Ce travail a été soutenu par des fonds de la subvention de l’Institut coréen des sciences fondamentales (KBSI), Neuroimaging Studies of Hypnotically Induced Deception.

Le protocole expérimental suivant a été examiné et approuvé par le Comité d’examen institutionnel de l’UCLA. Avant de commencer l’expérience, les sujets ont subi un pré-dépistage téléphonique qui excluait les sujets potentiellement enceintes, âgés de moins de dix-huit ans, ou qui avaient travaillé dans une exposition de machine ou autrement eu des implants métalliques. Les sujets gauchers ou ceux ayant des antécédents de maladie mentale ont également été exclus du bassin de sujets. Les participants inclus ont ensuite reçu l’instruction de s’abstenir de caféine, de drogues et d’alcool le jour de l’expérience. Le consentement éclairé écrit et la compréhension du consentement ont été obtenus de chaque participant le jour de l’expérience.
1. Application EEG Sensor Net
Les données EEG sont enregistrées à l’aide d’un réseau de capteurs géodésiques compatible IRM à 256 canaux. Les niveaux d’impédance dans les électrodes doivent être surveillés (étape 1.5) à des intervalles d’environ 20 minutes tout au long de l’expérience pour s’assurer que les électrodes ne se sont pas desséchées et que les impédances restent en dessous du seuil.
<ol><li>Déterminer la taille appropriée du filet en mesurant la circonférence de la tête de la crête du front de la glabelle à environ 2,5 cm au-dessus de l’inion.</li>
	<li>HydroCel Saline solution électrolytique de chlorure de potassium a été faite selon les instructions de l’EGI. EEG Electrogeodesic 256 capteur net a ensuite été trempé dans une solution électrolytique pendant 10 min.</li>
	<li>Le point de sommet, ou Cz, sur la tête a été déterminé en mesurant le point médian entre nasion et inion et en l’alignant avec le point médian qui dissèque les points préauriculaires. Le filet EEG a ensuite été placé de telle sorte que l’électrode de référence Cz s’aligne sur le point de sommet.</li>
	<li>Nous avons collecté des images photographiques de la tête et des électrodes à l’aide du système de photogrammétrie géodésique (GPS) EGI afin d’étalonner l’espace du capteur à utiliser dans l’analyse des sources EEG.</li>
	<li>Les impédances d’électrode ont ensuite été mesurées. Le contact avec le cuir chevelu a été vérifié pour ces électrodes avec des niveaux d’impédance au-dessus du seuil. Les emplacements des électrodes sont ajustés et une solution électrolytique supplémentaire a été ajoutée aux électrodes si nécessaire pour réduire l’impédance.</li>
</ol>2. EEG/IRMf simultané et protocole d’enregistrement de la température avant l’hypnose
Une fois que le filet EEG est appliqué de manière appropriée, le sujet se dirige vers la salle de scanner MR. Tous les objets métalliques sont enlevés. L’IRM structurelle et l’IRM fonctionnelle sont collectées sur un scanner Siemens Allegra 3T. Des données simultanées d’EEG/fMRI sont rassemblées avant l’induction hypnotique afin d’établir une ligne de base fonctionnelle pour chaque sujet.
<ol><li>Analyse structurelle MPRAGE</li>
	<li>Bande passante appariée T2 - une séquence de numérisation spécialisée conçue pour fournir un bon contraste pour l’enregistrement d’image, tout en partageant les mêmes distorsions métriques que les balayages fonctionnels qui suivent.</li>
	<li>Balayage fonctionnel - Séquence d’impulsions écho-planaires pondéréeS T2* avec un TR = 2,5 sec, TE = 40 ms, champ de vision = 200 mm x 200 mm, angle de retournement = 90 °, collecte d’images cérébrales entières avec une résolution = 64 x 64 x 28, taille du voxel = 3 mm3. Les données sont collectées pendant un total de cinq minutes.</li>
	<li>Les données EEG sont simultanément enregistrées à l’aide d’un système de géodésiques électriques compatibles MR (EGI) à 256 canaux pendant les enregistrements IRM fonctionnels de cinq minutes pour établir un EEG de base avant l’induction hypnotique. Notre laboratoire a été le pionnier de méthodes de collecte simultanée d’IRMf/EEG à l’aide d’un logiciel et d’un matériel qui éliminent en temps réel le bruit de l’artefact mr et du balistocardiogramme (voir la référence25 pour plus de détails).</li>
	<li>Après l’analyse de l’état de repos, les sujets écoutent une bande qui leur demande de visualiser que leur main gauche est immergée dans un seau d’eau glacée froide. Les différences de température entre chaque main sont quantifiées à l’aide de notre dispositif de thermométrie différentielle décrit ci-dessous.</li>
</ol>3. Induction hypnotique
Les sujets étaient alors assis confortablement dans une pièce faiblement éclairée et calme. Des données d’EEG ont été enregistrées dans toute la durée de l’induction hypnotique et de la technique progressive d’approfondissement de relaxation.
<ol><li>L’induction hypnotique a commencé par une brève entrevue par l’hypnothérapeute pour déterminer les indices spatiaux spécifiques au sujet qui causent la relaxation. On a ensuite posé aux sujets un certain nombre de questions pour déterminer s’ils étaient capables de visualiser.</li>
	<li>L’hypnothérapeute a alors commencé l’induction en utilisant une suggestion d’ideomoter connue sous le nom de technique de levée de bras. Pendant ce temps, l’hypnothérapeute a continuellement donné au sujet la suggestion que leur bras se sentait comme s’il devenait plus léger, et à un moment donné leur bras se lèverait automatiquement dans les airs sans effort volontaire. Après que le bras du sujet se soit élevé, on leur a ensuite demandé de plier leur bras et de toucher leur front du bout des doigts. Dès que le sujet s’est conformé, l’hypnothérapeute a demandé au sujet de fermer les yeux et de se détendre comme dans un sommeil profond.</li>
	<li>Le niveau de susceptibilité hypnotique a ensuite été évalué par l’intermédiaire de l’échelle de Stanford de 12 points de susceptibilité hypnotique, test de forme C.</li>
	<li>Une technique d’approfondissement, sous la forme d’une relaxation progressive, a ensuite été utilisée pour amener le sujet à un plus grand niveau de profondeur hypnotique.</li>
	<li>Les données EEG sont enregistrées tout au long de l’induction hypnotique dans une pièce blindée en cuivre faiblement éclairée pendant l’induction hypnotique.</li>
</ol>4. Collecte de données EEG/IRMf et thermométrie différentielle post-induction hypnotique
<ol><li>Après induction hypnotique et relaxation progressive, le sujet, entre à nouveau dans la salle de balayage d’IRM avec le filet de capteur EEG compatible MR en permanence en place. À ce moment-là, des capteurs de température ont été collés sur la partie médiale des deux poignets. Des bracelets ont ensuite été placés sur les capteurs de température enregistrés pour aider à stabiliser le placement.</li>
	<li>Les capteurs de température doivent être configurés conformément au schéma de la figure 2. L’étalonnage a été effectué avant l’expérience et a été réalisé en immergeant les pointes du capteur dans deux solutions de températures variables (37 °C± 5). La sortie du capteur a été vérifiée par rapport aux lectures du thermomètre.</li>
	<li>Le sujet écoute ensuite une bande de relaxation progressive préenregistrée réalisée par l’hypnothérapeute via des écouteurs compatibles MR. Pendant ce temps, les données d’IRMf sont collectées selon les séquences d’impulsions décrites à l’étape 1.1, avec enregistrement EEG simultané.</li>
	<li>La collecte des données de l’état de repos EEG/IRMf après induction hypnotique se déroule selon les étapes 2.2-2.4.</li>
	<li>L’hypnothérapeute administre ensuite la suggestion de « gant froid » pour la collecte subséquente de données sur l’EEG/IRMf, qui se déroule à nouveau selon les étapes 2.2 à 2.5. Lors de la suggestion, l’hypnothérapeute demande à plusieurs reprises au sujet de visualiser que sa main est immergée dans un bain d’eau froide, et d’imaginer que sa main gauche devenait de plus en plus froide du bout des doigts au poignet. Les mesures de thermométrie différentielle sont enregistrées dans tout ce bloc.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kirsch, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypnosis+and+Placebos:+Response+Expectancy+as+a+Mediator+of+Suggestion+Effects.">Hypnosis and Placebos: Response Expectancy as a Mediator of Suggestion Effects.</a> Anales de Psicolog&#237;a. 15, 99-110 (1999).</li><li>McGeown, W. J., Mazzoni, G., Venneri, A., Kirsch, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypnotic+induction+decreases+anterior+default+mode+activity.">Hypnotic induction decreases anterior default mode activity.</a> Conscious. Cogn. 18, 848-855 (2009).</li><li>Karlin, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypnotizability+and+attention.">Hypnotizability and attention.</a> J. Abnorm Psychol. 88, 92-95 (1979).</li><li>Terhune, D. B., Carde&#241;a, E., Lindgren, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+frontal-parietal+phase+synchrony+during+hypnosis+as+a+function+of+hypnotic+suggestibility.">Differential frontal-parietal phase synchrony during hypnosis as a function of hypnotic suggestibility.</a> Psychophysiology. , (2011).</li><li>Tellegen, A., Atkinson, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Openness+to+absorbing+and+self-altering+experiences+(&amp;#34;absorption&amp;#34;),+a+trait+related+to+hypnotic+susceptibility.">Openness to absorbing and self-altering experiences (&amp;#34;absorption&amp;#34;), a trait related to hypnotic susceptibility.</a> J. Abnorm. Psychol. 83, 268-277 (1974).</li><li>Oakley, D. A., Halligan, P. 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H., Shapiro, D., Ward, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual+differences+in+hypnotizability+and+effectiveness+of+hypnosis+or+biofeedback.">Individual differences in hypnotizability and effectiveness of hypnosis or biofeedback.</a> Int. J. Clin. Exp. Hypn. 30, 45-65 (1982).</li><li>Mart&#237;nez-Montes, E., Vald&#233;s-Sosa, P. A., Miwakeichi, F., Goldman, R. I., Cohen, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concurrent+EEG/fMRI+analysis+by+multiway+Partial+Least+Squares.">Concurrent EEG/fMRI analysis by multiway Partial Least Squares.</a> Neuroimage. 22, 1023-1034 (2004).</li><li>Frischholz, E. J., Tryon, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypnotizability+in+relation+to+the+ability+to+learn+thermal+biofeedback.">Hypnotizability in relation to the ability to learn thermal biofeedback.</a> Am. J. Clin. Hypn. 23, 53-56 (1980).</li><li>Engstrom, D. R., London, P., Hart, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypnotic+susceptibility+increased+by+EEG+alpha+training.">Hypnotic susceptibility increased by EEG alpha training.</a> Nature. 227, 1261-1262 (1970).</li></ol>

Suite à son acceptation et à sa publication, Electrical Geodesics, Inc. a souscrit les frais de libre accès pour cet article

Il semble y avoir une grande variabilité dans les méthodes de suggestion utilisées pour induire les sujets dans un état d’hypnose1. Nous démontrons ici qu’une suggestion pour le mouvement nonvolitional de moteur suivi du SHSS, forme C, peut être employée pour changer le spectre de puissance D’EEG. Nous notons que bien que le sujet utilisé dans cette étude ait été hypnotisé dans le passé, il n’y a eu aucune tentative faite par l’intermédiaire de l’échelle de suggestibilité de groupe de Harvard ou d’un autre mécanisme pour trouver un sujet fortement susceptible. Nous présumons que l’ampleur des changements dans les sous-bandes de fréquence EEG varie probablement selon le niveau de susceptibilité du sujet, comme cela a été rapporté4.
Nous avons également démontré une configuration pour mesurer les fluctuations de température de la main qui peuvent se produire pendant une session simultanée d’EEG/IRMf. Bien que les sujets puissent éventuellement apprendre à accomplir des changements de température des mains sans hypnose en utilisant des indices de biofeedback, cela prend généralement de nombreuses séances d’entraînement26. Frischholz et Tryon26 n’ont pas été en mesure de reproduire l’association entre les changements de température de la main et la profondeur hypnotique en utilisant le paradigme de la suggestion de gants froids, contrairement à celui rapporté par d’autres27. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour résoudre cette controverse. Néanmoins, la méthode de mesure des changements de température de la main au cours d’une séance de neuroimagerie fonctionnelle peut s’avérer utile pour évaluer les corrélats neuronaux de la suggestion hypnotique de « gant froid » après induction hypnotique.

Depuis sa création, il y a eu une controverse considérable quant à ce qu’est l’hypnose, et comment exactement des changements physiologiques mesurables dans les individus sensibles sont produits. Les études visant à comprendre les corrélats neuronaux de l’hypnose et les réponses à la suggestion hypnotique ont généralement produit des résultats variés1, qui peuvent être dus, au moins en partie, à des différences dans l’induction hypnotique et les techniques de suggestion2, fournissant ainsi une motivation pour une méthodologie détaillée et une description du protocole.
Bien que l’hypnose ait été classiquement définie comme un état de concentration intérieure et d’attention focalisée1,3,une définition opérationnelle plus complète comprend également : une diminution de la conscience des stimuli exogènes4,une absorption accrue5,ou une attention sans effort aux mots de l’expérimentateur et une diminution de la pensée spontanée6. Une induction hypnotique est généralement définie comme un ensemble d’instructions verbales qui facilitent l’hypnose et l’absorption6. L’hypnotisabilité varie considérablement d’un individu à l’autre, mais est généralement stable au sein des individus au fil du temps7,8; la suggestibilité est généralement mesurée en termes de réponse comportementale à la suggestion, la métrique la plus couramment appliquée étant l’échelle de susceptibilité hypnotique de Stanford (SHSS) forme C9-12.
Les études qui examinent les corrélats neuronaux de l’hypnose se répartissent généralement en deux catégories. Soit ils examinent des réseaux d’activité intrinsèquement activés pendant l’hypnose « à l’état de repos », soit ils étudient les changements dans l’activité neuronale qui se produisent en réponse à la suggestion hypnotique6. Dans une étude récente d’EEG, des individus fortement suggestibles se sont avérés pour montrer la desynchronie liée à l’événement plus élevé du réseau frontal-pariétal dans la bande alpha-2 pendant l’hypnose comparée aux sujets suggestibles bas4. Récemment, l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) a également révélé des changements dans les réseaux de mode par défaut antérieur pendant l’hypnose « à l’état de repos » sans augmentation correspondante de l’activité dans d’autres zones du cerveau2. Des preuves convergentes suggèrent que l’hypnose soit associée à un contrôle attentionnel antérieur dissocié13.
Des changements dans les signaux dépendants du niveau d’oxygénation du sang de l’IRMf (BOLD) en réponse à une variété de suggestions hypnotiques ont également été récemmentrapportés 14-23. La majorité des études de suggestion-réponse mettent en corrélation des changements de signal de cerveau avec des évaluations subjectives de perception changée. Cependant, la suggestion hypnotique a également été employée pour modifier des paramètres physiologiques tels que la tension artérielle, la fréquence cardiaque, et la température de la main de sujet en réponse24.
Ici, nous étendons ces résultats antérieurs en développant un paradigme expérimental, appelé ici le paradigme du « gant froid », par lequel les sujets sont dirigés pour percevoir qu’une de leurs mains est plus froide en température que l’autre, en l’absence de toute manipulation physique externe de la température. Ces instructions verbales sont délivrées via des écouteurs compatibles MR lors de l’enregistrement des données.
Dans le présent travail, nous démontrons d’abord notre méthode d’enregistrement simultané des données EEG/IRMf. Nous démontrons ensuite le paradigme du gant froid, qui comprend la collecte de données EEG / IRMf ainsi que des mesures de température des mains avant et après l’induction hypnotique. Notre méthode d’induction hypnotique comprend une suggestion idéomotrice décrite par1, suivie d’une évaluation de profondeur à l’aide du SSHS, forme C. Nous détectons des changements fiables dans le spectre de puissance EEG qui se produisent après l’induction hypnotique. Nous démontrons également que notre appareil de thermométrie différentielle compatible IRM est capable de mesurer les changements de température des mains pendant la session simultanée de collecte de données EEG / IRMf. Cette procédure peut fournir des mesures quantitatives importantes d’EEG/fMRI en évaluant les changements de signal de cerveau qui se produisent pendant l’hypnose intrinsèque d'« état de repos » aussi bien que mesurer des changements de signal en réponse à la suggestion hypnotique pour la perception thermique changée.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Equipment Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision Monolithic Temperature Sensor</td>
			<td>National Semiconductor Corporation</td>
			<td>LM34/LM35</td>
			<td>100 mV/&#176;C; accurate to within &#177;0.4&#160;&#176;C at room temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision Instrumentation Amplifier</td>
			<td>National Semiconductor Corporation</td>
			<td>INA114</td>
			<td>Part of Magnet Room I/O interface</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HydroCel Saline</td>
			<td>Electrical Geodescis Inc.</td>
			<td>N-PRT-KCL-1000-000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HydroCel Geodesic Sensor Net with a 256-channel High Density Electrode Array</td>
			<td>Electrical Geodescis Inc.</td>
			<td>256-channel HCGSN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geodesics Photogrammetry System</td>
			<td>Electrical Geodescis Inc.</td>
			<td>EGI GPS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipettes</td>
			<td>Electrical Geodescis Inc.</td>
			<td>N-ACC-PIP-1000-000</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

method for simultaneous fmri/eeg data collection during a focused attention suggestion for differential thermal sensation

Dans le présent travail, nous démontrons une méthode pour la collecte simultanée des données EEG/fMRI. Dans notre configuration, les données EEG sont collectées à l’aide d’un réseau de capteurs haute densité à 256 canaux. L’amplificateur EEG lui-même est contenu dans un système de confinement d’isolation de champ (FICS), et les signaux d’horloge IRM sont synchronisés avec la collecte de données EEG pour la caractérisation et le retrait ultérieurs de l’artefact MR. Nous démontrons d’abord cette méthode pour la collecte de données d’état de repos. Par la suite, nous démontrons un protocole pour l’enregistrement des données EEG/IRMf, tandis que les sujets écoutent une bande leur demandant de visualiser que leur main gauche est immergée dans un bain d’eau froide et désignée, ici, comme le paradigme du gant froid. Les différences thermiques entre chaque main sont mesurées tout au long de la collecte de données EEG/IRMf à l’aide d’un capteur de température compatible MR que nous avons développé à cet effet. Nous recueillons des données EEG/IRMf de gants froids ainsi que des mesures simultanées de température différentielle de la main avant et après l’induction hypnotique. Entre les séances pré et post, les données EEG à modalité unique sont collectées au cours du processus d’induction hypnotique et d’évaluation de la profondeur. Nos résultats représentatifs démontrent que des changements significatifs dans le spectre de puissance D’EEG peuvent être mesurés pendant l’induction hypnotique, et que des changements de température de main pendant le paradigme froid de gant peuvent être détectés rapidement utilisant notre M. dispositif différentiel compatible de thermométrie.

La figure 1 montre le spectre de puissance de l’EEG dans un canal représentatif(figure 1a)en moyenne supérieure à 1 000 ms chez un seul sujet au cours de la période d’alerte qui a précédé l’induction hypnotique(figure 1b). Il convient de noter que les motifs ici suivent la relation inverse caractéristique entre puissance et fréquence (f), avec une chute à 1/f. La figure 1c montre le spectre de puissance prélevé sur ce même sujet suite à une induction hypnotique et à une technique d’approfondissement. L’atténuation de la puissance peut être observée dans les sous-bandes thêta et bêta EEG, et le graphique global ne suit plus 1/f. La figure 2 montre notre schéma pour un capteur de température compatible IRM, qui utilise des capteurs de température de précision LM34/LM35 couplés à un appareil Arduino.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/3298/3298fig1.jpg"> Figure 1. Spectre de puissance de l’électroencéphalogramme (EEG) dans un seul sujet pour un canal d’électrode représentatif. ( a ) réseaud’électrodesEEG à 255 canaux avec l’emplacement spatial de la sélection du canal pour l’analyse de puissance marquée en bleu (b) spectre de puissance EEG avant l’induction hypnotique, et (c) spectre de puissance dans le même canal d’électrode suivant l’induction hypnotique et une technique d’approfondissement. La barre en haut, dans le coin droit de la figure 1c indique la légende de chaque sous-bande EEG avec des fréquences : delta (0,1-4 Hz), thêta (4-8Hz), alpha (8-12 Hz), bêta (12-20 Hz) et gamma (fréquences supérieures à 20 Hz).
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/3298/3298fig2.jpg"> Figure 2. Schéma de la configuration du capteur de température différentielle compatible AVEC L’IRM. (ci-dessus) Circuit de thermométrie différentielle, (ci-dessous) aperçu du processus de mesure de thermométrie.

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Method for Simultaneous fMRI/EEG Data Collection during a Focused Attention Suggestion for Differential Thermal Sensation

Nous présentons un protocole pour la collecte concourante des données EEG/fMRI, et M. synchronisé enregistrement de signal d’horloge. Nous démontrons cette méthode en utilisant un paradigme unique par lequel les sujets reçoivent des instructions de « gant froid » pendant le balayage, et les données EEG / IRMf sont enregistrées avec des mesures de température de la main avant et après l’induction hypnotique.

Procédé de collecte simultanée de données IRMf/EEG au cours d’une suggestion d’attention focalisée pour une sensation thermique différentielle

In the present work, we demonstrate a method for concurrent collection of EEG/fMRI data. In our setup, EEG data are collected using a high-density ...

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Research

JoVE Journal

Behavior

11.6K vues.  University of California, Los Angeles. Nous présentons un protocole pour la collecte concourante des données EEG/fMRI, et M. synchronisé enregistrement de signal d’horloge. Nous démontrons cette méthode en utilisant un paradigme unique par lequel les sujets reçoivent des instructions de « gant froid » pendant le balayage, et les données EEG / IRMf sont enregistrées avec des mesures de température de la main avant et après l’induction hypnotique.

Vidéo: Method for Simultaneous fMRI/EEG Data Collection during a Focused Attention Suggestion for Differential Thermal Sensation

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

Meilleures pratiques actuelles pour l&#39;obtention de données à haut EEG de qualité lors de l&#39;IRMf simultanées

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

Recherche

Sciences du comportement

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric currents through the scalp. This constant electric current induces shifts in neuronal membrane excitability, resulting in secondary changes in cortical activity. Although tDCS has most of its neuromodulatory effects on the underlying cortex, tDCS effects can also be observed in distant neural networks. Therefore, concomitant EEG monitoring of the effects of tDCS can provide valuable information on the mechanisms of tDCS. In addition, EEG findings can be an important surrogate marker for the effects of tDCS and thus can be used to optimize its parameters. This combined EEG-tDCS system can also be used for preventive treatment of neurological conditions characterized by abnormal peaks of cortical excitability, such as seizures. Such a system would be the basis of a non-invasive closed-loop device. In this article, we present a novel device that is capable of utilizing tDCS and EEG simultaneously. For that, we describe in a step-by-step fashion the main procedures of the application of this device using schematic figures, tables and video demonstrations. Additionally, we provide a literature review on clinical uses of tDCS and its cortical effects measured by EEG techniques.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive brain stimulation technique that has shown initial therapeutic effects in several neurological conditions. The main mechanism underlying these therapeutic effects is the modulation of cortical excitability. Therefore, online monitoring of cortical excitability would help guide stimulation parameters and optimize its therapeutic effects. In the present article we review the use of a novel device that combines simultaneous tDCS and EEG monitoring in real time.

Surveillance EEG simultanée pendant transcrânienne courant de stimulation

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, modifications to the standard task, can be used to systematically tax the neural systems controlling either attention or impulse control. Importantly, these challenges have consistent effects on behavior across laboratories in intact animals and can reveal either enhancements or deficits in cognitive function that are not apparent when rats are only tested on the standard task. The variety of behavioral measures that are collected can be used to determine if other factors (i.e., sedation, motivation deficits, locomotor impairments) are contributing to changes in performance. The versatility of the 5CSRTT is further enhanced because it is amenable to combination with pharmacological, molecular, and genetic techniques.

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, which are modifications of the standard task, increase flexibility of the task and can be combined with other manipulations to more fully characterize behavior.

Le 5-Choix réaction Série Durée de la tâche: Une équipe de l&#39;attention et du contrôle des impulsions pour rongeurs

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. ...

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp to manipulate cortical excitability and, consequently, behavior and brain function. In the last decade, numerous studies have addressed short-term and long-term effects of tDCS on different measures of behavioral performance during motor and cognitive tasks, both in healthy individuals and in a number of different patient populations. So far, however, little is known about the neural underpinnings of tDCS-action in humans with regard to large-scale brain networks. This issue can be addressed by combining tDCS with functional brain imaging techniques like functional magnetic resonance imaging (fMRI) or electroencephalography (EEG).
In particular, fMRI is the most widely used brain imaging technique to investigate the neural mechanisms underlying cognition and motor functions. Application of tDCS during fMRI allows analysis of the neural mechanisms underlying behavioral tDCS effects with high spatial resolution across the entire brain. Recent studies using this technique identified stimulation induced changes in task-related functional brain activity at the stimulation site&#160;and also in more distant brain regions, which were associated with behavioral improvement. In addition, tDCS administered during resting-state fMRI allowed identification of widespread changes in whole brain functional connectivity.
Future studies using this combined protocol should yield new insights into the mechanisms of tDCS action in health and disease and new options for more targeted application of tDCS in research and clinical settings. The present manuscript describes this novel technique in a step-by-step fashion, with a focus on technical aspects of tDCS administered during fMRI.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique. It has successfully been used in basic research and clinical settings to modulate brain function in humans. This article describes the implementation of tDCS and simultaneous functional magnetic resonance imaging (fMRI), to investigate the neural basis of tDCS effects.

Transcrânienne à courant de stimulation et simultanée fonctionnelle imagerie par résonance magnétique

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Methods to Test Visual Attention Online

Online data collection methods have particular appeal to behavioral scientists because they offer the promise of much larger and much more representative data samples than can typically be collected on college campuses. However, before such methods can be widely adopted, a number of technological challenges must be overcome &#8211; in particular in experiments where tight control over stimulus properties is necessary. Here we present methods for collecting performance data on two tests of visual attention. Both tests require control over the visual angle of the stimuli (which in turn requires knowledge of the viewing distance, monitor size, screen resolution, etc.) and the timing of the stimuli (as the tests involve either briefly flashed stimuli or stimuli that move at specific rates). Data collected on these tests from over 1,700 online participants were consistent with data collected in laboratory-based versions of the exact same tests. These results suggest that with proper care, timing/stimulus size dependent tasks can be deployed in web-based settings.

To replicate laboratory settings, online data collection methods for visual tasks require tight control over stimulus presentation. We outline methods for the use of a web application to collect performance data on two tests of visual attention.

Les méthodes pour tester attention visuelle en ligne

Online data collection methods have particular appeal to behavioral scientists because they offer the promise of much larger and much more representative ...

A Method for Remotely Silencing Neural Activity in Rodents During Discrete Phases of Learning

This protocol describes how to temporarily and remotely silence neuronal activity in discrete brain regions while animals are engaged in learning and memory tasks. The approach combines pharmacogenetics (Designer-Receptors-Exclusively-Activated-by-Designer-Drugs) with a behavioral paradigm (sensory preconditioning) that is designed to distinguish between different forms of learning. Specifically, viral-mediated delivery is used to express a genetically modified inhibitory G-protein coupled receptor (the Designer Receptor) into a discrete brain region in the rodent. Three weeks later, when designer receptor expression levels are high, a pharmacological agent (the Designer Drug) is administered systemically 30 min prior to a specific behavioral session. The drug has affinity for the designer receptor and thus results in inhibition of neurons that express the designer receptor, but is otherwise biologically inert. The brain region remains silenced for 2-5 hr (depending on the dose and route of administration). Upon completion of the behavioral paradigm, brain tissue is assessed for correct placement and receptor expression. This approach is particularly useful for determining the contribution of individual brain regions to specific components of behavior and can be used across any number of behavioral paradigms.

This protocol describes how to temporarily and remotely silence neuronal activity in discrete brain regions while rats are engaged in learning and memory tasks. The approach combines pharmacogenetics (Designer-Receptors-Exclusively-Activated-by-Designer-Drugs) with a behavioral paradigm (sensory preconditioning) that is designed to distinguish between different components of learning.

Une méthode de distance Silencing activité neuronale chez les rongeurs Pendant phases distinctes de l&#39;apprentissage

This protocol describes how to temporarily and remotely silence neuronal activity in discrete brain regions while animals are engaged in learning and ...

Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about mechanosensory function that are relevant for clinical diagnosis as well as for basic research. Here, we describe two psychophysical tests designed to determine the vibration detection threshold (automated system) and tactile spatial acuity (handheld device). Both procedures implement a two-interval forced-choice and a transformed-rule up and down experimental paradigm. These tests have been used to obtain mechanosensory profiles for individuals from distinct human cohorts such as twins or people with sensorineural deafness.

Here, we present protocols to determine vibration detection thresholds and tactile acuity using psychophysical methods in man.

Mesure du seuil de détection de vibrations et tactile spatiale Acuity dans des sujets humains

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about ...

Protocol for Data Collection and Analysis Applied to Automated Facial Expression Analysis Technology and Temporal Analysis for Sensory Evaluation

We demonstrate a method for capturing emotional response to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial expression analysis (AFEA) software. Additionally, we demonstrate a method for extracting relevant emotional data output and plotting the emotional response of a population over a specified time frame. By time pairing each participant's treatment response to a control stimulus (baseline), the overall emotional response over time and across multiple participants can be quantified. AFEA is a prospective analytical tool for assessing unbiased response to food and beverages. At present, most research has mainly focused on beverages. Methodologies and analyses have not yet been standardized for the application of AFEA to beverages and foods; however, a consistent standard methodology is needed. Optimizing video capture procedures and resulting video quality aids in a successful collection of emotional response to foods. Furthermore, the methodology of data analysis is novel for extracting the pertinent data relevant to the emotional response. The combinations of video capture optimization and data analysis will aid in standardizing the protocol for automated facial expression analysis and interpretation of emotional response data.

A protocol for capturing and statistically analyzing emotional response of a population to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial expression analysis software is described.

Protocole de collecte de données et d&#39;analyse appliquée à la technologie d&#39;analyse de l&#39;expression du visage automatisé et analyse temporelle pour l&#39;évaluation sensorielle

We demonstrate a method for capturing emotional response to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial ...

A Protocol of Manual Tests to Measure Sensation and Pain in Humans

Numerous qualitative and quantitative techniques can be used to test sensory nerves and pain in both research and clinical settings. The current study demonstrates a quantitative sensory testing protocol using techniques to measure tactile sensation and pain threshold for pressure and heat using portable and easily accessed equipment. These techniques and equipment are ideal for new laboratories and clinics where cost is a concern or a limiting factor. We demonstrate measurement techniques for the following: cutaneous mechanical sensitivity on the arms and legs (von-Frey filaments), radiant and contact heat sensitivity (with both threshold and qualitative assessments using the Visual Analog Scale (VAS)), and mechanical pressure sensitivity (algometer, with both threshold and the VAS). The techniques and equipment described and demonstrated here can be easily purchased, stored, and transported by most clinics and research laboratories around the world. A limitation of this approach is a lack of automation or computer control. Thus, these processes can be more labor intensive in terms of personnel training and data recording than the more sophisticated equipment. We provide a set of reliability data for the demonstrated techniques. From our description, a new laboratory should be able to set up and run these tests and to develop their own internal reliability data.

The goal of this procedure is to demonstrate a battery of quantitative techniques for sensory and pain measurement in humans. The equipment and techniques described are commonly found in pain clinics or are easy to obtain.

Un protocole de tests manuels pour mesurer Sensation et la douleur chez les humains

Numerous qualitative and quantitative techniques can be used to test sensory nerves and pain in both research and clinical settings. The current study ...

Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs frequency-specific stimulation of the human brain through current applied to the scalp with surface electrodes. Most current knowledge of the technique is based on behavioral studies; thus, combining the method with brain imaging holds potential to better understand the mechanisms of tACS. Because of electrical and susceptibility artifacts, combining tACS with brain imaging can be challenging, however, one brain imaging technique that is well suited to be applied simultaneously with tACS is functional magnetic resonance imaging (fMRI). In our lab, we have successfully combined tACS with simultaneous fMRI measurements to show that tACS effects are state, current, and frequency dependent, and that modulation of brain activity is not limited to the area directly below the electrodes. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with visual task fMRI studies, which can lend to understanding oscillatory brain function as well as the effects of tACS on the brain.

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations, though its effects are not completely understood. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with functional magnetic resonance imaging, which can increase understanding oscillatory brain function and effects of tACS.