JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

Eş zamanlı fMRI sırasında Yüksek Kalite EEG Veri alma için an En iyi Uygulama

Published: June 03, 2013
doi:
10.3791/50283
, ,
1Sir Peter Mansfield Magnetic Resonance Centre, School of Physics and Astronomy,University of Nottingham , 2Brain Products GmbH

Summary

Eşzamanlı elektroensefalografi (EEG) ve fonksiyonel Manyetik Rezonans görüntüleme (fMRI) güçlü bir beyin görüntüleme aracıdır. Ancak, MRI tarayıcı içinde bir tarayıcı içinde EEG ekipmanı kullanırken her EEG veri kayıt ve güvenliği dikkate alınması gereken için zor bir ortam oluşturur. Burada, optimize edilmiş EEG-fMRI veri toplama protokol mevcut.

Abstract

Eş zamanlı EEG-fMRI EEG mükemmel zamansal çözünürlüğü fMRI yüksek uzaysal doğruluk ile birlikte sağlar. Bu iki yöntemleri elde edilen veriler çeşitli şekillerde kombine, ancak tüm kaliteli EEG ve fMRI veri toplama güveniyor olabilir. Eş zamanlı fMRI sırasında edinilen EEG veri degrade eserin (fMRI için gerekli değişen manyetik alan geçişlerini nedeniyle), darbe yapay doku (kalp döngüsü ile bağlantılı) ve hareket eserler (kuvvetli manyetik hareketleri kaynaklanan dahil olmak üzere birçok eserler, etkilenen Tarayıcının alanı ve kas aktivitesi). Başarıyla degrade ve nabız eserler düzeltmek için post-processing yöntemleri veri toplama sırasında yerine getirilmesi gereken bir dizi kritere gerektirir. EEG-fMRI sırasında kafa hareketleri en aza indirmek de eserler üretimi sınırlandırmak için zorunludur.

MR ve inci için gerekli olan radyo frekansı arasındaki etkileşimler (RF) darbeE EEG donanım oluşabilir ve ısıtma neden olabilir. Bu güvenlik kurallarına memnun değilseniz sadece önemli bir risktir. MR dizileri mevcut EEG donanım ile çalıştırılır olan donanım tasarımı ve set-up, hem de dikkatli seçimi bu nedenle kabul edilmelidir.

Eş zamanlı EEG-fMRI deneyi yaparken yukarıdaki konularda kullanılan deneysel protokol seçimi önemini vurgulamak. Önceki araştırmaya göre biz en uygun deneysel set-up tarif. Minimize konuya güvenlik riskleri ile, ticari EEG ve fMRI sistemlerini kullanırken, bu aynı anda fMRI sırasında yüksek kaliteli EEG verileri sağlar. Biz basit bir görsel uyaran kullanarak bir EEG-fMRI deneyi bu set-up göstermektedir. Bununla birlikte, çok daha karmaşık uyaranlara kullanılabilir. Burada, bir Beyin Products GmbH (Gilching, Almanya) bir Philips Achieva (Best, Hollanda) 3T MR cihazı ile birlikte mrplus, 32 kanallı EEG sistemi kullanılarak EEG-fMRI set-up gösterisi rağmentekniklerin birçok diğer sistemlere devredilemez.

Introduction

Eşzamanlı elektroensefalografi (EEG) ve fonksiyonel Manyetik Rezonans görüntüleme (fMRI) EEG mükemmel zamansal çözünürlüğü fMRI yüksek uzaysal doğruluk ile birlikte sağlar. Bu iki yöntemleri verileri 1 birleştirilebilir yolları bir dizi, ancak tüm kaliteli EEG ve fMRI veri toplama güveniyor. Bugüne kadar, eş zamanlı EEG-fMRI örneğin 2,3 (bağımlı kan oksijenlenme seviyesi (BOLD) fMRI kullanarak) salınım ritimleri (EEG ile ölçülen) ve kan oksijenlenme yanıtları arasındaki ilişkiyi incelemek için kullanılmıştır. Ayrıca uyarılmış sinyal özellikleri 4,5 bir deneme-deneme olarak BOLD sinyal farkı açıklamak olup olmadığını incelemek için kullanılmıştır. Klinik çalışmalarda tekniğin ana kullanım non-invaziv yerelleştirilmesine cerrahi planlamada yardımcı olabilir interiktal epileptik deşarj, en odakları araştırmak için yapılmış ve şu anda zor olan6,7. Istenen EEG ve fMRI veri füzyon elde etmek için, her iki yöntemin yüksek kaliteli veri olması esastır. Ancak, aynı anda fMRI sırasında edinilen EEG veri degrade eserin (fMRI için gerekli değişen manyetik alanlar nedeniyle), darbe yapay doku (kalp döngüsü ile bağlantılı) ve hareket eserler (güçlü hareketleri kaynaklanan dahil olmak üzere birçok eserler, etkilenen Tarayıcı, hem de kas aktivitesi) manyetik alan. Bu eserler (post-processing ile) hem de eş zamanlı EEG-fMRI başarılı bir şekilde uygulanması sağlamak için ihtiyaç vardır. Ilgi ve bu nedenle azaltılması (kaynağında) ve eserler düzeltme nöronal aktivitenin çok daha büyük olan

Degrade ve nabız eserler düzeltmek için mevcut post-processing yöntemleri yüksek kaliteli EEG veri üretmek için veri toplama sırasında yerine getirilmesi gereken bir dizi kritere gerektirir. Bir önceki on yıl içinde tercihminimal yüksek kaliteli veri kayıt için set-up deneysel 8-10 geliştirdi eserler nedenleri anlayışımızı olarak gelişti ve biz kaynak 11,12 de eserler azaltmak amacıyla deneysel yöntemler değiştirme öğrendim ve geliştirmek için post-processing düzeltme algoritmaları performans. Bu gelişmeler tarayıcı saatler 13,14 senkronizasyonu ile degrade dalga örnekleme iyileştirilmesi içerir ve geleneksel EKG daha temiz bir kalp iz sağlamak için bir vectocardiogram 15,16 kullanımı. Vectocardiogram iz 14-16 istihdam sıkı bir alçak geçiren filtre ile göğüs üzerine yerleştirilen dört elektrot türetilmiştir. Sonuç olarak iz degrade eserler ile nispeten etkilenmez ve R-tepe algılama daha kolay hale kan akışını eser olup olmadığına bakılmaktadır. Ancak, vectocardiogram kaydetmek için tesis tüm MR görüntüleme cihazları kullanılamaz ve bu nedenle sadece bu s kısaca bahsedilecektirtudy. Çok dikkatli boyunca alınmaz ise eserler ve veri sıkı temizlik en aza indirilmesi önemi EEG veri kaydedilen hareketli eserler sahte sonuçlar üreten, ilgi görevi ile ilgili olmayan BOLD aktivitesi ile ilişkili olduğunu son gösteri ile vurgulanır olmuştur deneysel işlem 17.

Burada sunulan yöntem, ticari olarak temin EEG ekipmanları ile birlikte, yaygın olarak bulunmaktadır MR donanım ve darbe dizileri kullanarak aynı anda yüksek kalitede EEG ve fMRI veri elde etmek için mevcut en iyi yaklaşımı temsil ediyor. Önerilen satın alma yönteminin uygulanması, uygun post-işleme yöntemlerinin kullanımı ile bağlantılı olarak, önemli nörobilim bir dizi soru cevaplamak için kullanılabilir EEG ve fMRI veri verecektir.

Protocol

1. Deneysel Kurulum hazırlanması Öznenin varıştan önce tarayıcı operatör oturup kontrol odasında EEG ekipman kurmak. Şekil 1'de gösterildiği gibi EEG donanım için dizüstü bilgisayara bağlayın Not:. Tüm çevresel cihazlardan tetikler ve MR tarayıcı EEG sistemi tarafından tespit edilecek 200'den fazla mikro saniye süreleri olmalıdır. Uyaran bilgisayar kurmak, bu çalışmada, görsel bir uyaran kullanmak; işaretleri her uyarım döneminin başında ve sonunda BrainVision Kaydedici okunur. Veri mevcut yüksek zamansal çözünürlük ve doğru filtre ayarları olarak ayarlandığında kayıt için çalışma alanı sağlamak. Çok düşük ya da yüksek frekanslı nöronal sinyalleri ilgi ise DC-bağlantısı veya daha yüksek (1 kHz) low-pass filtre sırasıyla gerekebilir rağmen çalışmaların çoğunluğu için ,016-250 Hz bir filtre ile AC-bağlantısı en uygunudur. M edintarayıcı ve doğru EEG sistem tarafından takip etmektedir onaylamak için uyaran sunum arkers. BrainVision Kaydedici kontrol panelini kullanarak tarayıcı ve EEG saatlerin senkronizasyonunu açma. Senkronizasyon başarılı olursa o zaman kontrol edin; kurmak yeşil simge ve nokta görünür "On Sync" doğru olup olmadığını. Geleneksel şekilde MR tarayıcı kurmak, burada vücudun RF bobin iletimi ve 32 kanal kafa RF bobini almak kullanıyoruz. Mümkün olduğunda, EEG kap ve ilgili kablo RF ısıtma riskini en aza indirmek için kafa boyutlu iletmek bobin kullanmak en iyisidir. Ancak çoğu tarayıcılarda, baş verici bobin fMRI veri toplama (özellikle paralel görüntüleme hızı-up mümkün değildir) için kurulmuş bir alt-optimal yol açan bir çok eleman alıcı bobin ile birlikte kullanılamaz. Bu EEG kapağından kabloları düz bir p boyunca çalıştırmak için izin veren bir erişim noktası içerir çünkü bu özel baş bobin almak kullanıyorsanıztarayıcı dışında ath. Çalıştırılacak MR dizileri kurmak emin olun. FMRI dizisi EEG saat periyodu (200 mikrosaniye) bir katı olan bir dilim TR kullanmanız gerekir. Philips MR sistemi kullanıyorsanız Philips Zamanlama hesap olası dilim ve TR kombinasyonları belirlemek için kullanılabilir. Beklendiği gibi tüm ekipman kayıt olduğunu bir kez kontrol edin. 2. Konu Varış Temiz saç ve giyen rahat, metalik olmayan giysilerle gelmesi için konu isteyin. Konu deney ve ne olacak amacını açıklayın. MR tarama için kontrendikasyonları olduğunu kurmak ve için kullanılan formları doldurmak için konu isteyin deney katılım için konu rıza. Devam etmeden önce formları kontrol edin. Bu çalışmada, yerel etik kurul onayı elde ve her konuda bilgilendirilmiş onam verdi edilmiştir. Baş-çevresi ölçümünd uygun büyüklükte kap (yani kafa boyutundan daha büyük olan en küçük kullanılabilir kapak) seçin. Başının ön de başlayan ve geriye doğru çekerek baş kapağı yerleştirin. Doğru kap yerleştirin, öyle ki Taşlı elektrot nasion ve inion arasında yarım oturtulmuş ve aynı zamanda sağ-sol merkezli. Tarafından kafasına elektrotlar bağlayın:, yolumdan saç hareketli alkol ve sonra Abralyte jel uygulayarak. Kapak elektrotlar için kullanılana benzer bir yöntem kullanarak arka tabanına ECG elektrodu takın. Bu elektrot sinyali ölçmek için kullanılır. Arka dibinde konumlandırma EKG sinyali hem de tabi konfor için R-tepe gürültü sinyalinin üst düzeye çıkarmak için tavsiye edilir. En az 10 k (her elektrot iç direnç direnç hariç) kafasına elektrot empedansları azaltmak amacıyla temas üzerinde çalışır. Sinyalleri güçlü olarak EKG ve EOG direnci yüksek olabilirer ve iyi bağlantılar elde etmek zor olabilir, ama 50kΩ altında tutulmalıdır. EEG veri kalitesi görsel olarak monitör ekranında verileri inceleyerek tatmin edici olup olmadığını kontrol edin. 3. MR Tarayıcı kayıt dışında (Opsiyonel: İç gelen ve MR Tarayıcı dışında EEG Veri Kalitesi Karşılaştırma ister Yalnızca Gerekli) Tarayıcı (manyetik alan düşük bir konumda) dışında sunum cihazı ve EEG ekipman kurmak. Kurulum MR tarayıcı (özellikle konu yatar olmalı ve uyaran sunum benzer bir süreci kullanılmalıdır) içinde kullanılan mümkün olduğunca benzer olduğundan emin olun. Deney yapın ve tarayıcı (Bölüm 4) içinde kullanılan benzer bir şekilde veri kaydedin. 4. MR Tarayıcı içinde Konu ayarlama Eğer se iken oturmak için konu isteyint kadar MR tarayıcı odasında EEG ekipman. Korumalı odasına amplifikatör alın ve tarayıcının arkasında bir masaya yerleştirin. Uzun fiber optik kablo için amplifikatör takın. Dalga kılavuzu ile fiber optik kablo geçmek ve kontrol odasında BrainAmp USB adaptörü (Şekil 1) takın. MR tarayıcı hasta veri tabanında hasta kayıt. Odasına konu alın ve tarayıcı yatakta yatmak isteyin. Konu kulak tıkacı, kulaklık ve arama tuşuna verin ve onlar rahat olduğundan emin olun. Konu başının üzerine kafa bobin koyun. EEG kabloları mümkün olan en kısa yol boyunca kafa bobini terk etmelidir. Şimdi pad öznenin baş baş hareketi en aza indirmek için. Tarayıcıya konu taşıyın elektrotlar FP1 ve FP2 z-yönünde MR tarayıcı isocentre altında olduğunu sağlanması, taşıyordu. U Bu, normal ışık ile, bu iki elektrot hizalama ile elde edilir kionlar delik girmeden önce konuya konumlandırmak için sed. Tarayıcının arkasındaki amplifikatör için EEG kap takın. (Bu RF ısıtma yol ve aynı zamanda daha büyük EEG eserler neden neden olabilir gibi) hiçbir tel EEG derivasyonlarda döngüler vardır emin olun ve kablolama mümkün olduğu kadar MR tarayıcı titreşimleri izole edilmiştir, burada bir konsol kiriş kullanın Bu izolasyon elde etmek. 5. Tarayıcı içinde kayıt Bu tarayıcı operatör duymak ve Tamam olduğunu onaylamak için konsol odadan konu konuşun. İkinci bir deneyci izleri gürültülü elektrotlar kontrol, hem de ekranın altındaki nokta yeşil "Açık Sync" için, EEG monitorizasyonu başlar. Kayıt üzerinde cryo-pompaların açık etkisi (bkz. Şekil 2) görülebilir. Bu nedenle, üretici yönergeleri izleyerek, veri toplama sırasında bu pompalar kapatın. Inci taşımak için konu isteyinküçük bir miktar EIR kafa. Kafa tutmak önemi de EEG kayıt büyük gerilim görülebilir ki küçük baş hareketleri sonucu. Gözlerini açmak ve kapatmak için konu sorarak nöronal aktivitenin kayıt test edin. Oksipital alfa aktivitesi arayın. Bu çok gürültü daha fizyolojik sinyalleri ölçüm olup olmadığını test edecek. Alfa sinyal bir konu (bazı konularda gerçekleştiği) üzerinde görülemez Eğer MR tarayıcı çalışan olmadan deneysel paradigma bir kısa vadede gerçekleştirerek nöronal aktivite için test etmek ve ortalama uyarılmış potansiyel aramak mümkündür. Nabız artefaktı açıkça tapınaklar üzerinde özellikle elektrodlardaki ham verileri (bkz. Şekil 2) görülebilir. RecView (veya posta işleme yazılımı paketleri) kullanarak gerçek zamanlı olarak bu eser düzeltmek için EKG izini kullanın. En kısa sürede her MRI tarama başlar geçişlerini EEG veri büyük eserler neden olur. </ Em> Hazır bir durumda uyaran sunum sistemi ile – – fMRI deneyi, başlamak için hazır olduğunda sonra gösterilen adımları izleyerek EEG veri kaydetme başlar. Şimdi uyaran sunum ve MR tarayıcıdan işaretleri BrainVision Kaydedici görülebilir kontrol, deney başlar. Burada uyarıcı% 100 kontrast bir tam saha radyal dama tahtası oluşur. Ters oranı bir uyarılmış yanıt her 500 msn ve bir işaretleyici her görüntü ters de EEG dosyasında yerleştirilir oluşacak şekilde 2. Hz. EEG veri kalitesi çok kötü olarak görünür, ancak RecView veya sonrası işleme sırasında on-line ya kadar temizlenebilir. Nöronal sinyalleri kayıt ödün vermeden çalışmak için degrade yapay doku düzeltme için için, uyaran sunum TR kilitli olmamalıdır ve uyarıcı tekrarlama sıklığı dilim tekrarlama frekansı eşit olmamalıdır. Gradient eser düzeltme must (Şekil 3 ve 4) darbe eser düzeltme önce gerçekleştirilmelidir. Veriler daha sonra uyaran sunum göre ve çok sayıda teknikleri ile analiz segmentli olabilir, en basit olan (bkz. Şekil 6) uyarılmış yanıtlar araştırılması için ortalama edilir. 6. Bilgilendirme Konu Tarama tamamlandıktan sonra, tarayıcı dışında konu alıp EEG kap çıkarmak için yardımcı olur. Onların saç yıkamak için izin verin. Şimdi terk ücretsizdir. 7. Deney Sonu açılıyor Sizin laboratuvar tarafından gerekli EEG donatım paketi. MR üretici gerektiriyorsa, senkronizasyon donanım her oturumun sonunda takılı ve tarayıcı elektronik bağlı sol değil emin olun. Son olarak, EEG kap temizlenmelidir. Bunu yapmak için, (normal olarak yakl suda kapağı bekletinoximately 5 dakika) veya bir su ve dezenfektan karışımı (dezenfektan şapka üreticisi ilgili patojen spektrumu ve dezenfektan tavsiye göre seçilmelidir. Pozlama süresi ve dezenfektan konsantrasyonu dezenfektan üreticisinin kurallara uymak zorundadır.). Daha sonra kalan jel uzak temizlemek için bir diş fırçası kullanın. Bu daha sonra kullanıldığında kap uygun performans sağlamak için tam olarak kapak temizlemek için çok önemlidir. 8. Analiz Burada, gerçek zamanlı EEG gösterilmiştir, bununla birlikte, aynı zamanda mümkün olan ve işlem sonrası EEG veri normalde arzu edilir. Bu durum beyin Ürünler Analiz 2 veya EEGLAB olarak analiz paketleri bir dizi yapılabilir. Ortalama artefaktı 18,19 (yaygın gradyan düzeltilmesi için kullanılır ve genellikle darbe dışlayıcı düzeltimi için kullanılan), bağımsız bileşen anal: Gradyan ve darbe düzeltme dışlayıcı gibi çeşitli yöntemler kullanılarak gerçekleştirilebilirTezin 20,21 veya en uygun olarak 22 (darbe eser düzeltme için) ayarlar. Veriler daha sonra uyarılmış yanıtları ve devam eden salınımlı aktivite bakmak için zaman ya da frekans bölgesinde analiz edilebilir. Burada, darbe eser düzeltilmesi için gerekli bilgileri elde etmek amacıyla beyin Ürünler sistemini kullanarak EKG iz kaydetti. Standart kurulumunda EKG izi konusu arkasına yerleştirilen özel bir elektrot vasıtasıyla kaydedilir. Laboratuarımızda biz de (bu çözüm sadece Philips fizyolojik izleme ekipmanları ile kullanılabilir) kalp iz oluşturmak için bir vectrocardiogram istihdam standart olmayan bir çözüm, kullanın. Biz temiz bir iz geleneksel EKG set-up kullanılarak elde edilemez, bu yararlı olabilir bulduk.

Representative Results

Şekil 3 hiçbir eser düzeltme yapılmıştır beklenmez sinyal kalitesini gösterir. Herhangi bir nöronal aktivite gizlenmiş olduğu açıktır. Şekil 3C gösterir degrade eser kaydın tüm frekans aralığı kapsayan, fMRI sırayla dilim satın alma sıklığı harmonik olan farklı frekanslarda oluşur. Şekil 4 darbe eser gösterir degrade eser Analyzer 2 (sürüm 2.0.2) ortalama eser çıkarma sonrası işleme yöntemi kullanılarak kaldırıldıktan sonra hangi ortaya çıkar. Bu önemli mekansal Bu eser değişimi ve O1, bu görsel deney için ilgi kanallarından biri, özellikle büyük darbe eser görüntüler var olduğu açıktır. Bu eser degrade eser (özellikle 10 Hz altında – Şekil 4C) daha düşük frekansa sahip ve kardiyak aktivite ile bağlantılıdır Şekil 5. degrade ve darbe eser düzeltme sonra elde edilebilir EEG veri kalitesi, burada darbe eser Analyzer 2 ve kardiyak dalga R-zirveleri ortalama eser çıkarma ile giderilmiştir EKG izlemesi tespit edildi. Geri kalan sinyallerin genliği çok daha küçük olan ve bu nedenle nöronal sinyalleri olarak Şekiller 6 ve 7 'de elde edilen uyarılmış yanıtları ile gösterildiği gibi, artık engellenmiş olduğu açıkça görülecektir. Şekil 6, her 300 uyaran arasında ortalama tarafından üretilen bir tipik uyarılmış yanıtını gösterir. Ancak, bloklar arasında bu yanıtın değişkenliği Şekil 7'de görüldüğü ve eş zamanlı kayıtları yapılmıştır zaman BOLD ve EEG yanıtları arasında korelasyon sorgulamak için kullanılabilir nöronal yanıtları bu doğal ve öngörülemeyen çeşididir olabilir. s/ftp_upload/50283/50283fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50283/50283fig1.jpg "/> Şekil 1.. EEG ekipman ve gibi protokol açıklandığı donanım, arasında gerekli bağlantıların kurulum şematik diyagramı. büyük rakam görmek için buraya tıklayın . Şekil 2. Fourier üzerinde (kırmızı) ve temsili bir kanal (P7) için kapalı (siyah) cryo-pompa ile yine yalan bir konuda toplanan sinyal dönüşümü. <strong> Şekil 3 ham EEG veri On saniye 16 farklı kanal (A) eşzamanlı MRI sırasında kaydedilen;. Oz (B) verileri 5 saniye odaklanarak,. ilgili Fourier dönüşümü (C) ile büyük rakam görmek için buraya tıklayın . Şekil 4 16 farklı kanal (A) AAS kullanarak degrade eser düzeltme sonra gösterilen eşzamanlı MRI sırasında 16 farklı kanal kaydedilen EEG veri On saniye;. Oz (B) verileri 5 saniye odaklanarak, ilgili Fourier dönüşümü ile (C </strong>). büyük rakam görmek için buraya tıklayın . Şekil 5,. On EEG verilerinin saniye degrade ve AAS (A) kullanarak darbe eser düzeltme sonra gösterilen, eş zamanlı fMRI sırasında on16 farklı kanallar kaydedilir; Oz (B) verileri 5 saniye odaklanarak, ilgili Fourier dönüşümü (C). görmek için buraya tıklayın büyük rakam . <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "her zaman"> Şekil 6. Kanal 01 ve 02 (sol) ve P120 (sağ) için ilgili topografik haritası için ortalama EEG tepkisi (300 ortalama). Şekil 7. Kanalı O1 (yanıtları 30 sn blok içinde ortalama edilmiştir) için bloklar arasında uyarılmış yanıt değişimi.

Discussion

Tüm tarayıcı odalarının fiziksel düzeni bu yana Genel Öneri size mıknatısın delik dışında EEG yükselteçleri konumlandırmak için mümkün olmayabilir farkındayız farklıdır. Mümkün olduğunca tarayıcı titreşim onları ayrılabilmesi için bu durumda iyi bir uzlaşma çok kalın bir kauçuk pad üzerinde amplifikatörler yerleştirmektir. Eğer degrade eser düzeltme iyi çalışmıyor fark ederseniz, o zaman MR konsola giriş olmuştur TR tam üretiliyor TR olmadığını bu durumda büyük olasılıkla olduğu gibi, hacim veya dilim işaretleri arasındaki kez kontrol . Bu durumda daha fazla yardım için ilgili MR tarayıcı üreticisine başvurun gerekir.

Eş zamanlı fMRI sırasında EEG veri toplama sürecinde en önemli adımlardan tüm harici ses kaynakları (EEG ekipman örneğin cyrocooler pompa ve titreşim) kısılmış sağlamak için alınan olanlardır. Allo içinw en iyi degrade eser düzeltme EEG ve MR tarayıcı saatleri eşitlenir sağlamak için önemlidir, dilim TR bir tarayıcı saat periyodu birden fazla ve konu en iyi şekilde konumlandırılmış olmasıdır. En iyi darbe eser düzeltme birçok teknik R-zirveleri tespit edilebileceği temiz bir kalp iz gerektiren sağlamak için, bir iyi bir konuma EKG ile mümkündür ancak bu iyi, bir VCG kullanılarak elde edilebilir olduğunu göstermektedir. EKG kullanarak, o zaman bu kalbi 23 yakın bir konumdan daha erişmek için daha kolay bir sitesi olmanın yararı ile R-tepe gürültü oranı sinyal maksimize etmek için arkadan dibinde bu yerleştirmek için tavsiye edilir. Hem de zaman içinde değişebilir degrade eser neden bu kurşun izi eklenen solunum nedeniyle hareket eserler göğüs sonuçlarına EKG konumlandırılması. Bunun nedeni şablon değişkenlik için çalışmıyor iz doyurarak ve / veya degrade eser düzeltme neden olabilirve bu nedenle tavsiye edilmez.

Genel Tartışma EEG-fMRI yüksek temporal EEG kararı fMRI yüksek uzaysal çözünürlüğü ile kombine edilebilir gibi, beyin fonksiyonu çalışmak için güçlü bir araçtır. Bugüne kadar, bir dizi çalışma beyin fonksiyonlarının daha iyi anlamak için bu çok modlu yaklaşım kullandık. EEG-fMRI salınım ritimleri (EEG ile ölçülen) ve kan oksijen yanıtları (BOLD fMRI kullanarak) örneğin 2,3 arasındaki ilişkiyi araştırmak için sağlıklı gönüllülere uygulanmıştır. Ayrıca uyarılmış sinyal özellikleri 4,5 bir deneme-deneme olarak BOLD sinyal farkı açıklamak olup olmadığını incelemek için kullanılmıştır. Klinik çalışmalarda tekniğin ana kullanım non-invaziv 6,7 lokalize etmek doğal olarak zordur interiktal epileptik deşarjların odakları araştırmak olmuştur. Bu örnekler bu çok modlu görüntüleme gücünü göstermeking aracı. Ancak, bu tür olayların çalışma sağlamak için, bu EEG ve MR verileri mümkün olan en iyi kalite erişimi olması önemlidir. Bunu başarmak için MR tarayıcı içinde en iyi deneysel kurulum ve aynı zamanda en uygun analiz yöntemlerini seçmek olması önemlidir. Düzeltme yöntemleri eserler çıkarılması için kullanılan gibi en uygun analiz yöntemleri bir ölçüde, ilgi araştırma sorusu bağlıdır. Örneğin, kayıt sırasında meydana gelen hareketlerin boyutu ve sayısı gradyan artefaktı kaldırılması için algoritmaların en etkili kombinasyon belirleyecektir. Ancak, EEG ve fMRI donanım set-up en uygun deneysel özel araştırma soruları nispeten bağımsızdır. Burada belirtilen kurallara genel değeri bu nedenle ve biz kullanılan farklı EEG ve MR tarayıcı donanım kullanarak deneylerde takip edilebilir.

Burada omuz elde etme yöntemleri göstermiştird kaliteli EEG ve fMRI veri elde etmek için izlenecek. Biz daha önce istihdam uyarıcı paradigması 24 dayalı bir görsel uyarıcı kullanılır. Bununla birlikte, veri toplama için aynı teknikleri ilgi beyin aktivitesini uyarmak için kullanılan bir paradigma bağımsız olarak uygulanabilir. Sizin paradigma seçerken unutulmamalıdır ki kullanıcılar için mevcut teknikleri (ve burada açıklanan) hala incelenebilir beyin aktivitesi üzerine bazı sınırlamalar yer ile MR ortamı içinde kaydederken elde edilebilir EEG verilerin kalitesi: düşük EEG aktivitesi kayıt bazı zorluklar (<5 Hz) ve yüksek frekans (> 80 Hz) artık darbe ve degrade eserler ikamet olabilir bantları vardır. Görevi ile ilgili nesne hareketi olasılığını en aza indirgenmesi için paradigma seçerken Ayrıca, dikkat edilmelidir. EEG veri hareket eserler genellikle doğru ve küçük eserler zordur olabilir, çünkü bu bir sorunhala nöronal sinyalleri hakim olsa da, net bir şekilde tespit etmek zordur. Bu hareket eserler fMRI verileri 17 ile sahte ama makul korelasyon neden olabilir.

Eş zamanlı EEG-fMRI için post-processing yöntemleri çoktur ve bu onların tartışma gibi bu işin kapsamı dışındadır. Daha önce degrade bahsedilen ve nabız eser ortalama eser çıkarma 18,19, bağımsız bileşen analizi 20,21 dahil bir takım teknikler kullanılarak kaldırılabilir gibi, en uygun olarak 22 ve beamformers 25 ayarlar. Genellikle bu yöntemlerin bir kombinasyonu kullanılan 23 ve yöntemleri performansı, manyetik alan gücü ve kullanılan paradigma gibi faktörlere bağlıdır olabilir. Belirli bir çalışma için en uygun işlem sonrası yöntemleri de po üzerinde bir etkiye sahip olabilir, bu osilasyon ritim veya uyarılmış potansiyeller olup, veri elde etmek için sinyalleri bağlıdırst-işleme yöntemleri kullanılmaktadır.

Önemli bulunmamasına karşın devam eden eş zamanlı EEG-fMRI için geliştirilmiş veri toplama ve analiz yöntemleri çaplı araştırmalar, bu yüksek uzaysal fMRI çözünürlük ve kombinasyonu gerektiren önemli nörolojik soruları cevaplamak için, burada açıklanan teknikleri kullanarak, şimdiden mümkün EEG mükemmel temporal çözünürlük.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Biz kendi ekipman, uzmanlık sağlamak için Beyin Products GmbH teşekkür ve bu iş üretiminde yardımcı olmak istiyorum. Ayrıca video üretimi ile yardımcı Glyn Spencer, University of Nottingham, teşekkür etmek istiyorum. Biz de bu araştırmalar için fon Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC), EP/J006823/1 ve University of Nottingham teşekkür ederim.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kilner, J. M., Mattout, J., Henson, R., Friston, K. J. Hemodynamic correlates of EEG: A heuristic. Neuroimage. 28, 280-286 (2005).
  2. Goldman, R. I., Stern, J. M., Engel, J., Cohen, M. S. Simultaneous EEG and fMRI of the alpha rhythm. Neuroreport. 13, 2487-2492 (2002).
  3. Laufs, H. Endogenous Brain Oscillations and Related Networks Detected by Surface EEG-Combined fMRI. Human Brain Mapping. 29, 762-769 (2008).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Lemieux, L. Electroencephalography-correlated functional MR imaging studies of epileptic activity. Neuroimaging Clinics of North America. 14, 487 (2004).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Yan, W. X., Mullinger, K. J., Brookes, M. J., Bowtell, R. W. Understanding Gradient Artefacts in Simultaneous EEG/fMRI. Neuroimage. 46, 459-471 (2008).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Jansen, M., et al. Motion-related artefacts in EEG predict neuronally plausible patterns of activation in fMRI data. Neuroimage. 59, 261-270 (2012).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Briselli, E., et al. An independent component ballistocardiogram analysis-based approach on artifact removing. Magnetic Resoance Imaging. 24, 393-400 (2006).
  21. Mantini, D., et al. Complete artifact removal for EEG recorded during continuous fMRI using independent component analysis. Neuroimage. 34, 598-607 (2007).
  22. 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).
  23. Eichele, T., Moosmann, M., Wu, L., Gutberlet, I., Debener, S., Ullsperger, M., Debener, S. . Simultaneous EEG and fMRI: recording, analysis and application. 1, (2010).
  24. Sandmann, P., et al. Visual activation of auditory cortex reflects maladaptive plasticity in cochlear implant users. Brain. 135, 555-568 (2012).
  25. 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).

Tags

Simultaneous EEG-fMRIGradient ArtifactPulse ArtifactMovement ArtifactRF HeatingExperimental ProtocolMR ScannerEEG SystemData AcquisitionArtifact CorrectionHigh Quality Data

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Mullinger, K. J., Castellone, P., Bowtell, R. Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI. J. Vis. Exp. (76), e50283, doi:10.3791/50283 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image