artefakter ved kilden 11,12 og for å forbedre resultatene av post-prosessering korreksjon algoritmer. Denne utviklingen omfatter bedre prøvetaking av gradient bølgeformer gjennom synkronisering av scanner klokker 13,14 og bruk av en vectocardiogram 15,16 for å gi et renere hjerte spor enn den tradisjonelle EKG. Den vectocardiogram spor er hentet fra fire elektroder plassert på brystet med en streng low-pass filter ansatt 14-16. Som et resultat av dette spor er forholdsvis upåvirket av gradient gjenstander, og er ufølsom for blodstrømmen gjenstand gjør R-toppdeteksjon enklere. Men er anlegget for å spille inn en vectocardiogram ikke tilgjengelig på alle MRI-skannere og derfor vil bare bli nevnt kort i denne study. Betydningen av minimering av gjenstander og strenge rengjøring av data har vært fremhevet av den siste demonstrasjonen som bevegelsesfeil registrert i EEG-data kan korrelere med BOLD aktivitet som ikke er relatert til oppgaven med interesse, produsere falske resultater hvis ekstrem omsorg er ikke tatt hele eksperimentell prosess 17.
Metoden som presenteres her representerer dagens optimale tilnærmingen for å oppnå høy kvalitet EEG og fMRI data samtidig bruke MR hardware og pulssekvenser som er allment tilgjengelig, sammen med kommersielt levert EEG utstyr. Gjennomføring av den foreslåtte oppkjøpet metode, i forbindelse med bruk av hensiktsmessige etterbehandling metoder, vil gi EEG og fMRI data som kan brukes til å svare på en rekke viktige nevrovitenskap spørsmål.
Protocol
En. Klargjøre Experimental Setup
- Før motivets ankomst sette opp EEG utstyr i kontrollrommet der skanneren operatøren vil sitte. Koble den bærbare datamaskinen til EEG maskinvare som vist i figur 1. Merk:. All utløser fra eksterne enheter og MR skanner må ha varighet på mer enn 200 μsec å bli oppdaget av EEG system.
- Sett opp stimulans datamaskinen, i denne studien bruker vi en visuell stimulans; markører, leses inn i BrainVision opptaker ved begynnelsen og slutten av hver stimulering periode.
- Sikre arbeidsområdet for registrering av data er satt til det høyeste tidsmessig oppløsning tilgjengelig og riktig filter innstillinger. For de fleste av studiene AC-kobling med et filter av 0,016 til 250 Hz er optimal selv om DC-kopling eller en høyere (1 kHz) low-pass filter kan være nødvendig hvis ultra lav eller høy frekvens nevrale signaler er av interesse, hhv.
- Kontroller markers fra skanneren og stimulans presentasjon for å bekrefte at de blir registrert av EEG-systemet fullstendig. Slå på synkronisering av skanneren og EEG klokker med BrainVision Recorder kontrollpanelet. Så sjekk om synkroniseringen er vellykket, hvis oppsettet er riktig det grønne ikonet og "Sync On" dot vises.
- Sett opp MR skanner i den konvensjonelle måten, her vi bruker kroppen overføre RF coil og en 32 kanal hodet motta RF coil. Når det er mulig, er det best å bruke en hode-størrelse sendespolen for å minimalisere risikoen for RF-oppvarming av EEG hetten og tilhørende kabler. Men på de fleste skannere, kan hodet sendespolen ikke brukes i forbindelse med en multi-element mottakerspolen, noe som fører til en sub-optimal satt opp for anskaffelse av data fMRI (særlig parallelle avbildning speed-opp er ikke mulig). Vi bruker denne spesifikke hodet motta spiral fordi det inneholder en tilgang port som gjør at kablene fra EEG cap til å kjøre langs en rett path ut av skanneren.
- Sørg for at MR-sekvenser som skal kjøres er satt opp. FMRI sekvens må bruke en skive TR, som er en av EEG klokken perioden (200 μsec). Hvis du bruker en Philips MR-systemet til Philips Timing kalkulatoren kan brukes til å bestemme mulige skive og TR kombinasjoner.
- Gjøre en siste sjekk på at alt utstyr er opptak som forventet.
2. Emne Ankomst
- Spør faget å komme med rent hår og iført behagelig, ikke-metalliske klær.
- Forklare til emnet Formålet med eksperimentet, og hva som vil skje.
- Spør faget til å fylle ut skjemaer som brukes for å fastslå at det ikke er noen kontraindikasjoner for MR-skanning og at faget samtykke til deltakelse i forsøket. Sjekk skjemaene før du fortsetter. I denne studien godkjenning av den lokale etiske komité har blitt innhentet og alle fag ga informert samtykke.
- Mål hode-omkrets ennd velge riktig størrelse cap (dvs. den minste tilgjengelige cap som er større enn hodet størrelse). Plasser lokk på hodet først forsiden av hodet og trekke bakover. Plasser lokket riktig, slik at Cz elektrode plassert halvveis mellom Pannetøtten og inion og også sentrert venstre-høyre.
- Kobler elektrodene til hodet etter: flytte håret ut av veien, bruke alkohol og deretter Abralyte gel. Fest EKG-elektroden til bunnen av ryggen ved hjelp av en fremgangsmåte tilsvarende den som brukes til hetten elektroder. Denne elektrode blir brukt til å måle hjerteslag. Plasseringen på bunnen av ryggen er anbefalt å maksimalisere signal-til-støy til R-topp i EKG-kurven så vel som for emnet komfort.
- Arbeidet med kontaktene, slik som å redusere impedansene av elektroder på hodet til mindre enn 10 kohm (unntatt motstanden av de interne motstander i hver elektrode). EKG og EOG resistens kan være høyere som signalene er sterkeER og gode forbindelser kan være vanskelig å oppnå, men må holdes under 50kΩ.
- Sjekk EEG datakvaliteten er tilfredsstillende ved visuelt inspisere dataene på LCD-skjermen.
3. Opptak Utenfor MR skanner
(Valgfritt: Kun nødvendig hvis du ønsker å sammenligne EEG Data Quality fra innsiden og utsiden av MR skanner)
- Sett opp presentasjonen apparater og EEG utstyr utenfor skanneren (på et sted hvor det magnetiske feltet er lav). Sørg for at oppsettet er så lik som mulig den som brukes inne i MR skanner (spesielt faget skal være liggende og en tilsvarende prosess med stimulus presentasjon bør brukes).
- Utfør eksperimentet og registrere data i en lignende måte som brukes inne i skanneren (se avsnitt 4).
4. Innstilling Subject opp inne i MR skanner
- Spør faget å bli sittende mens du SEt opp EEG utstyr i MR skanner rommet.
- Ta forsterkeren i den skjermede rom og plassere den på et bord på baksiden av skanneren. Fest forsterkeren til en lang fiberoptisk kabel. Passere den fiberoptiske kabelen gjennom waveguide og fest den til BrainAmp USB-adapteren i kontrollrommet (figur 1).
- Registrer pasienten i MR skanner pasientens data-base.
- Ta faget inn i rommet og be dem om å ligge på skanneren.
- Gi faget ørepropper, hode-telefoner og ringeknapp, og sikre at de er komfortable.
- Sett hodet spiral over motivets hode. EEG-kabler må forlate hodet spiral langs den korteste veien mulig. Nå pad emnet hode for å minimalisere hodebevegelser.
- Flytt motivet inn i skanneren fødte, at elektrodene FP1 og FP2 er på isocentre av MR skanner i z-retning. Dette oppnås normalt ved å samkjøre disse to elektroder med lys som er used å plassere motivet før de går inn i hullet.
- Fest EEG hetten til forsterkeren på baksiden av skanneren. Pass på at det ikke er noen ledning looper i EEG-fører (da disse kan føre til RF oppvarming og også føre til større EEG gjenstander å bli indusert) og at kablene er isolert fra MR skanner vibrasjoner så mye som mulig, her bruker vi en utkraget bjelke for å oppnå denne isolasjon.
5. Opptak inne i skanneren
- Snakk med emnet fra konsollen rom for å bekrefte at de kan høre skanneren operatør og er OK.
- En annen experimenter starter EEG overvåking, sjekker for støyende elektroder i sporene, så vel som for den grønne "Sync On" prikk nederst på skjermen.
- Den klare virkningen av cryo-pumper på opptakssiden kan sees (se figur 2). Derfor, slå av disse pumpene under datainnsamling, etter produsentens retningslinjer.
- Spør motivet ikke beveger seg their hode med en liten størrelse. Betydningen av å holde hodet stille kan sees fra de store spenninger i EEG-opptak som stammer fra små hodebevegelser.
- Test opptak av neuronal aktivitet ved å spørre faget å åpne og lukke øynene. Se etter occipital alpha aktivitet. Dette vil teste om du måler fysiologiske signaler i stedet for støy. Hvis en alfa-signalet kan ikke sees på et emne (som oppstår i enkelte fag) er det mulig å teste for neuronal aktivitet ved å utføre en kort sikt av den eksperimentelle paradigmet uten MR skanner løping og å se etter i gjennomsnitt fremkalt potensial.
- Pulsen artefakt kan tydelig sees i rådata (se figur 2) spesielt på elektroder over templene. Bruk EKG-kurven til å korrigere denne gjenstand i sanntid ved hjelp RecView (eller i etterbehandling programvarepakker).
- Så snart hver MR begynner de gradienter vil føre til store gjenstander i EEG-data. </ Em>
- Når fMRI eksperimentet er klar til å starte, - med stimulans presentasjon system i en ferdig tilstand - da begynne å lagre EEG-data ved å følge trinnene som vises.
- Nå starter forsøket, sjekket at markørene fra stimulus presentasjon og MR skanner kan sees i BrainVision opptaker. Her stimulus består av en full-felt radial dambrett ved 100% kontrast. Reversering satsen er 2 Hz slik at en fremkalt respons vil skje hvert 500 ms og en markør er plassert i EEG-fil på hvert bilde reversering.
- EEG datakvalitet vil synes å være svært dårlig, men det kan bli ryddet opp, enten on-line i RecView eller under etterbehandling. For at gjenstanden gradient korreksjon for å arbeide uten at opptaket av neuronal signaler, må stimulus presentasjon ikke låses til TR og hyppigheten av stimulus repetisjon må ikke være lik skive pulsrepetisjonsfrekvens.
- Gradient artefakt korreksjon must utføres før puls gjenstanden korreksjon (se figurene 3 og 4). Dataene kan deretter segmenteres ifølge stimulus presentasjon og analysert med en rekke teknikker, hvorav den enkleste er gjennomsnitt for undersøkelse av fremkalte responser (se figur 6).
6. Debriefing emnet
- Når skanningen er fullført, ta emnet ut av skanneren og hjelpe dem til å ta av EEG cap.
- Tillate dem å vaske håret.
- De er nå fri til å forlate.
7. Oppklaring på slutten av eksperimentet
- Pakk opp EEG utstyr som kreves av laboratoriet. Dersom MR produsenten krever det, sørg for at synkroniseringen maskinvare er koblet på slutten av hver økt og ikke forlatt festet til skanneren elektronikk.
- Endelig må EEG cap rengjøres. For å gjøre dette, suge lokket i vann (normalt for caoximately 5 min) eller et vann og desinfiserende blanding (desinfeksjonsmiddel bør velges i henhold relevant patogen spekteret og desinfiserende anbefaling av hetten produsenten. Eksponeringstid og desinfiserende konsentrasjon må følge retningslinjene for desinfeksjonsmiddelprodusentens.). Deretter kan du bruke en tannbørste til å rense bort rester gel. Det er svært viktig å rengjøre lokket fullt for å sikre en forsvarlig saksbehandling i hetten når i bruk igjen.
8. Analyse
- Her sanntid EEG analyse er påvist, men det er også mulig og normalt ønskelig å poste-bearbeider EEG-data. Dette kan gjøres på en rekke analyse pakker som hjerne Products Analyzer 2 eller EEGLAB.
- Gradient og puls gjenstand korreksjon kan utføres ved hjelp av en rekke metoder som: gjennomsnittlig gjenstand subtraksjon 18,19 (ofte brukt for gradient korrigering og ofte brukt for puls gjenstand korreksjon), uavhengig komponent analysis 20,21 eller optimal basis setter 22 (for puls gjenstand korreksjon).
- Dataene kan deretter bli analysert i tid eller frekvens domene å se på evoked responser og pågående oscillatory aktivitet.
- Her registrerte vi EKG-kurven ved hjelp av Brain Products system slik som å innhente opplysninger som er nødvendige for puls gjenstand korreksjon. I standardoppsettet EKG-kurven registreres ved hjelp av en dedikert elektrode plassert på baksiden av faget. I vårt laboratorium bruker vi også en ikke-standard løsning, som sysselsetter en vectrocardiogram å generere hjertestans trace (denne løsningen er bare tilgjengelig med Philips fysiologiske overvåkingsutstyr). Vi har funnet dette kan være nyttig hvis et rent spor ikke kan oppnås ved bruk av standard EKG-oppsett.
Representative Results
Figur 3 viser signalkvaliteten å være forventet når ingen gjenstand korreksjon er utført. Det er klart at en hvilken som helst neuronal aktivitet er skjult. Figur 3C viser at gradienten artifakt inntreffer ved forskjellige frekvenser som er harmoniske av frekvensen av skive ervervet i fmri sekvens, som strekker seg over hele frekvensområdet for opptaket. Figur 4 viser puls gjenstand som er avdekket når gradient gjenstanden har blitt fjernet ved hjelp av post-prosessering metode for gjennomsnittlig gjenstand subtraksjon i Analyzer 2 (versjon 2.0.2). Det er klart at det er betydelig romlig variant av denne gjenstand, og at O1, en av kanalene av interesse for denne visuelle eksperiment, viser en spesielt stor puls artefakt. Denne gjenstand har en lavere frekvens enn den gradient gjenstand (hovedsakelig under 10 Hz - figur 4C) og er knyttet til den hjerteaktivitet Figur 5 viser. EEG data kvalitet som kan oppnås etter gradient og puls gjenstand korreksjon, her pulsen gjenstand ble korrigert ved hjelp av gjennomsnittlig gjenstand subtraksjon i Analyzer 2 og R-toppene i hjerte bølgeform ble oppdaget fra EKG-kurven. Det er klart at amplituden av de øvrige signaler som er langt mindre og derfor neuronal signaler ikke lenger er overskygget, som vist med fremkalt responser oppnådd i figur 6 og 7. Figur 6 viser et typisk fremkalt respons produsert ved å beregne gjennomsnittet på tvers av alle 300 stimuli. Imidlertid kan variasjoner i denne reaksjon tvers blokker sees i figur 7, og det er denne naturlige og uforutsigbare variasjoner i neuronal responser som kan anvendes til å avhøre korrelasjoner mellom de BOLD og EEG reaksjoner når samtidige opptak har blitt utført.
s/ftp_upload/50283/50283fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50283/50283fig1.jpg "/>
Figur 1.. Viser skjematisk oppsett av EEG utstyr og tilkoblinger som kreves mellom maskinvare, som beskrevet i protokollen. klikk her for å vise større figur .
Figur 2. Fourier transform av signalet samlet på et emne liggende stille med Cryo-pumper på (rød) og av (svart) for en representativ kanal (P7).
Figur 4 Ti sekunder av EEG-data som er registrert på 16 forskjellige kanaler ved samtidig MRI vist etter gradient artefakt korreksjon ved hjelp av AAS på 16 ulike kanaler (A);. Fokus på fem sekunder av data fra Oz (B), med tilhørende Fourier transform (C Klikk her for å se større figur .
Figur 5. Ten sekunder av EEG-data registreres on16 ulike kanaler ved samtidig fMRI, vist etter gradient og puls gjenstanden korreksjon bruker AAS (A); fokus på fem sekunder av data fra Oz (B), med tilhørende Fourier transform (C). Klikk her for å se større figur .
Figur 6. Gjennomsnittlig EEG fremkalt respons (300 gjennomsnitt) for kanalene 01 og 02 (til venstre) og tilhørende topografiske kart for P120 (høyre).
Figur 7. Variasjon av fremkalt respons på tvers av blokker for kanalen O1 (svar har blitt gjennomsnitt innen 30 sek blokker).
Discussion
Generelle råd Siden den fysiske utformingen av alle scanner rommene er forskjellige vi anerkjenner at du ikke kan være i stand til å plassere dine EEG forsterkere utenfor boringen i magneten. I dette tilfellet et godt kompromiss er å plassere forsterkere på en tykk gummi pad, slik som å kople dem fra skanneren vibrasjoner som mye mulig. Hvis du finner ut at gradient gjenstand korreksjonen ikke fungerer godt, så sjekk ganger mellom volum eller slice markører, som det er sannsynlig i dette tilfellet at TR som har vært innspill til MR-konsollen er ikke nettopp TR som blir generert . I dette tilfellet må du kontakte den aktuelle MR skanner for ytterligere assistanse.
De viktigste trinnene i prosessen med EEG datainnsamling under samtidig fMRI er de som er tatt for å sikre at alle eksterne støykilder er minimert (f.eks cyrocooler pumper og vibrasjon av EEG utstyr). Til allow optimal gradient gjenstand korreksjon er det viktig å sikre at EEG og MR skanner klokker er synkronisert, er stykket TR et multiplum av skanneren klokke periode og at motivet er optimalt plassert. For å sikre optimale puls artefakt korreksjon mange teknikker krever et rent hjerte spor som R-topper kan oppdages, foreslår vi at dette kan best oppnås ved hjelp av en VCG, men det er også mulig med en godt posisjonert EKG-avledning. Ved hjelp av EKG så er det anbefalt å plassere denne på bunnen av ryggen for å maksimalisere signal-til-støy-forhold til R-topp med fordelen av denne være en lettere for å få tilgang enn en posisjon i nærheten av hjertet 23.. Plassering av EKG-avledning på brystet resulterer i bevegelsesfeil grunn respirasjon blir lagt til spor fra denne bly samt forårsaker gradient gjenstand for å variere over tid. Dette kan resultere i spor mette og / eller gradient gjenstand korreksjonen ikke virker på grunn av mal variabilitetog derfor ikke anbefales.
General Discussion EEG-fMRI er et kraftig verktøy for å studere hjernens funksjon, som den høye temporal oppløsning på EEG kan kombineres med høy romlig oppløsning av fMRI. Hittil har en rekke studier brukt denne multi-modal tilnærming for å få en bedre forståelse av hjernens funksjon. EEG-fMRI har vært brukt til friske frivillige for å undersøke sammenhengen mellom oscillasjon rytmer (målt med EEG) og blod oksygenering svar (med BOLD fMRI) for eksempel 2,3. Det har også blitt brukt til å undersøke om egenskapene til fremkalt signalet kan forklare den variansen i BOLD-signalet på en prøve-til-prøve basis 4,5. I kliniske studier den viktigste bruken av teknikken har vært å undersøke foci av interiktal epileptiske utladninger som er iboende vanskelig å lokalisere non-invasiv 6,7. Disse eksemplene viser kraften i denne multi-modal imaging verktøyet. Men for å gjøre det mulig å studere slike fenomener, er det viktig å ha tilgang til best mulig kvalitet på EEG og MR data. For å oppnå dette inne i MR skanner er det viktig å ha den beste eksperimentelle oppsett og også å velge den mest hensiktsmessige analysemetoder. De optimale analysemetoder vil i noen grad være avhengig av problemstillingen av interesse, som blir korreksjonsfaktorene metoder som brukes for fjerning av gjenstander. For eksempel størrelsen og antall bevegelser som har skjedd under innspillingen vil bestemme den mest effektive kombinasjonen av algoritmer for å fjerne gradient gjenstand. Imidlertid er den optimale eksperimentelle oppsett av EEG og fMRI hardware relativt uavhengig av bestemte problemstillinger. Retningslinjene her er derfor av generell verdi og kan følges i eksperimenter med ulike EEG og MR skanner hardware enn vi pleide.
Her har vi demonstrert innsamlingsmetode som Should skal følges for å skaffe høy kvalitet EEG og fMRI data. Vi brukte en visuell stimulans basert på en tidligere ansatt stimulans paradigmet 24. Imidlertid kan de samme teknikker for datainnsamling kunne anvendes uavhengig av paradigmet som brukes til å stimulere hjernen aktivitet av interesse. Når du velger paradigmet det bør bemerkes at kvaliteten på EEG-data som kan oppnås ved opptak inne i MR miljø med teknikker for tiden tilgjengelig for brukere (og beskrevet her) fortsatt legger noen begrensninger på hjernens aktivitet som kan studeres: det er særlige vansker i opptak EEG aktivitet i lave (<5 Hz) og høy frekvens (> 80 Hz) band der gjenværende puls og gradient gjenstander kan ligge. I tillegg må man være forsiktig når du velger paradigmet slik at muligheten for faget bevegelse relatert til oppgaven er minimert. Dette er et problem fordi bevegelsesfeil i EEG-data er ofte vanskelig å korrigere og små gjenstander kan værevanskelig å identifisere tydelig, selv om de fremdeles kan dominere neuronal signaler. Disse bevegelsesfeil kan føre til falske, men plausible sammenhenger med fMRI data 17.
Post-prosessering metoder for samtidig EEG-fMRI er mange og som sådan diskusjonen deres er utenfor rammen av dette arbeidet. Som tidligere nevnt gradient og puls gjenstand kan fjernes ved hjelp av en rekke teknikker som inkluderer gjennomsnittlig gjenstand 18,19 subtraksjon, uavhengig komponent analyse 20,21, setter optimal basis 22 og beamformers 25. Ofte er en kombinasjon av disse fremgangsmåter kan anvendes 23 og utførelsen av fremgangsmåtene er avhengig av faktorer såsom den magnetiske feltstyrke og paradigmet benyttes. Den optimale post-prosessering metoder for en bestemt studie vil også avhenge av signalene for å trekke ut fra dataene, enten disse er oscillasjon rytmer eller fremkalt respons kan ha en innflytelse på post-behandlingen metoder ansatt.
Mens det er betydelig pågående forskning rettet mot forbedret datainnsamling og analyse metoder for samtidig EEG-fMRI, er det allerede mulig, ved hjelp av teknikker som er beskrevet her, for å svare på viktige nevrovitenskap spørsmål som krever en kombinasjon av høy romlig oppløsning på fMRI og utmerket tidsmessig oppløsning av EEG.
Disclosures
Produksjonen av denne artikkelen ble sponset av Brain Products GmbH. Pierluigi Castellone er ansatt i Brain Products GmbH, som produserer noen instrumenter og programvare som brukes i denne artikkelen.
Acknowledgments
Vi vil gjerne takke Brain Products GmbH for å gi deres utstyr, kompetanse og hjelp til å lage dette arbeidet. Vi vil også gjerne takke Glyn Spencer, University of Nottingham, i å bistå med produksjon av video. Vi takker også Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC), EP/J006823/1 og University of Nottingham for å finansiere denne forskningen.
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).
