Электроэнцефалография функциональная магнитно -резонансная томография

EEG-FMRI (короткий для коррелированного EEG-коррелируемого на ЭЭГ ФМРТ или электроэнцефалография, коррелированная магнитно-резонансная томография мультимодального нейроизуализации ) представляет собой метод , при котором данные ЭЭГ и ФМРТ зарегистрированы синхронно для исследования электрической активности мозга в корреляции с гемодинамическими изменениями в мозге во время электрической активности. , будь то нормальная функция или связана с расстройствами.

Принцип

Скальп ЭЭГ отражает электрическую активность мозга и, в частности, пост- синаптические потенциалы (см. Ингибирующий постсинаптический ток и возбуждающий постсинаптический потенциал ) в коре головного мозга , тогда как МРТ способен обнаружить гемодинамические изменения по всему мозгу с помощью эффекта жирного шрифта . Поэтому EEG-FMRI позволяет измерять как нейрональную, так и гемодинамическую активность, которые составляют два важных компонента механизма нейросулярного связывания .

Методология

Одновременное сборы данных ЭЭГ и МРТ о достаточном качеством требует решения проблем, связанных с потенциальными рисками здоровья (из -за токов, вызванных процессом формирования изображения МР в цепях, созданных субъектом и системой записи ЭЭГ) и качеством данных ЭЭГ и ФМРТ. Существует две степени интеграции сбора данных, отражающих технические ограничения, связанные с помехами между инструментами ЭЭГ и МР. Это: чередованные приобретения, в которых каждая модальность сбора прерывается по очереди (периодически), чтобы дать данные о достаточном качестве быть зафиксированы другим методом; Непрерывные сборы, в которых оба метода способны постоянно записывать данные об адекватном качестве. Последнее может быть достигнуто с помощью программного обеспечения для сокращения артефактов ЭЭГ в реальном времени или постобработке. ЭЭГ был впервые записан в среде MR в 1993 году. Несколько групп нашли независимые средства для решения проблем взаимного загрязнения сигналов ЭЭГ и ФМРТ. Первый непрерывный эксперимент EEG-FMRI был проведен в 1999 году ^{[ 1 ]} Используя подход численной фильтрации. Вскоре после этого был реализован метод на основе программного обеспечения. ^{[ 2 ]} Дополнение к настройке EEG-FMRI-это одновременная и синхронизированная видеозапись, не влияя на качество данных ЭЭГ и FMRI. ^{[ 3 ]}

По большей части, получение параллельных данных EEG-FMRI в настоящее время рассматривается как решаемая проблема, а коммерческие устройства доступны у основных производителей (например, Electrical Geodesics, Inc.; Neuroscan/Compumedics, Inc.; Продукты мозга; Advanced Neuro. Технология), но проблемы остаются. Например, в ЭЭГ существуют значительные остаточные артефакты, которые встречаются с каждым сердцебиением . Следы в ЭЭГ, которые записывают это, часто называют « баллистокардиограммой (BCG)» из -за их предполагаемого происхождения в движении ЭЭГ в движении в магнитном поле, которое происходит с каждым сердцебиением.

Был разработан ряд методов для удаления артефакта BCG из параллельных сигналов EEG-FMRI. Большинство ранних методов были основаны на ручной идентификации компонентов шума с использованием независимого анализа компонентов . Тем не менее, более поздние методы используют низкообразные разреженные разложения (LRSD), которое автоматически идентифицирует компоненты шума и приводит к более тщательному «очистке» шума BCG ^{[ 4 ]}

Приложения

В принципе, метод сочетает в себе хорошо документированную способность ЭЭГ характеризовать определенные состояния мозга с высоким временным разрешением и выявлять патологические паттерны, причем FMRI (недавно обнаруженные и менее понятные) способность изображать динамику крови по всему мозгу с высоким пространственным разрешением. До сих пор ЭЭГ-ФМРИ в основном рассматривался как метод МРТ, в котором синхронно полученный ЭЭГ используется для характеристики мозговой активности («состояние мозга») по времени, позволяя карту ( статистическому параметрическому картированию например, ) связанную гемодинамику изменения.

Первоначальная мотивация для EEG-FMRI была в области исследований эпилепсии , и, в частности, изучение межлектальных эпилептиформных разрядов (IED или межпейских шипов ), а также их генераторов, а также судорог. IED-это непредсказуемые и субклинические события у пациентов с эпилепсией, которые можно наблюдать только с использованием ЭЭГ (или МЕГ ). Следовательно, запись ЭЭГ во время приобретения МРТ позволяет изучать их гемодинамические корреляты. Метод может выявить гемодинамические изменения, связанные с IED и судорог , и оказался мощным научным инструментом. Одновременная и синхронизированная видеозапись идентифицирует клиническую судорожную активность наряду с электрофизиологической активностью на ЭЭГ, которая помогает исследовать, коррелировать гемодинамические изменения в мозге во время судорог.

Клиническая ценность этих результатов является предметом текущих исследований, но недавние исследования предполагают приемлемая надежность для исследований EEG-FMRI и лучшую чувствительность при более высоком полевом сканере. ^{[ 5 ]} За пределами области эпилепсии EEG-FMRI использовалась для изучения связанных с событиями (вызванными внешними стимулами) реакциями мозга и предоставил важное новое понимание базовой активности мозга во время бодрствования и сна в состоянии покоя .

Ссылки

^ Бонмассар G; Анами К; Айвс -младший; Belliveau JW) (1999). «Визуальный потенциал (VEP), измеренный с помощью одновременного 64-канального ЭЭГ и 3T FMRI». Нейрорепорт . 10 (11): 1893–1897. doi : 10.1097/00001756-199906230-00018 . PMID 10501528 .
^ Lemieux L, Salek-Haddadi A, Josephs O, et al. (Сентябрь 2001 г.). «Связанное с событием МРТ с одновременным и непрерывным ЭЭГ: описание метода и отчета об начальном случае». Нейроамиж . 14 (3): 780–7. doi : 10.1006/nimg.2001.0853 . PMID 11506550 . S2CID 17232865 .
^ Chaudhary UJ, Kokkinos V, Carmichael DW, Rodionov R, Gasston D, Duncan JS, Lemieux L (март 2010 г.). «Реализация и оценка одновременной видеоэлектроэнцефалографии (видео-EEG) и функциональной магнитно-резонансной томографии (MRI)» (PDF) . Магнитно -резонансная томография . 28 (8): 1192–1199. doi : 10.1016/j.mri.2010.01.001 . PMID 20233646 .
^ Жиль J; Мейер Т; Дуглас П.К. (2014). «Использование разреженности: метод с низким раншим+ разреженным декомпозицией (LR+ SD) для автоматического удаления артефакта ЭЭГ» . Miccai Workshop по методам редкости .
^ Gholipour T, Moeller F, Pittau F, et al. (Ноябрь 2010). «Воспроизводимость интерктального ЭЭГ-FMRI приводит к пациентам с эпилепсией» . Эпилепсия . 52 (3): 433–442. doi : 10.1111/j.1528-1167.2010.02768.x . PMC 3792085 . PMID 21054351 .

Дальнейшее чтение

Ritter P, Villringer A (2006). «Одновременный ЭЭГ-ФМРИ». Нейробиологии и биобиоэвиральные обзоры . 30 (6): 823–38. doi : 10.1016/j.neubiorev.2006.06.008 . PMID 16911826 . S2CID 1032514 .
Laufs H, Duncan JS (август 2007 г.). «Электроэнцефалография/функциональная МРТ в человеческой эпилепсии: что она в настоящее время может и не может сделать». Современное мнение о неврологии . 20 (4): 417–23. doi : 10.1097/wco.0b013e3282202b92 . PMID 17620876 . S2CID 9119312 .

[1] Бонмассар G; Анами К; Айвс -младший; Belliveau JW) (1999). «Визуальный потенциал (VEP), измеренный с помощью одновременного 64-канального ЭЭГ и 3T FMRI». Нейрорепорт . 10 (11): 1893–1897. doi : 10.1097/00001756-199906230-00018 . PMID 10501528 .

[2] Lemieux L, Salek-Haddadi A, Josephs O, et al. (Сентябрь 2001 г.). «Связанное с событием МРТ с одновременным и непрерывным ЭЭГ: описание метода и отчета об начальном случае». Нейроамиж . 14 (3): 780–7. doi : 10.1006/nimg.2001.0853 . PMID 11506550 . S2CID 17232865 .

[3] Chaudhary UJ, Kokkinos V, Carmichael DW, Rodionov R, Gasston D, Duncan JS, Lemieux L (март 2010 г.). «Реализация и оценка одновременной видеоэлектроэнцефалографии (видео-EEG) и функциональной магнитно-резонансной томографии (MRI)» (PDF) . Магнитно -резонансная томография . 28 (8): 1192–1199. doi : 10.1016/j.mri.2010.01.001 . PMID 20233646 .

[4] Жиль J; Мейер Т; Дуглас П.К. (2014). «Использование разреженности: метод с низким раншим+ разреженным декомпозицией (LR+ SD) для автоматического удаления артефакта ЭЭГ» . Miccai Workshop по методам редкости .

[5] Gholipour T, Moeller F, Pittau F, et al. (Ноябрь 2010). «Воспроизводимость интерктального ЭЭГ-FMRI приводит к пациентам с эпилепсией» . Эпилепсия . 52 (3): 433–442. doi : 10.1111/j.1528-1167.2010.02768.x . PMC 3792085 . PMID 21054351 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]