동시에 뇌파 (EEG)와 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)은 강력한 신경 영상 도구입니다. 그러나, MRI 스캐너의 내부는 스캐너 내부 EEG 장비를 작동 할 때마다 EEG 데이터 기록과 안전성이 고려되어야합니다에 대한 어려운 환경을 형성한다. 여기, 우리는 최적화 된 EEG-fMRI를 데이터 수집 프로토콜을 제시한다.
동시에 EEG-fMRI를가 EEG의 우수한 시간 해상도는 fMRI를의 높은 공간 정밀도와 결합 할 수 있습니다. 이 두 양식의 데이터가 여러 가지 방법으로 결합하지만, 모두 높은 품질의 EEG와 fMRI를 데이터 수집에 의존 할 수 있습니다. 동시에 fMRI를하는 동안 획득 EEG 데이터는 그라데이션 가공품 (fMRI를 위해 필요한 변화하는 자기장 구배에 의한), 펄스 가공품 (심장주기에 연결)와 움직임 아티팩트 (강한 자석의 운동의 결과 등 여러 가지 유물에 의해 영향을받는 스캐너의 필드와 근육 활동). 성공적으로 그라데이션 및 펄스 아티팩트를 수정하는 후 처리 방법은 데이터 수집 동안 만족해야하는 조건의 번호를 필요로합니다. EEG-fMRI를하는 동안 머리의 움직임을 최소화하면 유물의 생성을 제한하기위한 필수적입니다.
MRI와 일에 필요한 무선 주파수 사이의 상호 작용 (RF)는 펄스전자 EEG 하드웨어가 발생할 수 있고 난방을 일으킬 수 있습니다. 이 안전 지침을 만족하지 않는 경우에만 큰 위험입니다. MR 시퀀스가 존재하는 EEG 하드웨어와 함께 실행되는 하드웨어의 설계 및 설정뿐만 아니라, 엄선 따라서 고려되어야한다.
동시에 EEG-fMRI를 실험을 수행 할 때 위의 문제는 고용 실험 프로토콜의 선택의 중요성을 강조 표시합니다. 이전의 연구를 기반으로 우리는 최적의 실험을 셋업 설명합니다. 최소 피사체 안전 위험과, 상업 EEG와 fMRI를 시스템을 사용할 때 동시에 fMRI를하는 동안 고품질의 EEG 데이터를 제공합니다. 우리는 단순한 시각적 자극을 사용하여 EEG-fMRI를 실험에이 세트 업을 보여줍니다. 그러나, 훨씬 더 복잡한 자극을 사용할 수 있습니다. 여기에서 우리는 뇌 제품 GmbH의 (Gilching, 독일) 필립스 Achieva (최고, 네덜란드) 3T MR 스캐너와 함께 MRplus, 32 채널 EEG 시스템을 사용하여 EEG-fMRI를 셋업 보여 주지만기술의 많은 다른 시스템에 양도 할 수 있습니다.
동시에 뇌파 (EEG)와 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)은 EEG의 우수한 시간 해상도는 fMRI를의 높은 공간 정밀도와 결합 할 수 있습니다. 이 두 양식의 데이터가 1 결합 할 수있는 여러 가지 방법이 있지만, 모두 높은 품질의 EEG와 fMRI를 데이터 수집에 의존하고 있습니다. 현재까지 동시 EEG-fMRI를가 예를 들어 2,3 (종속 혈액 산소 수준 (BOLD) fMRI를 사용) 진동 리듬 (EEG 측정)와 혈액 산소 반응의 상관 관계를 연구하는 데 사용되었습니다. 또한 유발 신호의 특성은 4,5 시험 별 시험 기준에 BOLD 신호 변화를 설명 할 수 있는지 여부를 연구하는 데 사용되었습니다. 임상 연구에서 기술의 주요 사용은 비 침습적 지역화하는 수술 계획에 도움이 될 수 있습니다 간기 간질 방전의 병소를 조사하고 현재 어렵습니다6,7. 원하는 EEG와 fMRI를 데이터의 융합을 달성하기 위해, 그것은 두 양식의 고품질 데이터를 가지고 필수적입니다. 그러나 동시에 fMRI를하는 동안 획득 EEG 데이터는 그라데이션 가공품 (fMRI를 위해 필요한 변화 자기장 때문에), 펄스 가공품 (심장주기에 연결)와 움직임 아티팩트 (강한 변동으로 인한 포함한 여러 유물에 의해 영향을받는 스캐너뿐만 아니라, 근육 활동)의 자기장. 이러한 아티팩트 (후 처리를 통해) 둘 다 동시에 EEG-fMRI를 성공적으로 구현을 가능하게하기 위해 필요합니다. 관심 때문에 감소 (소스에서)와 유물의 보정 신경 활동보다 훨씬 큰
그라디언트 및 펄스 아티팩트를 수정하는 현재 후 처리 방법은 높은 품질의 EEG 데이터를 생성하기 위해 데이터를 수집하는 동안 만족해야하는 조건의 번호를 필요로합니다. 이전 10 년간 OPTimal 고품질의 데이터를 기록하기위한 셋업 실험은 8-10이 향상되었습니다 유물의 원인에 대한 우리의 이해로 발전하고 우리는 소스 11,12에서 아티팩트를 줄일 수 있도록 같은 실험 방법을 수정하는 방법을 학습하고을 개선하기 위해 후 처리 보정 알고리즘의 성능을 제공합니다. 이러한 발전은 스캐너 시계 13,14의 동기화를 통해 그라데이션 파형의 샘플링을 개선 포함 전통적인 ECG보다 청소기 심장 추적을 제공하는 vectocardiogram 15, 16 중 하나를 사용하십시오. vectocardiogram 추적이 14-16를 고용 엄격한 로우 패스 필터를 가슴에 배치 개의 전극에서 파생됩니다. 결과적으로 추적 그라데이션 유물에 의해 상대적으로 영향을받지 않고 R-피크 검출은 쉽게 혈류 이슈에 민감하다. 그러나 vectocardiogram를 기록하는 기능은 모두 MRI 스캐너에서 사용할 수 없습니다 따라서는이 s에 간략하게 언급 될 것입니다Tudy에. 극도의주의가 걸쳐 촬영하지 않은 경우, 아티팩트 및 데이터의 엄격한 청소 최소화의 중요성이 EEG 데이터에 기록 된 모션 아티팩트가 가짜 결과를 생산하고, 그 작업에 관련 BOLD 활동과 연관 할 수있는 최근의 시위에 의해 강조되었다 실험 과정 17.
여기에 제시된 방법은 상업적으로 공급 된 EEG 장비와 함께 널리 사용할 수 있습니다 MR 하드웨어 및 펄스 시퀀스를 사용하여 동시에 고품질 EEG와 fMRI를 데이터를 얻기위한 현재의 최적 방법을 나타냅니다. 제안 된 취득 방법의 구현은 적절한 사후 처리 방법의 사용과 함께, 중요한 신경 과학 질문에 대답하는 데 사용할 수있는 EEG와 fMRI를 데이터를 얻을 것입니다.
모든 스캐너 객실의 물리적 레이아웃 때문에 일반적인 조언은 우리가 당신은 자석의 구멍 밖에서 EEG 증폭기를 배치 할 수 없다는 인식이 다릅니다. 가능한 스캐너 진동에서 그들을 분리하는이 경우에 좋은 타협 너무 두꺼운 고무 패드에 앰프를 배치하는 것입니다. 당신은 그라디언트 이슈 수정 잘 작동하지 않는 것을 발견한다면, 그것은 MR 콘솔에 입력 된 TR 정확하게 생성되는 TR 아니라는 것을이 경우 가능성으로, 볼륨이나 슬라이스 마커 사이의 시간을 확인 . 이 경우 추가 지원에 대한 관련 MR 스캐너 제조업체에 문의해야합니다.
동시에 fMRI를하는 동안 EEG 데이터 수집의 과정에서 가장 중요한 단계는 모든 외부 노이즈 소스가 (EEG 장비의 예 cyrocooler 펌프 및 진동)을 최소화되었는지 확인하는 데 걸리는 것들이다. 알로로W 최적의 그라데이션 이슈 보정 EEG 및 MR 스캐너 시계가 동기화되어 있는지 확인하는 것이 중요합니다, 슬라이스 TR은 스캐너 클럭주기의 다양하고 피사체가 최적의 위치 때문입니다. 최적의 펄스 이슈 보정 많은 기술이 R-피크를 감지 할 수있는 깨끗한 심장 추적을 필요로 보장하기 위해, 우리는 좋은 위치 ECG 리드로도 가능하지만 이것은 최선 VCG를 사용하여 얻을 수있는 것이 좋습니다. ECG를 사용하는 경우 다음이가 마음 23에 가까운 위치에 액세스 할 때보다 쉽게 사이트되는 추가 혜택과 함께 R-피크 신호 대 노이즈 비율을 극대화하기 위해 뒤의 기초에서이 문제를 배치하는 것이 좋습니다. 뿐만 아니라 시간을 통해 변화하는 그라데이션 이슈를 일으키는 등이 선두에서 추적에 추가 된 호흡으로 인한 움직임 인공물의 가슴 결과에 ECG 리드를 배치. 이 때문에 템플릿 변동에 작동하지 추적 포화 및 / 또는 그라데이션 이슈 수정 될 수 있습니다따라서 권장하지 않습니다.
일반 토론 EEG-fMRI를가 높은 시간적 EEG의 해상도를 fMRI를의 높은 공간 해상도와 결합 할 수있는 뇌 기능 연구를위한 강력한 도구입니다. 지금까지 많은 연구는 뇌 기능의 더 나은 이해를 얻기 위해이 멀티 모달 접근법을 사용했습니다. EEG-fMRI를가 진동 리듬 (EEG 측정)와 혈액 산소 반응 (BOLD fMRI를 사용) 예를 들어 2,3 사이의 상관 관계를 조사하기 위해 건강한 지원자에 적용되었습니다. 또한 유발 신호의 특성은 4,5 시험 별 시험 기준에 BOLD 신호 변화를 설명 할 수 있는지 여부를 연구하는 데 사용되었습니다. 임상 연구에서 기술의 주요 사용은 비 침습적 6,7 현지화 본질적으로 어려운 발작 간질 방전의 병소를 조사하고있다. 이 예제에서는이 멀티 모달 IMAG의 힘을 보여ING 도구입니다. 그러나, 이러한 현상의 연구를 활성화하기 위해서는 뇌파 및 MRI 데이터의 최상의 품질에 액세스 할 수 있습니다하는 것이 중요합니다. 이 작업을 수행하려면 MR 스캐너 내부는 최고의 실험 설정 및 또한 가장 적절한 분석 방법을 선택하는 것이 중요합니다. 보정 방법은 아티팩트의 제거에 사용되므로 최적의 분석 방법에 다소 관심의 연구 문제에 따라 달라집니다. 예를 들어, 녹음 중에 발생한 운동의 크기와 수는 그라데이션 아티팩트를 제거하는 알고리즘의 가장 효과적인 조합을 결정합니다. 그러나 EEG와 fMRI를 하드웨어 셋업 최적의 실험은 특정 연구 질문 상대적으로 독립적입니다. 여기에 설명 된 지침은 일반적으로 가치 그러므로이며, 우리가 사용하는 것보다 다른 EEG 및 MR 스캐너 하드웨어를 사용하여 실험에서 추구 할 수 있습니다.
여기에서 우리는 말아야 취득 방법을 설명했습니다D는 고품질 EEG와 fMRI를 데이터를 수집하기 위해 따라야 할. 우리는 이전에 고용 자극 패러다임 24에 따라 시각적 자극을 사용 하였다. 그러나 데이터 수집을위한 동일한 기술이 관심의 두뇌 활동을 자극하는 데 사용되는 패러다임에 관계없이 적용 할 수 있습니다. 귀하의 패러다임을 선택할 때 그것이 주목되어야하는 사용자가 현재 사용 가능한 기술 (여기에서 설명) 계속 연구 할 수있는 뇌 활동에 일부 제한을 장소 MR 환경 내에서 녹음 할 때 얻을 수있는 EEG 데이터의 품질 : 로우 EEG 활동을 기록하는 특정 장애 (<5 Hz에서) 높은 주파수 (> 80 Hz에서) 잔류 펄스 및 그라데이션 아티팩트가있을 수 있습니다 밴드가 있습니다. 작업과 관련된 피사체의 움직임의 가능성이 최소화되도록 패러다임를 선택할 때 또한주의해야한다. EEG 데이터 모션 아티팩트는 종종 정확하고 작은 유물하기 어려운 수 있기 때문에이 문제가그들은 여전히 신경 신호를 지배 수도 있지만, 명확하게 파악하기 어렵다. 이러한 모션 아티팩트는 fMRI를 데이터 17와 의사 만 그럴듯한 상관 관계가 발생할 수 있습니다.
동시에 EEG-fMRI를위한 후 처리 방법은 수많은 등 자신의 논의로이 작품의 범위를 벗어납니다. 이전에 그라데이션을 언급 펄스 이슈가 평균 유물 뺄셈 18,19, 독립 성분 분석 20,21 등 기술의 번호를 사용하여 제거 할 수있는 최적의 기초는 22 beamformers 25를 설정합니다. 종종 이러한 방법의 조합은 23 고용 및 방법의 성능은 자기장의 강도와 사용 패러다임과 같은 요인에 따라 달라집니다 수 있습니다. 특정 연구를위한 최적의 사후 처리 방법은 PO에 영향을 미칠 수 이러한 진동 리듬이나 유발 전위 여부, 데이터를 추출하는 신호에 따라 달라집니다세인트 처리 방법을 채택했다.
상당한이 동안 진행하는 동시에 EEG-fMRI를위한 향상된 데이터 수집 및 분석 방법을 대상으로 연구를, 그것은 높은 공간 fMRI를의 해상도와의 조합을 요구하는 중요한 신경 과학 질문에 대답하기 위해, 여기에서 설명한 기술을 사용하여, 이미이 가능합니다 EEG의 우수한 시간 해상도.
The authors have nothing to disclose.
우리는 그들의 장비, 전문 지식을 제공하기 위해 브레인 제품 GmbH에 감사하고이 작품 제작에 도움을 드리고자합니다. 우리는 또한 비디오의 제작과 지원에 그린 스펜서, 노팅엄 대학교, 감사드립니다. 우리는 또한이 연구 자금에 대한 공학 및 물리 과학 연구위원회 (EPSRC), EP/J006823/1 노팅엄 대학교 감사합니다.
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 |