Bildgebung mit elektromagnetischen Quellen bei der präoperativen Beurteilung von Kindern mit arzneimittelresistenter Epilepsie

Die hier angewandten experimentellen Verfahren wurden vom North Texas Regional Institutional Review Board (2019-166; Projektleiter: Christos Papadelis). Im folgenden Abschnitt wird das experimentelle Protokoll für die nichtinvasive Lokalisierung von IEDs, iktale Onsets und ereignisevozierte Reaktionen (d.h. visuelle, motorische, auditive und somatosensorische) unter Verwendung gleichzeitiger MEG- und HD-EEG-Aufzeichnungen beschrieben, die in unserem Labor durchgeführt werden. Die International Federation of Clinical Neurophysiology43 und die American Clinical MEG Society44 haben “Mindeststandards” für die routinemäßige klinische Aufzeichnung und Analyse von spontanen MEG- und EEG-Daten festgelegt. Die hier beschriebenen Verfahren für HD-EEG-Aufzeichnungen gelten nur für schwammbasierte EEG-Elektrodensysteme. Der gesamte Vorbereitungsprozess für jedes Fach beträgt ca. 2-3 Stunden, wobei die eigentlichen Aufnahmen ~1,5 Stunden betragen. 1. Vorbereitung des MEG-Systems Führen Sie vor der Ankunft des Probanden eine einige Minuten dauernde MEG-Aufzeichnung in einem leeren Raum durch, um den Hintergrundgeräuschpegel und die magnetischen Artefakte zu erfassen und zu überprüfen, ob alle MEG-Sensoren ordnungsgemäß funktionieren. Stellen Sie mit dem Abstimmungsprogramm für MEG-Sensoren sicher, dass der durchschnittliche Wert des weißen Rauschens aller MEG-Sensoren zwischen 2 und 5 fT/√Hz (fT/cm√Hz für Gradiometer) liegt. 2. Vorbereitung des Probanden Stellen Sie sicher, dass sich das Motiv in der Umgebung wohlfühlt. Lassen Sie kleine Kinder den Aufnahmeraum (einschließlich des magnetisch abgeschirmten Raums [MSR]) erkunden und die Testgeräte sehen, die für die Datenerfassung verwendet werden.Screening und Bereitstellung von Anweisungen für die Prüfungsteilnehmer mithilfe der Einverständniserklärung für das Screening. Erklären Sie kleinen Kindern bei Bedarf das Verfahren mit speziellen Wörtern, Spielzeug und Spielen, die für jede Altersgruppe entwickelt wurden. Fragen Sie den Probanden (oder die Eltern des Probanden), ob er/sie innerhalb der letzten ~2 Stunden vor dem Besuch einen Anfall hatte.HINWEIS: Die Einverständniserklärung für das Screening enthält eine Beschreibung des Tests sowie seine Sicherheit, warum der Test durchgeführt wird, und eine allgemeine Beschreibung der Studie. Entfernen Sie alle metallischen und/oder magnetischen Materialien von der Person und stellen Sie der Person geeignete Krankenhauskleidung zur Verfügung (z. B. Krankenhauskittel, Kittel). Bitten Sie die Person außerdem, ihre Schuhe auszuziehen, um zu verhindern, dass magnetischer Staub in den MSR eindringt. Wenn andere ferromagnetische Elemente, wie z. B. zahnärztliche Arbeiten oder implantierte medizinische Geräte, nicht entfernt werden können, verwenden Sie einen Degausser (d. h. einen Entmagnetisierer), um verbleibende magnetische Artefakte zu entfernen, die bei MEG-Aufnahmen entweder Interferenzen oder einen hohen Rauschpegel verursachen können. Nachdem Sie sich vergewissert haben, dass alle Quellen des magnetischen Rauschens entfernt wurden, bitten Sie den Probanden, sich auf einen Holzstuhl zu setzen und es sich bequem zu machen, wo die nächsten Messverfahren angewendet werden.HINWEIS: Der Degausser darf nicht direkt auf implantierte elektronische Geräte (z. B. Herzschrittmacher, Neuromodulationsgeräte) aufgetragen werden. Messen Sie den Kopfumfang des Probanden, um die passende EEG-Netzgröße auszuwählen (in der Regel 32-34 cm bis 58-61 cm). Messen Sie mit der Zentimeterseite des Maßbandes den Kopfumfang, indem Sie das Band von der Nase des Probanden bis zu ~1 cm über dem Inion und dann zurück zum Nasenband halten.HINWEIS: Das Nasion ist der kraniometrische Punkt zwischen den Augen, während das Inion die Spitze des äußeren Hinterhauptsvorsprungs ist.Wählen Sie die richtige Netzgröße, die zum Kopfumfang der Person passt, und weichen Sie sie mindestens 5 Minuten lang (maximal 10 Minuten) in einer flüssigen gemischten Lösung ein, die aus 1 kg warmem Leitungswasser, 1 Esslöffel Elektrolyten (z. B. Kaliumchlorid) und 1 Esslöffel Babyshampoo besteht. Stellen Sie während dieses Einweichvorgangs sicher, dass das Netz mit den Schwämmen nach außen auf links gedreht und die Verschlüsse vollständig gelöst sind, um die Sensoren vollständig in den Plastikeimer mit der Lösung einzutauchen.HINWEIS: Um sicherzustellen, dass der Verstärker des Netzes nicht in die Nähe der Lösung kommt und immer trocken bleibt, wickeln Sie ein Handtuch um den Stecker des ausgewählten Netzes und legen Sie es gegebenenfalls auf einen Stuhl oder eine Stütze in der Nähe des Waschbeckens, wo sich der Plastikeimer befindet. Platzieren Sie fünf Magnetspulen, die als HPI-Spulen (Head Position Indicator) dienen, an bekannten Stellen direkt auf der Kopfhaut des Probanden mit Mikroporen-Papierband: eine auf jeder Seite der Stirn in der Nähe des Haaransatzes, eine auf jedem Mastoidknochen und eine auf der Oberseite des Kopfes.HINWEIS: Die HPI Spulen definieren die Position des Kopfes relativ zu den supraleitenden Quanteninterferenzgeräten (SQUIDs), die im MEG System platziert sind, indem sie bekannte Magnetfelder aussenden, die während des Scans lokalisiert werden können. Die Anzahl der HPI Coils hängt vom MEG System ab, liegt aber in der Regel zwischen 3-5 HPI Coils. Platzieren Sie zusätzliche Elektroden mit Klebeband, um die Herzfrequenz (Elektrokardiographie, EKG), Augenbewegungen oder Blinzeln (Elektrookulographie, EOG) und die Muskelaktivität (Elektromyographie, EMG) zu messen. Die Platzierung dieser Elektroden ermöglicht auch die Überwachung des Gesundheitszustands des Probanden.Platzieren Sie zwei EKG-Elektroden auf der rechten bzw. linken Seite der Brust unterhalb des Schlüsselbeins, um den Herzschlag des Probanden aufzuzeichnen, und zwei EOG-Elektroden auf der oberen bzw. unteren Seite des rechten Auges, um seine vertikalen Augenbewegungen oder sein Blinzeln aufzuzeichnen.Um die Muskelaktivität während der visuomotorischen Aufgabe zu messen, wischen Sie zusätzlich die Finger des Probanden mit Alkoholpads ab, um eine bessere Haftung des Tapes auf der Haut zu gewährleisten, und kleben Sie insgesamt zwei Paar nicht Einweg-Becherelektroden auf jede Hand: eines auf den ersten dorsalen interossären (FDI) und eines auf den Abductor pollicis brevis (APB). Bevor Sie all diese Elektroden mit Klebeband verkleben, geben Sie die leitfähige Paste in den Elektrodenbecher, bis er leicht überfüllt ist, um die Hautimpedanz zu verringern und eine optimale Mischung aus Haftfähigkeit und Leitfähigkeit zu gewährleisten. Befestigen Sie für die taktile Stimulation dünne elastische Membranen direkt an den distalen, volaren Teilen von drei Fingern (d. h. Daumen [D1], Mittelfinger [D3] und kleiner Finger [D5]) beider Hände. Blasen Sie die Membranen mit Druckluftimpulsen durch starre Kunststoffschläuche mit einem Luftstoßstimulationsgerät auf. Die Druckluftimpulse werden mit einem Inter-Stimulus-Intervall von 1,5 ± 0,5 s nach einer pseudozufälligen Reihenfolge freigesetzt. Stellen Sie den Druck des taktilen Stimulators auf 50 psi ein. Während das Subjekt immer noch auf dem Holzstuhl sitzt, weit entfernt von metallischen Gegenständen, bestimmen Sie mit einem Digitalisierer die dreidimensionalen (3D) Positionen der passermarkentreuen anatomischen Orientierungspunkte, der fünf HPI-Spulen und anderer Kopfformpunkte. Bitten Sie das Subjekt während dieses Prozesses der Kopfdigitalisierung, bequem zu sitzen, geradeaus zu schauen und praktisch bewegungslos zu bleiben, da kleine Bewegungen die Lokalisierungsgenauigkeit beeinträchtigen können.Platzieren Sie den Referenzempfänger durch die Kunststoffbrille (d. h. eine Brille, an der der Referenzwürfel auf einer Seite befestigt ist) auf dem Kopf des Probanden und stellen Sie die Verschlüsse so ein, dass ein fester Referenzrahmen zum Motiv gewährleistet ist, der während der gesamten Messung relativ ruhig bleiben muss. Lokalisieren Sie durch den primären Nadelempfänger die ohrenverführerischen anatomischen Orientierungspunkte (d. h. Nasen- und linke/rechte präaurikuläre Punkte) und die Position der HPI-Spulen und nehmen Sie gleichmäßig zusätzliche Kopfhautpunkte (mindestens 100, vorzugsweise nahe ~500) ab, um eine qualitativ hochwertige Rekonstruktion der Kopfoberfläche zu verbessern.HINWEIS: Die anatomischen Orientierungspunkte definieren das Motivkoordinatensystem. Der Digitalisierer generiert die Koordinaten eines Sensors im 3D-Raum mit einem Sender (typischerweise hinter dem Motiv an der Rückenlehne des Holzstuhls montiert) und zwei Empfängern (d. h. dem Stift und den Referenzempfängern). Nachdem die Digitalisierung abgeschlossen ist, platzieren Sie den Stiftempfänger ~15 cm vom Motiv und Sender entfernt und digitalisieren Sie einen zufälligen Punkt, um den Digitalisierungsprozess abzuschließen.HINWEIS: Dieser letzte Schritt des Digitalisierungsprozesses kann sich von anderen kommerziellen Produkten unterscheiden. Bitten Sie den Probanden vor dem Anlegen des EEG-Netzes, sich auf einen Stuhl in der Nähe des EEG-Verstärkers zu setzen und Handtücher auf Brust und Schultern zu legen, um eventuelle Tropfen aufgrund der Anwendung des Netzes zu absorbieren. Nehmen Sie das EEG-Netz aus dem Plastikeimer, drehen Sie es mit den Schwämmen nach innen und wickeln Sie es vorsichtig um ein Handtuch, um die gemischte Lösung im Überschuss aufzunehmen.Wenn die Versuchsperson auf dem Stuhl sitzt und angewiesen wird, während dieses Schritts die Augen geschlossen zu halten, stecken Sie beide Hände in das Netz, spreizen Sie es mit den Fingern und legen Sie es schließlich auf den Kopf der Versuchsperson. Ohne die Positionen der HPI Coils zu bewegen, stellen Sie das gedehnte Netz am Kopf des Probanden mit den Fingern ein, um sicherzustellen, dass der Referenz- und der Nasenkanal korrekt in der Mitte der Kopfhaut bzw. zwischen den Augen des Probanden positioniert sind, und befestigen Sie schließlich den Kinnriemen, sobald sich das Netz in der richtigen Position befindet. Stellen Sie mit einem EEG-Impedanzmessgerät sicher, dass alle Impedanzen der Kopfhautelektroden im Bereich von 0-50 kΩ liegen (Werte ˂5 kΩ werden empfohlen), um Signalverzerrungen zu vermeiden. Um die Impedanzen zwischen Kopfhaut und Elektrode zu reduzieren, überprüfen Sie, ob jede Elektrode einen guten mechanischen und elektrischen Kontakt mit der Kopfhaut hat, indem Sie entweder ein Holzwattestäbchen verwenden, um die Haare des Probanden zwischen der Elektrode und der Kopfhaut zu entfernen, oder eine Einweg-Plastikpipette, um bei Bedarf eine leitfähigere gemischte Lösung in die Schwämme der Elektroden zu übertragen.Sobald alle Impedanzen idealerweise bis zu 50 kΩ betragen, trennen Sie den Verstärker und bereiten Sie das Subjekt für die Digitalisierung der EEG-Elektrode vor.HINWEIS: Führen Sie die Digitalisierung der EEG-Elektrode außerhalb des MSR durch und stellen Sie sicher, dass genügend Platz um das Subjekt herum vorhanden ist, um den Scanvorgang zu steuern. Bestimmen Sie die 3D-Positionen der EEG-Elektroden mit einem optischen Handscanner. Bitten Sie den Probanden während dieses Prozesses, bequem zu sitzen und geradeaus zu schauen, sofern nicht anders angewiesen.Öffnen Sie zunächst die Software für den optischen Scanner, wählen Sie die Sensorvorlage aus, die dem während der Aufzeichnungen verwendeten EEG-Sensorlayout entspricht, und starten Sie dann den Scanvorgang. Halten Sie den Scanner während des Scannens in einem bestimmten Abstand zum EEG-Netz (normalerweise ~45 cm), wobei die Scanöffnungen senkrecht zur Oberfläche der Sensoren stehen, und bewegen Sie ihn langsam um den Kopf des Probanden, indem Sie gewölbten Schneisen von oben (Mitte des Kopfes) nach unten folgen (letzte Sensorreihe entlang des Halses), um die physischen Positionen aller Sensoren aufzuzeichnen.HINWEIS: Der optische Scanner digitalisiert die Positionen der EEG-Elektroden am Kopf des Probanden und wandelt sie in eine 3D-Koordinatendatei um. Es zeichnet sich in der Regel durch zwei optische Sensoren aus, die Infrarot (IR)-Lichtquellen aussenden. Jeder gescannte Ort wird in der Regel in einer 3D-Sensorwolke angezeigt. Die 3D-Sensor-Cloud liefert Feedback für das Scannen, Abtasten und Ausrichten der Sensorpositionen, während die 2D-Sensorkarte Feedback für die Beschriftung dieser Sensorpositionen liefert. Der Scanvorgang der EEG-Elektrodenpositionen dauert insgesamt 5-10 min, einschließlich der Sondierung der Passerpunkte. Die Scanzeit kann jedoch manchmal von der Leistung des optischen Scanners bei der Erkennung der Elektrodenpositionen abhängen. Nachdem alle EEG-Elektroden gescannt wurden (mindestens 95 %), untersuchen Sie die Referenzpunkte (d. h. Nasen- und linke/rechte präaurikuläre Punkte) und vier Ausrichtungssensoren (d. h. vordere, linke und rechte Ausrichtungsknoten und REF-Knoten) mit der drahtlosen optischen Sonde, um die 3D-Sensorwolke an der ausgewählten Sensorvorlage auszurichten.HINWEIS: Die Nummerierung der Ausrichtungssensoren basiert auf der Konfiguration des EEG-Sensornetzes.Um die Referenzpunkte zu prüfen, platzieren Sie die Spitze der optischen Sonde auf der Haut des Motivs in der Mitte des Referenzpunkts, indem Sie sicherstellen, dass die Scanöffnungen des Scanners auf die reflektierenden Scheiben der Sonde zeigen. Platzieren Sie auf ähnliche Weise die Spitze des optischen Tastkopfs in der Mitte des gewünschten Ausrichtungssensors, um die Ausrichtungssensoren zu sondieren. Sobald alle Sensoren gescannt und sondiert wurden, überprüfen Sie ihre Positionen und Beschriftungen in der 3D-Sensorwolke und der 2D-Sensorkarte in Bezug auf das tatsächliche EEG-Netz, um mögliche Fehler zu überprüfen und schließlich zu korrigieren. Wenn während des Scanvorgangs keine Fehler aufgetreten sind, exportieren Sie die Datei .txt 3D-Koordinate und konvertieren Sie sie in das gewünschte Format.HINWEIS: Die 3D-Elektrodenkoordinaten werden in der Regel in .txt Format gespeichert und können über eine optische Scannersoftware in verschiedene Formate (z. B. .xml, .sfp, .elp oder .nsi) konvertiert werden. Nachdem der Digitalisierungsprozess der EEG-Elektrode (Schritte 2.9-2.11) abgeschlossen ist, bereiten Sie den Probanden, der in den MSR verlegt werden soll, auf die Durchführung von Ruhe-/Schlafdaten (Schritt 2.13), visuomotorische Aufgaben (Schritt 2.14), auditive Stimulation (Schritt 2.15) und somatosensorische Stimulation (Schritt 2.16) vor. Stellen Sie für die Ruhe-/Schlafdaten die Gantry des MEG-Systems in die Rückenlage (Abbildung 1A) und ordnen Sie das nichtmagnetische und kompatible Bett so an, dass die abnehmbare Kopfstütze mit der helmförmigen Öffnung an der Unterseite des Dewars ausgerichtet ist. Nachdem Sie das Bett in die richtige Position gebracht haben, stellen Sie das Bremsventil des Bettes in die ausgeschaltete Position. Legen Sie ein Laken oder eine Decke über das Bett und ein kleines Schaumstoffkissen auf die abnehmbare Kopfstütze, um den Kopf zu fixieren und während der Aufnahme bequem zu sein.HINWEIS: Der Dewar ist ein mit flüssigem Helium gefüllter kryogener Lagerbehälter, in dem die Sensorarrays am Boden über eine helmförmige Öffnung räumlich angeordnet sind, die den Kopf des Probanden umgibt. Der Helm passt bis zu einem Kopfumfang von 59-61 cm. Die Gantry ist das mechanische System, das den Dewar unterstützt und es ermöglicht, seine Höhe und seinen Winkel basierend auf der Messposition (d. h. sitzend oder in Rückenlage) zu ändern.Übertragen Sie die Person in den MSR und helfen Sie ihr, sich auf die Bettkante zu setzen und sich darauf zu legen. Legen Sie mehrere Decken auf den Körper des Probanden, um ihn während der Aufnahme warm zu halten, indem Sie sicherstellen, dass die Kabel der Elektroden leicht zugänglich sind, und ziehen Sie die Sicherheitsgurte leicht an (oder ziehen Sie das Geländer hoch, falls vorhanden), und erklären Sie dem Probanden, dass dieser Schritt verhindern soll, dass er sich während des Schlafens aus dem Bett rollt. Legen Sie bei Bedarf ein zusätzliches gerolltes Handtuch unter den Nacken, um den Nacken und die Schultern des Motivs zu stützen. Entriegeln Sie das Bremsventil des Bettes, um den Kopf des Probanden sanft zu bewegen, der auf der abnehmbaren Kopfstütze unter der helmförmigen Öffnung des Dewars platziert ist, bis er die Innenseite des Helms berührt. Um das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erhöhen, bringen Sie den Kopf des Motivs so nah wie möglich an den Helm. Stecken Sie die HPI Spulen, EKG- und EOG-Elektroden in die entsprechenden Panels des MEG Systems, verbinden Sie das EEG Netz mit der Verstärkereinheit im MSR und überprüfen Sie die Messungen der Kopfkoordinaten von der Erfassungsstation außerhalb des MSR, um zu beurteilen, ob der Kopf des Probanden richtig unter dem Dewar positioniert ist. Reduzieren Sie mit dem Einverständnis des Probanden die Intensität des Lichts im MSR, um die Entspannung und den Schlaf zu stimulieren. Wenn sich der Proband entspannt und wohl fühlt, weisen Sie ihn an, sich während der Aufnahme mit geschlossenen Augen auszuruhen oder zu schlafen. Versichern Sie dem Probanden, dass er während der gesamten Aufzeichnung über die hochfrequenzgeschirmte Farbkamera, die an der Wand des MSR angebracht ist, auf dem Monitor außerhalb des MSR beobachtet wird. Für die visuomotorische Aufgabe stellen Sie die Gantry des MEG-Systems in die aufrechte Position (Abbildung 1B) und ordnen Sie den MEG-Stuhl so an, dass sich der Kopf des Probanden unter der Gantry befindet, in der Nähe der helmförmigen Öffnung am unteren Ende des Dewars. Nachdem Sie den Stuhl in die richtige Position gebracht haben, stellen Sie das Bremsventil des Stuhls in die entriegelte Position (“0”).Übertragen Sie das Motiv in den MSR. Helfen Sie ihm, sich auf den nichtmagnetischen und kompatiblen Stuhl zu setzen und eine bequeme und entspannte Position zu finden. Legen Sie mehrere Decken auf den Körper des Probanden, um ihn während der Aufnahme warm zu halten, indem Sie sicherstellen, dass die Kabel der Elektroden leicht zugänglich sind, und platzieren Sie den abnehmbaren Tisch so, dass der Proband während der Aufgabe seine Hände darauf legen kann. Legen Sie bei Bedarf ein Handtuch unter die Knie des Probanden, um die Sitzposition beizubehalten, und rutschen Sie nicht nach unten.HINWEIS: Da sich der Proband während der visuomotorischen Aufgabe entspannen und daher eine niedrigere Position als die ursprüngliche einnehmen kann, heben Sie den Stuhl am Ende jeder Aufgabensitzung vorsichtig über das Hebepedal (falls vorhanden) an oder legen Sie Handtücher oder Decken auf den Stuhl, so dass der Kopf des Probanden wieder die Innenseite des Helms berührt. Legen Sie bei Bedarf zusätzliche Handtücher oder Decken hinter den Kopf des Motivs, nicht nur für besseren Komfort, sondern auch, um dem Motiv zu helfen, den Kopf so gerade wie möglich zu halten. Die visuomotorische Stimulation kann alternativ in Rückenlage durchgeführt werden, um zu vermeiden, dass sich der Dewar mitten in einer Aufnahmesitzung bewegt. Sobald sich der Proband in der richtigen Position befindet, stecken Sie die HPI Spulen, EKG-, EOG-, FDI- und APB-Elektroden an die rechte Blende des MEG-Geräts, verbinden Sie das EEG-Netz mit der Verstärkereinheit im MSR und heben Sie den Stuhl mit kleinen Bewegungen durch das Erhöhungspedal (falls vorhanden) an oder legen Sie zusätzliche Handtücher oder Decken auf den Stuhl, bis der Kopf des Probanden leicht die Innenseite des Helms berührt (überprüfen Sie die Maße des Koordinaten des Kopfes vom Erfassungsarbeitsplatz außerhalb des MSR). Platzieren Sie die Projektionsfläche, auf die die visuellen Reize über ein außerhalb des MSR positioniertes Projektorspiegelsystem projiziert werden, vor dem Probanden (Abbildung 1B) und erklären Sie die visuomotorische Aufgabe, die während der Aufnahme ausgeführt werden soll. Weisen Sie die Versuchsperson insbesondere an, nur dann mit dem Zeigefinger auf den Tisch zu tippen, wenn der visuelle Reiz (z. B. ein Bild) für die rechte bzw. linke Hand auf dem Bildschirm erscheint. Stellen Sie sicher, dass der Proband die Aufgabe versteht oder sich wohl fühlt, sie alleine auszuführen; Üben Sie die Aufgabe bei Bedarf mehrmals gemeinsam mit dem Probanden, um ihm zu helfen, sich damit vertraut zu machen.HINWEIS: Wenn eine visuomotorische Stimulationssitzung in Rückenlage durchgeführt wird, wird ein Spiegel in einem gewissen Abstand über dem Gesicht des Probanden platziert, um die visuellen Reize des Projektors zu reflektieren. Bevor Sie die Tür des MSR schließen, fragen Sie den Probanden, ob er sich wohl fühlt, allein im Raum zu sein. Falls nicht, bleibt entweder eine Person aus dem Team oder ihre Eltern während der Aufnahmesitzungen im MSR. Versichern Sie dem Probanden außerdem, dass er während der gesamten Aufzeichnung auf dem Monitor außerhalb des MSR beobachtet wird. Für die auditive Stimulation verwenden Sie den in Schritt 2.14 beschriebenen Aufbau mit der Projektionsfläche vor dem sitzenden Probanden. Helfen Sie dem Probanden, die Kopfhörer (oder Ohrhörer) zu tragen, über die die Schallauslöser (z. B. modulierte Zwitschergeräusche) abgegeben werden.Weisen Sie das Subjekt an, die auf den Bildschirm projizierten Reize (z. B. grüner Punkt auf schwarzem Hintergrund) zu fixieren, während es den Tonauslösern lauscht. Führen Sie bei Bedarf eine Schulung durch, um dem Probanden zu helfen, das Verfahren besser zu verstehen. Wiederholen Sie vor dem Schließen der Tür des MSR die Sicherheitsmaßnahmen wie zuvor beschrieben. Für die somatosensorische Stimulation verwenden Sie den in Schritt 2.14 beschriebenen Aufbau. Fragen Sie die Person, welches Video (oder welchen Film) sie auf der Projektionsleinwand vor sich sehen möchte.Weisen Sie den Probanden an, sich mit offenen Augen zu entspannen, das ausgewählte Video anzusehen, so still wie möglich zu bleiben und die taktilen Reize zu ignorieren, die während der Aufnahme an seine Finger abgegeben werden. Erklären Sie dem Probanden, dass er/sie sanfte Klopfen auf der Haut an den Fingerspitzen bzw. für jede Hand spüren wird. Wenn sich der Proband unwohl fühlt, führen Sie eine Schulung durch, um ihn zu beruhigen.HINWEIS: Die Fixierung des Auges auf ein visuelles Ziel ist eine etablierte Technik zur Minimierung biologischer Artefakte, die die Qualität der Aufnahme beeinträchtigen und das Motiv von den taktilen Reizen ablenken können, die während der Datenerfassung abgegeben werden. 3. Datenerfassung HINWEIS: Die gleichzeitige Erfassung von MEG- und EEG-Daten erfolgt in der MEG-Einrichtung des Cook Children’s Medical Center (CCMC). Weitere Einzelheiten zur klinischen Anwendung von MEG bei Kindern mit Epilepsie finden Sie an anderer Stelle 8,27,45. Erfassen Sie MEG-Signale mit dem Ganzkopf-MEG-System (Sensorabdeckung: 1.220 cm2), das sich durch 306 Kanäle auszeichnet, die in 102 identischen Dreifachsensorelementen mit einem Magnetometer und zwei orthogonalen planaren Gradiometern gruppiert sind. Stellen Sie eine Abtastfrequenz von mindestens 1 kHz ein.HINWEIS: Einspulen-Magnetometer messen die Komponente des Magnetfelds senkrecht zur MEG-Helmoberfläche. Planare Gradiometer bestehen aus einer “Achter”-Spulenkonfiguration, die durch Paare von Magnetometern gekennzeichnet ist, die in geringem Abstand zueinander angeordnet sind und die Differenz im Magnetfeld zwischen ihren Positionen messen (d. h. die Differenz zwischen den beiden Achterschleifen), auch als räumlicher Gradient bezeichnet. Im Vergleich zu Magnetometern sind planare Gradiometer weniger empfindlich gegenüber tiefen Hirnquellen, aber robuster bei der Erkennung oberflächlicher Quellen, indem sie Umgebungsgeräusche unterdrücken. Diese 306 Kanäle werden in flüssiges Helium bei -296 °C (4,2 K) getaucht und abgekühlt, um zu Supraleitern zu werden. Gleichzeitige Aufzeichnung von EEG-Signalen mit dem nichtmagnetischen 256-Kanal-EEG-Netz mit Ag/AgCl-Elektrodensensoren, die gleichmäßig über die Kopfhaut, die Wangen und den Nacken verteilt sind. Stellen Sie eine Abtastfrequenz von mindestens 1 kHz ein. Schließen Sie die Klappe des MSR, um die Aufnahme zu starten. Kommunizieren Sie über die Sprachsprechanlage mit der Person und prüfen Sie, ob sie sich wohl fühlt, wenn sie allein im MSR ist. Überwachen Sie das Motiv ständig auf Video und betreten Sie im Notfall sofort das MSR.HINWEIS: Falls er/sie sich nicht wohl fühlt oder die massive MSR-Tür ihn einschüchtert, kann entweder eine Person aus dem Team oder seine Eltern während der Aufnahmesessions auf einem Holzstuhl in der Nähe des Probanden im MSR sitzen; Stellen Sie sicher, dass alle metallischen Gegenstände entfernt werden, bevor Sie den Raum betreten. Weisen Sie den Probanden vor jeder Aufnahme über die Sprachsprechanlage an, seine Position ~30 Sekunden lang ruhig zu halten, bevor er mit der Aufgabe beginnt. Für die visuomotorische Aufgabe kommunizieren Sie zusätzlich über die Gegensprechanlage, welchen Zeigefinger (entweder rechts oder links) er/sie für die erste Aufnahmesitzung verwenden wird.Während dieses Zeitraums, in dem der Proband still steht, drücken Sie die Messtaste im HPI-Messdialog auf dem MEG-Datenerfassungssystem, um das Magnetfeld zu messen, das durch den in die HPI-Spulen eingespeisten Strom erzeugt wird, und um die Messpositionen des Kopfes in Bezug auf das MEG-Sensorarray zu bestimmen. Vergewissern Sie sich daher, dass das Motiv gut positioniert ist (Kopf |z-Koordinate | ˂ 75 mm) und notieren Sie die 3D-Maße für jede Sitzung. Wenn zwischen dem Kopf der Person und dem Helm noch Platz ist, betreten Sie entweder wieder den MSR und stellen Sie die Höhe des Stuhls über das Erhöhungspedal ein (falls vorhanden), legen Sie Handtücher oder Decken auf den Stuhl oder weisen Sie die Person über die Gegensprechanlage an, wie sie den Kopf in eine engere Position zum Helm bringen soll (wenn die Person sitzt), und überprüfen Sie abschließend noch einmal die Positionen der Kopfmessungen. Bei Ruhe-/Schlafaufzeichnungen wieder in den MSR eintreten und das Bett näher an den Helm bringen, um den räumlichen Abstand zwischen Kopf und Helm zu verringern. Sobald der Proband in Bezug auf den MEG-Helm gut positioniert und bereit zum Start ist, beginnen Sie die erste Aufnahmesitzung (Dauer ~10 Minuten), indem Sie einer genauen Reihenfolge folgen (siehe Schritt 3.5.1), um eine genaue MEG- und EEG-Synchronisation zu gewährleisten (siehe Schritt 3.12).HINWEIS: Um qualitativ hochwertige Aufnahmen zu gewährleisten, ist die erste Aufzeichnungssitzung entscheidend, um Artefakte zu erfassen, die in den Daten aufgrund von Bewegungen des Motivs oder durch die externe Umgebung vorhanden sind. Treten Sie bei Bedarf erneut in den MSR ein, um eventuelle Kanalverbindungen oder die Position des Motivs auf dem MEG-Stuhl anzupassen. Es wird empfohlen, sich während der Aufnahmen Notizen über ungewöhnliche Artefakte oder Ereignisse zu machen, die im Nachhinein bei Bedarf überprüft werden können.Drücken Sie die Aufzeichnungstaste an der EEG-Datenerfassungssoftware, um die EEG-Aufzeichnung zu starten. Drücken Sie die Aufnahmetaste an der MEG-Datenerfassungssoftware, um die MEG-Aufnahme zu starten. Drücken Sie abschließend die Starttaste in der Software des Stimulationscomputers, um entweder visuelle Reize anzuzeigen oder auditive Reize abzugeben.HINWEIS: Der Stimulationscomputer, auf dem die visuelle (oder auditive) Stimulussoftware ausgeführt wird, ist mit dem Projektorspiegelsystem außerhalb des MSR verbunden, das je nach Art der durchgeführten Aufnahme ein- oder ausgeschaltet werden kann. Während der Ruhe-/Schlafaufzeichnungen wird das System ausgeschaltet, da der Proband entweder ruht oder schläft, aber das Ausführen der visuellen Reizsoftware auf dem Stimulationscomputer hilft bei der Zeitplanung jeder Aufnahmesitzung. Während der visuomotorischen Aufgabe sowie während der auditiven und somatosensorischen Stimulation wird das System eingeschaltet, indem es dem Probanden ermöglicht, die Reize oder ein Video zu beobachten, das auf den vor ihm platzierten Bildschirm projiziert wird, während die Software läuft. Für diese Studie wurden insgesamt (i) 107 Stimuli (d.h. 85 Bilder, die auf einem Schachbretthintergrund und 22 Schachbretthintergründen überlagert wurden) mit einem Intervall von ~4 s zwischen den einzelnen Reizen für die visuomotorische Aufgabe ausgewählt; (ii) 200 modulierte Chirp-Töne mit einem Inter-Stimulus-Intervall von 3 s für die auditive Stimulation; und (iii) 200 taktile Reize für jeden Finger (d.h. D1, D3 und D5), die einer halbzufälligen Sequenz mit einem Inter-Stimulus-Intervall von ~1,5 s für die somatosensorische Stimulation folgen. Um die Aufzeichnungen zu stoppen, drücken Sie die Stopp-Taste an der MEG-Datenerfassungssoftware und dann die Stopp-Taste an der EEG-Datenerfassungssoftware. Kommunizieren Sie am Ende jeder Aufnahmesitzung über die Gegensprechanlage mit dem Probanden, um ihn zu beruhigen, und wenn keine Kanalverbindungen oder Positionsanpassungen im MSR erforderlich sind, fahren Sie mit der nächsten Sitzung fort.Wählen Sie für die visuomotorische Aufgabe für jede Sitzung unterschiedliche visuelle Reize aus, um den Probanden während der Aufnahme zu motivieren und zu unterhalten. Zeichnen Sie entweder für visuomotorische oder Ruhe-/Schlafdaten insgesamt ~1 h gleichzeitige MEG- und EEG-Aufzeichnung auf, gekennzeichnet durch 5-6 Sitzungen. Die Anzahl der Sitzungen kann jedoch je nach Fach variieren. Zeichnen Sie außerdem insgesamt ~20 Minuten (1-2 Sitzungen à ~10 Minuten) und ~14 Minuten (1-2 Sitzungen à ~7 Minuten) gleichzeitige MEG- und EEG-Aufzeichnung für die auditiven bzw. somatosensorischen Stimulationsdaten auf.HINWEIS: In dieser Studie werden die MEG- und EEG-Daten am Ende der Aufzeichnungen automatisch im .fif- bzw. .mff-Format im IT-Speichersystem von CCMC gespeichert. Wenn die Aufzeichnung beendet ist, geben Sie den MSR ein, um dem Probanden zu helfen, vom Stuhl oder Bett aufzustehen, und bitten Sie ihn, sich auf einen Stuhl außerhalb des MSR zu setzen, um sowohl das EEG-Netz als auch die Elektroden zu entfernen.Weisen Sie den Probanden an, die Augen zu schließen, bis ihm etwas anderes gesagt wird, und helfen Sie ihm, das EEG-Netz zu entfernen, indem Sie die Kinnriemen vollständig lösen und das Netz vorsichtig mit zwei Händen herausziehen (von der Stirn zum Hinterkopf des Probanden), bis es vollständig abgezogen ist. Achten Sie bei diesem Schritt darauf, dass Sie nicht an den Haaren der Person ziehen, während Sie das Netz entfernen. Helfen Sie dem Probanden außerdem, die verbleibenden Elektroden (d. h. EKG, EOG und EMG im Falle einer visuomotorischen Aufgabe), die zuvor auf seiner Haut geklebt wurden, vorsichtig zu entfernen. Nachdem das EEG-Netz und die Elektroden entfernt wurden, informieren Sie den Probanden (und seine Eltern), dass alle Eingriffe endlich abgeschlossen sind. Nachdem das Motiv den Raum verlassen hat, reinigen Sie den optischen Scanner vorsichtig (wie in der Bedienungsanleitung beschrieben) und bewahren Sie ihn in seiner Schutzhülle auf.Reinigen und desinfizieren Sie die Oberflächen aller Geräte, die während der Aufnahmen verwendet werden (z. B. Stühle, Betten, Schreibtische), entweder mit vom Krankenhaus zugelassenen Wasserstoffperoxidtüchern oder Desinfektionsspray und Papiertüchern, legen Sie die gebrauchten Decken und Handtücher in den vom Krankenhaus bereitgestellten Behälter und werfen Sie alle gebrauchten Klebebandstücke weg. Bewahren Sie die Messgeräte im Vorratsschrank auf und reinigen Sie die Innenseite der mit leitfähiger Paste gefüllten Elektrodenbecher mit Wattestäbchen aus Holz unter fließendem Leitungswasser. Um das EEG-Netz zu spülen, füllen Sie den Plastikeimer in der Spüle mit sauberem, warmem Leitungswasser und wiederholen Sie die folgenden Schritte insgesamt viermal.Tauchen Sie das EEG-Netz in das Wasser und bewegen Sie das EEG-Netz vorsichtig für 10-20 s (oder tauchen Sie es ~25 Mal in und außerhalb des Eimers). Lassen Sie das Wasser aus dem Eimer ab und füllen Sie den Eimer mit sauberem und warmem Leitungswasser. Um das EEG-Netz zu desinfizieren, füllen Sie den Plastikeimer in der Spüle mit der Desinfektionslösung, die aus 2 qt lauwarmem Leitungswasser und 1 EL Desinfektionsmittel besteht, und weichen Sie das EEG-Netz 10 Minuten lang darin ein. Spülen Sie den Eimer von der Desinfektionslösung aus und führen Sie den Spül- und Entleervorgang dreimal durch, um alle Lösungsreste aus dem EEG-Netz zu entfernen. Nehmen Sie für den Spül- oder Desinfektionsvorgang das eingetauchte EEG-Netz aus dem Eimer, trocknen Sie es, indem Sie das überschüssige Wasser mit Hilfe eines sauberen, trockenen Handtuchs entfernen, und bewahren Sie es auf, indem Sie es nahe an der Spüle aufhängen. Um interne und externe magnetische Interferenzen und Mess-/Bewegungsartefakte aus den MEG-Daten zu unterdrücken, wenden Sie die zeitliche Erweiterung der Signalraumtrennungsmethode (tSSS) auf die MEG-.fif-Rohdatendatei an.HINWEIS: Die raumzeitliche Maxwell-Filterung (tSSS) ist ideal für die Unterdrückung von Störquellen, die sich innerhalb oder sehr nahe des MEG-Sensorarrays befinden, insbesondere interne Interferenzen. Bei gleichzeitigen MEG- und EEG-Aufzeichnungen ist die Koordinatensysteme der beiden Erfassungsgeräte räumlich auf die anatomischen Landmarken auf dem Kopf des Probanden auszurichten (Abbildung 2A) und die lineare Taktdrift zwischen den Signalen zu korrigieren, die aufgrund der möglicherweise unterschiedlichen Abtastraten auftritt (Abbildung 2B).HINWEIS: Während der Aufzeichnungen können sowohl MEG- als auch EEG-Signale im Laufe der Zeit durch langsame Verschiebungen beeinflusst werden, die auf mögliche Verzögerungen beim Drücken der Start- und Endtasten und auf eine interne Taktdrift zurückzuführen sind, die auftritt, wenn die Trigger an die MEG- und EEG-Datenerfassungssoftware gesendet werden. Um eine präzise Synchronisation zwischen diesen Signalen zu gewährleisten, wurde ein hauseigener Code in Python entwickelt, der die während der Datenerfassung auf beiden Systemen gesendeten Triggerereignisse als gemeinsames Triggersignal verwendet. Der Code enthält drei Funktionen, die in der MNE-Python-Softwarebibliothek verfügbar sind: zwei Funktionen, die die MEG- und EEG-Signale lesen, und eine Funktion, die Informationen über die Triggerereignisse aus den Signalen extrahiert, wie z. B. Kanalnamen und Zeitstempel (d. h. Datum und Uhrzeit des Auftretens des Ereignisses). Zeitunterschiede zwischen dem Auftreten von Trigger-Ereignissen in den einzelnen Signalen (d. h. Delta) definieren die lineare Taktdrift über die Zeit (Abbildung 2B). Eine detaillierte Beschreibung des entwickelten Codes finden Sie in den nächsten Schritten (siehe 3.12.1-3.12.4).Verwenden Sie die Differenz zwischen dem ersten Trigger-Ereignis, das auf jedem Signal auftritt, als Offset-Wert (d. h. der Teil, der von einem der beiden Signale gekürzt werden soll), um die Aufnahmen auszurichten.HINWEIS: Die Funktionen mne.io.read_raw_fif und mne.io.read_raw_egi konvertieren die MEG- und EEG-Aufzeichnungen in ein 2D-Array-Format, während die Funktion mne.find_events Ereignisinformationen aus den Rohsignalen extrahiert. Sobald diese ersten Auslöser ausgerichtet sind, berechnen Sie den Pearson-Korrelationskoeffizienten, um den Grad der Korrelation zwischen den Signalen zu bewerten. p-Werte < 1 x 10-6 werden empfohlen, um eine perfekte Ausrichtung zu gewährleisten.HINWEIS: Die pearsonr-Funktion aus der scipy-Bibliothek schätzt den Pearson-Korrelationskoeffizienten zwischen MEG- und EEG-Signalen und den p-Wert dieser Korrelation. Um diese Korrelationsgenauigkeit zu validieren, schätzen Sie die Driftrate zwischen den beiden Signalen, indem Sie eine polynomiale Anpassung ersten Grades durchführen und das resultierende Ausmaß der Disparität, das durch den Koeffizienten der Polynomfunktion dargestellt wird, verwenden, um die Signale auf der x-Achse der polynomialen Anpassung neu abzutasten (Abbildung 2B).HINWEIS: Die polyfit-Funktion aus der numpy-Bibliothek passt die MEG- und EEG-Signale in eine Polynomfunktion ein; Diese Funktion gibt einen Koeffizienten zurück, der das Ausmaß der Diskrepanz zwischen den beiden Signalen darstellt. Die Funktion mne.resample berechnet die MEG- und EEG-Signale entsprechend dem Koeffizienten der Polynomfunktion neu. Vergleichen Sie nach Abschluss des Resampling die Zeitstempel des letzten Triggerereignisses, das bei jedem Signal aufgetreten ist, und entfernen Sie die Zeitfenster, die sowohl in MEG- als auch in EEG-Signalen nicht üblich sind. Führen Sie schließlich die synchronisierten MEG- und EEG-Signale zusammen, um eine einzige Aufzeichnung zu erstellen, die sowohl von MEG- als auch von EEG-Sensoren gekennzeichnet ist und für die weitere Analyse verwendet werden kann.HINWEIS: Die Funktion mne.add_channels führt die beiden Signale zu einer einzigen Aufnahme zusammen. Verwenden Sie am Ende jeder ~1,5-stündigen Aufzeichnung insgesamt 5-6 (jeweils ~10 Minuten), 1-2 (jeweils ~10 Minuten) und 1-2 (jeweils ~7 Minuten) Sitzungen synchronisierter MEG- und EEG-Aufzeichnungen für die visuomotorische (und Ruhe-/Schlaf-), auditive und somatosensorische Stimulationsdaten für die Datenanalyse.HINWEIS: Im Idealfall muss der Proband für drei visuomotorische Aufnahmen mit dem rechten Finger und für die restlichen drei visuomotorischen Aufnahmen mit dem linken Finger tippen. 4. Datenanalyse Kartierung der ReizzoneGenerieren Sie die kortikalen 3D-Oberflächen aus der MRT des Probanden mit dem kortikalen Rekonstruktionsprozess von FreeSurfer, einem Open-Source-Neuroimaging-Tool zur Verarbeitung, Analyse und Visualisierung von MRT-Bildern des menschlichen Gehirns46. Importieren Sie die rekonstruierte Anatomie in Brainstorm, einer Open-Source-Anwendung von MATLAB, die sich der Visualisierung und Verarbeitung von MEG- und EEG-Datenwidmet 47, um die kortikalen Rekonstruktionsergebnisse zu visualisieren. Legen Sie in Brainstorm die Referenzpunkte (d. h. Nasión, linke/rechte präaurikuläre, anteriore/posteriore Kommissur und interhemisphärische Kommissur) auf dem importierten MRT fest, die das Subjektkoordinatensystem definieren. Importieren Sie das gleichzeitige MEG- und HD-EEG-Signal in Brainstorm und registrieren Sie die MEG- und EEG-Sensoren auf dem MRT mithilfe des MRT-Registrierungsprozesses, um ihre Ausrichtung an die digitalisierten Passerpunkte anzupassen. Projizieren Sie die EEG-Sensoren bei Bedarf auf die kortikale Oberfläche. Öffnen Sie die gleichzeitige MEG- und HD-EEG-Aufzeichnung und überprüfen Sie die Rohdaten visuell, um fehlerhafte Kanäle zu entfernen. Wenden Sie außerdem die in Brainstorm verfügbare Artefaktkorrekturtechnik (SSP) an, um biologische Artefakte (z. B. Herzschläge, Augenblinzeln) aus den Aufzeichnungen zu unterdrücken. Wenden Sie Kerb- (50 oder 60 Hz, je nach Netzstörung) und Bandpassfilter (1-70 Hz) auf die gleichzeitigen MEG- und HD-EEG-Daten an. Wählen Sie Teile von Daten aus, die interiktale Aktivität enthalten, die durch häufige IEDs wie Spikes und scharfe Wellen gekennzeichnet sind und (wenn möglich) minimale Bewegungsartefakte aufweisen.HINWEIS: IEDs sind transiente Wellenformen, die durch eine zeitliche Entwicklung von 50 μV und eine scharfe Form gekennzeichnet sind, die deutlich von der Hintergrundaktivität im Frequenzband 1-70 Hz48 unterschieden werden kann. Abbildung 3A zeigt ein Beispiel für Teile der gleichzeitigen MEG- und HD-EEG-Signale mit häufigen IEDs, die auf beiden Aufzeichnungen sichtbar sind. Markieren Sie mit der Standardanzeigeeinstellung von 10 s pro Seite den negativen Peak jedes IED, der sowohl bei MEG- als auch bei EEG-Aufzeichnungen (Abbildung 3A) sowie bei jeder Modalität allein auftritt. Überprüfen Sie vor dem Markieren jeder IED das Topographiefeld und die Potenzialkarten für das MEG bzw. EEG.ANMERKUNG: Die Spannungsverteilungen zusätzlicher Zeitpunkte während der Aufstiegsphase jedes IED und nicht dessen Spitze müssen ebenfalls überprüft werden, um eine mögliche Ausbreitung epileptischer Aktivität zu berücksichtigen49. Weitere Informationen zum Markieren von interiktalen Spikes-Ereignissen mit Brainstorm finden Sie an anderer Stelle (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Epilepsy). Berechnen Sie ein realistisches Kopfmodell, das als dreischichtiges geometrisches Modell (d. h. Kopfhaut, innerer Schädel und äußerer Schädel) definiert ist (Abbildung 3B), mit der OpenMEEG BEM-Software (symmetrische Randelementmethode), die in Brainstorm verfügbar ist. Verwenden Sie das MRT-Volumen als Quellraum (Quelle-Punkt-Gitter mit 5 mm räumlicher Auflösung).HINWEIS: Die OpenMEEG BEM-Software verwendet die symmetrische Randelementmethode, um ein realistisches Vorwärtsmodell zu berechnen, das durch die Kopfhaut (d. h. Luft-Kopfhaut-Grenzfläche), den äußeren Schädel (d. h. die Kopfhaut-Schädel-Grenzfläche) und den inneren Schädel (Schädel-Hirn-Grenzfläche) gekennzeichnet ist. Als alternative Lösung kann die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Lösung des Vorwärtsproblems eingesetzt werden, da sie eine realitätsnahe fachspezifische Darstellung des Kopfvolumenleiters ermöglicht. Die Leitfähigkeitswerte des Kopfgewebes werden oft aus der Literatur angenommen und können je nach Alter des Probandenvariieren: 50 Jahre. Um das Vorwärtsmodell mit der FEM zu lösen, berechnen Sie das realistische Kopfmodell, das als geometrisches Modell aus drei bis fünf Schichten (d. h. weiße Substanz, graue Substanz, Liquor, Schädel und Haut) definiert ist, unter Verwendung der DUNEuro FEM-Software, die in Brainstorm 47,50,51 verfügbar ist. Weitere Einzelheiten zur Schätzung des Forward-Modells mit FEM finden Sie an anderer Stelle (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro). Lokalisieren Sie die zugrunde liegenden Generatoren der ausgewählten interiktalen Spikes mit der uneingeschränkten ECD-Methode auf dem MEG-, EEG- und kombinierten MEG- und EEG-Sensorarray separat. Um diese Dipolquellen zu lokalisieren, berechnen Sie die Rauschkovarianz aus den MEG-Aufnahmen im leeren Raum oder stellen Sie sie als Identitätsmatrix ein.HINWEIS: Erwägen Sie die Quellenlokalisierung an gemittelten IEDs mit ähnlichen Spannungsverteilungen als alternativer Ansatz, falls das SNR von IEDs niedrig12 ist. Führen Sie die in Brainstorm verfügbare Dipol-Scanning-Methode am Höhepunkt jedes zuvor markierten IED durch, um die signifikantesten Quelldipole über das gesamte Gehirnvolumen auszuwählen. Wählen Sie nur Quelldipole mit einer Anpassungsgüte von >60 % aus und schätzen Sie deren Clusterbildung, die für jeden Dipol definiert ist als die Anzahl der Dipole, die sich 15 mm von seinem Mittelpunkt entfernt befinden (Abbildung 3C).HINWEIS: Weitere Einzelheiten zur ECD-Cluster-Bildung finden Sie an anderer Stelle52. Kartierung der SOZGenerieren Sie die kortikalen 3D-Oberflächen aus dem MRT des Probanden mit dem kortikalen Rekonstruktionsprozess von FreeSurfer46. Importieren Sie die rekonstruierte Anatomie in Brainstorm47 , um die Ergebnisse der kortikalen Rekonstruktion zu visualisieren. Legen Sie die Passermarkenpunkte auf dem importierten MRT fest, die das Motivkoordinatensystem definieren. Importieren Sie das gleichzeitige MEG- und HD-EEG-Signal (mit dem iktalen Ereignis) in Brainstorm und registrieren Sie die MEG- und EEG-Sensoren auf dem MRT mithilfe des MRT-Registrierungsprozesses, um ihre Ausrichtung an die digitalisierten Referenzpunkte anzupassen. Projizieren Sie die EEG-Sensoren bei Bedarf auf die kortikale Oberfläche.HINWEIS: Wenn der Proband während der Aufzeichnung einen Anfall hatte, überprüfen Sie die Notizen, die während der Aufzeichnung gemacht wurden, um zu beurteilen, in welcher Sitzung das iktale Ereignis aufgezeichnet wurde. Öffnen Sie die gleichzeitige MEG- und HD-EEG-Aufzeichnung und überprüfen Sie die Rohdaten visuell, um fehlerhafte Kanäle zu entfernen. Wenden Sie die in Brainstorm47 verfügbare SSP-Artefaktkorrekturtechnik an, um biologische Artefakte (z. B. Herzschläge, Augenblinzeln) aus der Aufzeichnung zu verwerfen. Wenden Sie Kerbfilter (entweder 50 oder 60 Hz, je nach Netzstörung) und Bandpassfilter (1-70 Hz) auf die gleichzeitigen MEG- und HD-EEG-Daten an. Identifizieren Sie gemäß den Aufzeichnungsnotizen den Beginn des Anfalls und seine Beendigung (falls vermerkt) und markieren Sie diese Ereignisse auf dem Signal, um den korrekten Teil der Daten zu identifizieren, die iktale epileptiforme Entladungen enthalten. Beispiele für einen Anfallsbeginn sind in Abbildung 4 für MEG bzw. HD-EEG dargestellt.HINWEIS: Wenn ein Patient während der MEG-Erfassung einen Anfall erleidet, ist medizinisches Personal erforderlich, um dem Patienten sofort zu helfen und eine Notfallversorgung zu gewährleisten. Daher kann die Dauer derjenigen Datenteile mit iktalen Ereignissen kurz sein. Markieren Sie unter Verwendung der Standardanzeigeeinstellung von 10 s pro Seite den negativen Peak jedes Ausbruchs epileptiformer Entladungen (z. B. wiederholte Spikes, scharfe Wellen oder Spike-Wave-Komplexe), die während des iktalen Ereignisses auf MEG und EEG sowie auf jeder Modalität allein auftreten. Überprüfen Sie vor jeder Peakmarkierung das Topographiefeld und die Potenzialkarten für das MEG bzw. EEG (Abbildung 4A).HINWEIS: Anfälle werden als generalisiert oder fokal eingestuft, je nachdem, wo sie beginnen. Obwohl ein Anfall vom Epilepsiesyndrom abhängig ist, ist er ein Phänomen von mindestens 10 s, das durch sich wiederholende elektrische Entladungen gekennzeichnet ist, die in Frequenz, Amplitude und Morphologie variieren können. Berechnen Sie das realistische Kopfmodell aus drei Schichten (d. h. Kopfhaut, innerer Schädel und äußerer Schädel) für die MEG- und EEG-Sensoren mit der OpenMEEG BEM-Software, die in Brainstorm verfügbar ist. Verwenden Sie das MRT-Volumen als Quellraum (Quelle-Punkt-Gitter mit 5 mm räumlicher Auflösung).HINWEIS: Um das Vorwärtsmodell mit der FEM zu lösen, berechnen Sie das realistische Kopfmodell, das als geometrisches Modell mit drei bis fünf Schichten (d. h. weiße Substanz, graue Substanz, Liquor, Schädel und Haut) definiert ist, unter Verwendung der DUNEuro FEM-Software, die in Brainstorm 47,50,51 verfügbar ist. Weitere Einzelheiten zur Schätzung des Forward-Modells mit FEM finden Sie an anderer Stelle (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro). Lokalisieren Sie die zugrunde liegenden Generatoren der ausgewählten iktalen Entladungen mit der uneingeschränkten ECD-Methode auf dem MEG-, EEG- und kombinierten MEG- und EEG-Sensorarray separat. Um diese Dipolquellen zu lokalisieren, berechnen Sie die Rauschkovarianz aus den MEG-Aufnahmen im leeren Raum oder stellen Sie sie als Identitätsmatrix ein. Führen Sie die in Brainstorm verfügbare Dipol-Scanning-Methode am Höhepunkt jeder zuvor markierten iktalen Wellenform durch, um die signifikantesten Quelldipole über das gesamte Gehirnvolumen auszuwählen. Wählen Sie nur Quelldipole mit einer Anpassungsgüte von >60 %) aus, und schätzen Sie deren Clustergröße (Abstand der Dipole von der Mitte jedes Dipols auf 15 mm festgelegt)52. Kartierung des eloquenten KortexFühren Sie die zuvor beschriebenen Schritte 4.2.1-4.2.3 mit den Signalen durch, die während der visuomotorischen Aufgabe sowie während der auditiven und somatosensorischen Stimulation aufgezeichnet wurden. Öffnen Sie die gleichzeitigen MEG- und HD-EEG-Aufzeichnungen und überprüfen Sie die Rohdaten visuell, um fehlerhafte Kanäle zu entfernen. Wenden Sie separat für jede Sitzung die in Brainstorm47 verfügbare SSP-Artefaktkorrekturtechnik an, um biologische Artefakte (z. B. Herzschläge, Augenblinzeln) aus den Aufzeichnungen zu verwerfen. Verwerfen Sie außerdem alle Datensegmente, die durch Artefakte kontaminiert sind und nicht für die weitere Analyse verwendet werden können, oder markieren Sie sie als “Ungültiges Intervall”. Wenden Sie Kerbfilter (entweder 50 oder 60 Hz, je nach Netzstörung) und Bandpassfilter (1-100 Hz) auf die gleichzeitigen MEG- und HD-EEG-Daten an. Um den motorischen Kortex zu kartieren, öffnen Sie die von den FDI- und APB-Elektroden aufgezeichneten EMG-Signale und markieren Sie manuell das vom Probanden durchgeführte Klopfereignis, getrennt für die rechte und linke Hand, indem Sie den ersten Peak der Muskelaktivierung auswählen, der sich von der Grundlinie auf dem FDI-Elektrodenpaar unterscheidet. Führen Sie diesen Schritt separat für jede Sitzung mit Brainstorm47 aus.HINWEIS: Verwenden Sie die Registerkarte Filter nur für die Visualisierung in Brainstorm und wählen Sie Frequenzbereiche aus (z. B. Hochpass: 30 Hz; Tiefpass: 300 Hz; Kerbe: 60 Hz), die dazu beitragen können, die Spitzen der EMG-Aktivität beim Tippen korrekt zu markieren. Der Name der Ereignisse muss in allen Sitzungen identisch sein. Ereignisse, bei denen die Person mit dem rechten Finger (oder dem linken Finger) getippt hat, können z. B. als “Tap_right” (oder “Tap_left”) bezeichnet werden. Dieser Schritt ermöglicht es uns, eine eindeutige Analyse für denselben Ereignistyp durchzuführen, der in allen Sitzungen aufgetreten ist. Importieren Sie aus jeder Sitzung die Ereignisse, die in artefaktfreien Segmenten auftreten, indem Sie die folgenden Parameter auswählen: visuelle Stimuli: [-200; +500] ms Zeitfenster, einschließlich der Basislinie von [-200; 0] ms vor dem Einsetzen des Stimulus; Klopfereignisse: [-1500; +1000] ms Zeitfenster, einschließlich der Grundlinie von [-1500; -1000] ms vor dem Einsetzen des visuellen Stimulus; modulierte Chirp-Geräusche: [-500; +1000] ms Zeitfenster, einschließlich der Grundlinie von [-500; 0] ms vor dem Einsetzen des Stimulus; und taktile Stimuli: [-100; +500] ms Zeitfenster, einschließlich der Baseline von [-100; 0] ms vor dem Einsetzen des Stimulus. Sobald die Ereignisse einer bestimmten Aufgabe aus allen Sitzungen importiert wurden, wenden Sie die durchschnittliche Referenzmontage an, um das SNR auf den EEG-Daten zu erhöhen, und schätzen Sie den Durchschnitt über die Stimuli, um die ereignisevozierten Felder und Potentiale zu erhalten. Bei motorischen Aufgaben (d.h. Klopfen) und taktiler Stimulation wird dieser letzte Schritt für die rechte bzw. linke Hand durchgeführt.HINWEIS: Die Felder A und B in Abbildung 5, Abbildung 6, Abbildung 7 und Abbildung 8 zeigen Beispiele für visuelle, motorische, auditive bzw. somatosensorisch evozierte Reaktionen für MEG und EEG sowie deren relative Topographiefeld- und Potentialkarten. Die Gesamtzahl der Stimuli für eine bestimmte Aufgabe hängt streng von der Anzahl der abgeschlossenen Sitzungen ab. Bei der motorischen Aufgabe hängt diese Zahl auch von der korrekt ausgeführten Gewindebohraufgabe ab. Berechnen Sie für die visuellen, motorischen, auditiven oder somatosensorisch evozierten Felder und Potentiale das realistische Kopfmodell aus drei Schichten (d. h. Kopfhaut, innerer Schädel und äußerer Schädel) für die MEG- und EEG-Sensoren mit der OpenMEEG BEM-Software, die in Brainstorm verfügbar ist. Verwenden Sie die kortikale 3D-Oberfläche als Quellraum.HINWEIS: Um das Vorwärtsmodell mit der FEM zu lösen, berechnen Sie das realistische Kopfmodell, das als geometrisches Modell mit drei bis fünf Schichten (d. h. weiße Substanz, graue Substanz, Liquor, Schädel und Haut) definiert ist, unter Verwendung der DUNEuro FEM-Software, die in Brainstorm 47,50,51 verfügbar ist. Weitere Einzelheiten zur Schätzung des Forward-Modells mit FEM finden Sie an anderer Stelle (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro). Berechnen Sie für jedes ereignisevozierte Feld und jedes Potenzial die kortikalen Quellen auf den gemittelten Ereignissen mit dSPM, das in der Brainstorm-Toolbox für das MEG-, EEG- und kombinierte MEG- und EEG-Sensorarray separat implementiert ist. Stellen Sie die Rauschkovarianzmatrix unter Verwendung der für jede Aufgabe spezifischen Basisperiode vor dem Stimulus ein (siehe Schritt 4.3.5). Extrahieren Sie je nach Aufgabenstellung die maximalen kortikalen Quellen, die an dem beteiligten eloquenten Hirnareal [primärer visueller Kortex (V1), primärer motorischer Kortex (M1), primärer auditorischer Kortex (A1) oder primärer somatosensorischer Kortex (S1)] beobachtet werden können, die entweder mit Hilfe eines Atlas oder durch die Rekonstruktion eines virtuellen Sensors (d. h. Region of Interest, ROI) an diesem Ort definiert werden können (Abbildung 5C, Abbildung 6C, Abbildung 7C und Abbildung 8C). Führen Sie die Morlet-Wavelet-Zeit-Frequenz-Zerlegung auf dem ereignisevozierten Feld und den potentiellen Quellen im beteiligten eloquenten Hirnareal (V1, M1, A1 oder S1) mit einer linearen Skala (Frequenzbereich: 1:1:100 Hz) durch.HINWEIS: Zur Abschätzung evozierter Schwingungen, die zeit- und phasengebunden an den Stimulusbeginn sind, wird das MEG/EEG-Signal zunächst über Ereignisse gemittelt und dann einer Zeit-Frequenz-Analyseunterzogen 53,54. Führen Sie eine Standardisierung der kortikalen Quellkarten mit der in Brainstorm verfügbaren ereignisbezogenen Störungsmethode durch, um sie in Bezug auf die Basislinie (siehe Schritt 4.3.5) separat für jedes Ereignis zu normalisieren (Abbildung 5D, Abbildung 6D, Abbildung 7D und Abbildung 8D).HINWEIS: Die Standardisierung von Quellkarten unter Verwendung ereignisbezogener Störungen ist ein Normalisierungsmaß für Zeit-Frequenz-Leistungskarten, das die Abweichung vom Mittelwert über der Basislinie in Prozent schätzt. Weitere Einzelheiten zu diesem Standardisierungsprozess finden Sie an anderer Stelle (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/TimeFrequency#Normalized_time-frequency_maps). ValidierungErwerben Sie eine extraoperative iEEG-Aufzeichnung durch die Implantation von subduralen Gittern und/oder Tiefenelektroden. Die Anzahl, Art und Platzierung der intrakraniellen Elektroden wird vom multidisziplinären Epilepsieteam auf der Grundlage der klinischen Hypothese entschieden, die aus der Summe der Informationen aus den nicht-invasiven diagnostischen Tests der präoperativen Bewertung generiert wird.HINWEIS: Im Rahmen der präoperativen Abklärung wird das extraoperative iEEG über mehrere Tage über ein digitales EEG-System mit einer Abtastrate von 1.024 Hz aufgezeichnet. Identifizieren Sie die SOZ, wie sie von einem erfahrenen Epileptologen auf der Grundlage der für jeden Probanden verfügbaren klinischen Informationen definiert wurde.HINWEIS: Die SOZ ist definiert als das Hirnareal, das die erste eindeutige iktale elektrographische Entladung zeigt, die sich von der Hintergrundaktivität unterscheidet, die entweder vor oder gleichzeitig mit dem klinisch definierten iktalen Beginn auftreten kann. Alle Kanäle, die an dieser iktalen elektrographischen Entladung beteiligt sind, werden als SOZ-Kontakte betrachtet, auch wenn sie Anfälle erfassen, die aus verschiedenen Hirnarealen stammen. Markieren Sie während des im iEEG aufgezeichneten iktalen Ereignisses den Höhepunkt jedes Ausbruchs epileptiformer Entladungen, die an jeder intrakraniellen Elektrode auftreten, und führen Sie eine Quellenlokalisierung dieser iktalen Ereignisse mit der ECD-Methode durch, wie zuvor in den Schritten 4.1.7 bis 4.1.10 beschrieben. Vergleichen Sie die iEEG-Lokalisierungsergebnisse mit der klinisch definierten SOZ als Goldstandard für die Ergebnisse der Lokalisierung an der Quelle.