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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 ...

University of Nottingham 

Electroencephalogram (EEG) data recorded simultaneously with functional magnetic resonance imaging (fMRI) suffer from severe artefacts. The ballistocardiogram (BCG) artefact in particular is as yet poorly understood and different BCG removal strategies have been proposed. In the present study, EEG data were recorded from four participants in three different MRI scanners with field strengths of 1.5, 3 and 7 T, with the aim of investigating the impact of the static magnetic field strength on the BCG artefact and independent component analysis (ICA). The results confirm that the amplitude of the BCG artefact is a function of the static magnetic field strength. Moreover, the spatial variability of the BCG artefact substantially increased at higher magnetic field strengths. A comparison of ICA before and after channel-wise BCG correction revealed that typical independent components could be more easily identified when ICA was applied after channel-wise BCG correction. Further analysis of EEG and electrocardiogram recordings points towards the contribution of at least two different processes to the origin of the BCG, which are blood movement or axial head rotation on the one hand and electrode movement at lateral sites of the head on the other. This is summarized in a preliminary BCG model that may help to explain recent inconsistencies regarding the usefulness of ICA for BCG removal. It may also guide the future development of more advanced BCG removal procedures.

Properties of the ballistocardiogram artefact as revealed by EEG recordings at 1.5, 3 and 7 T static magnetic field strength.

Donn&eacute;es d&#39;&eacute;lectroenc&eacute;phalogramme (EEG) enregistr&eacute;es simultan&eacute;ment avec l&#39;imagerie par r&eacute;sonance magn&eacute;tique fonctionnelle (IRMf) souffrent d&#39;art&eacute;facts s&eacute;v&egrave;res. L&#39;artefact ballistocardiogramme (BCG) en particulier est encore mal compris et diff&eacute;rentes strat&eacute;gies de retrait par le BCG ont &eacute;t&eacute; propos&eacute;s. Dans la pr&eacute;sente &eacute;tude, nous ont enregistr&eacute;es donn&eacute;es EEG de quatre participants dans trois diff&eacute;rents scanners IRM avec des intensit&eacute;s de champ de 1,5, 3, 7 T, dans le but d&#39;enqu&ecirc;ter sur l&#39;impact de l&#39;intensit&eacute; du champ magn&eacute;tique statique sur l&#39;artefact de BCG et l&#39;analyse en composantes ind&eacute;pendantes (ACI). Les r&eacute;sultats confirment que l&#39;amplitude de l&#39;artefact de BCG est fonction de l&#39;intensit&eacute; du champ magn&eacute;tique statique. Par ailleurs, la variabilit&eacute; spatiale de l&#39;artefact de BCG a consid&eacute;rablement augment&eacute; &agrave; plus de champs magn&eacute;tique. Une comparaison de l&#39;ICA avant et apr&egrave;s correction de BCG canal a r&eacute;v&eacute;l&eacute; que les composants ind&eacute;pendants typiques pouvaient &ecirc;tre identifi&eacute;es plus facilement lorsque l&#39;ICA a &eacute;t&eacute; appliqu&eacute;e apr&egrave;s correction de BCG canal. Une analyse plus approfondie des enregistrements EEG et &eacute;lectrocardiogramme pointe vers la contribution d&#39;au moins deux diff&eacute;rents processus &agrave; l&#39;origine de la BCG, qui sont d&#39;une part les mouvement de sang ou de la rotation axiale de la t&ecirc;te et le mouvement d&#39;&eacute;lectrode sites lat&eacute;rale de la t&ecirc;te sur l&#39;autre. Cela est r&eacute;sum&eacute; dans un mod&egrave;le pr&eacute;liminaire de BCG qui peut-&ecirc;tre aider &agrave; expliquer les incoh&eacute;rences r&eacute;centes quant &agrave; l&#39;utilit&eacute; du CIA pour l&#39;enl&egrave;vement de BCG. Il peut &eacute;galement guider le d&eacute;veloppement futur des proc&eacute;dures d&#39;&eacute;loignement plus avanc&eacute;s par le BCG.

Propri&eacute;t&eacute;s de l&#39;artefact ballistocardiogramme telle que r&eacute;v&eacute;l&eacute;e par les enregistrements EEG &agrave; 1,5, 3 &agrave; 7 T statique champ magn&eacute;tique.

Dati elettroencefalogramma (EEG) registrati simultaneamente con risonanza magnetica funzionale (fMRI) soffrono di gravi artefatti. Il manufatto ballistocardiogram (BCG) in particolare &egrave; ancora poco conosciuto e sono state proposte diverse strategie di rimozione di BCG. Nel presente studio, sono stati registrati dati EEG da quattro partecipanti in tre diversi scanner MRI con l&#39;intensit&agrave; di campo di 1,5, 3 e 7 T, con lo scopo di indagare l&#39;impatto della resistenza del campo magnetico statica sul manufatto BCG e analisi delle componenti indipendenti (ICA). I risultati confermano che l&#39;ampiezza del manufatto BCG &egrave; funzione della resistenza del campo magnetico statica. Inoltre, la variabilit&agrave; spaziale del manufatto BCG aumentato sostanzialmente pi&ugrave; alte resistenze del campo magnetico. Un confronto di ICA prima e dopo la correzione di BCG channel-wise rivelato che componenti indipendenti tipici potrebbero essere pi&ugrave; facilmente identificati quando ICA &egrave; stata applicata dopo la correzione di BCG channel-wise. Un&#39;ulteriore analisi di registrazioni EEG ed elettrocardiogramma punti verso il contributo di almeno due diversi processi di origine del BCG, che sono sangue movimento o rotazione assiale della testa da un lato e movimento elettrodo presso siti laterale della testa di altro. Questo &egrave; riassunto in un modello BCG preliminare che potrebbe aiutare a spiegare il recente incongruenze per quanto riguarda l&#39;utilit&agrave; di ICA per la rimozione di BCG. Pu&ograve; guidare anche il futuro sviluppo delle pi&ugrave; avanzate procedure di rimozione di BCG.

Propriet&agrave; del manufatto ballistocardiogram come rivelato da registrazioni dell&#39;EEG a 1,5, 3 e 7 T statico resistenza del campo magnetico.

The simultaneous application of functional MRI and EEG represents an attractive, non-invasive technique for the combined measurement of electrical and haemodynamic activity in the human brain. Simultaneous EEG/fMRI provides a brain imaging modality with millimeter spatial accuracy, and millisecond temporal resolution. However, simultaneously acquired measurements are difficult due to the artifacts that are induced in the EEG by both the temporally varying field gradients used in MRI, and also blood flow effects. In this paper we apply an EEG beamformer spatial filter to EEG data recorded simultaneously with fMRI. We show, using this technique, that it is possible to localise accurately electrical effects in the brain, and that the localisation of driven oscillatory responses in the human visual cortex are spatially co-incident with the fMRI BOLD response. We also show how the beamformer can be used to extract timecourses of electrical activity from areas of interest in the brain. Such timecourses have millisecond time resolution. Finally, we show that in addition to source localisation, the beamformer spatial filter acts to reject interference in EEG signals, thus increasing the effective signal to noise ratio of electrical measurements. We show that the EEG-beamformer can eliminate effectively the ballistocardiogram artifact as well as residual gradient artifacts that remain in EEG data following correction using averaged artifact subtraction techniques.

Simultaneous EEG source localisation and artifact rejection during concurrent fMRI by means of spatial filtering.

L&#39;application simultan&eacute;e de MRI fonctionnel et l&#39;EEG repr&eacute;sente une technique s&eacute;duisante, non invasive pour le combin&eacute; de mesure &eacute;lectrique et h&eacute;modynamiques activit&eacute; dans le cerveau humain. EEG simultan&eacute;/IRMf fournit un cerveau modalit&eacute; d&#39;imagerie avec millim&egrave;tre pr&eacute;cision spatiale et r&eacute;solution temporelle de milliseconde. Toutefois, les mesures acquises en m&ecirc;me temps sont difficiles en raison des artefacts qui sont induits dans l&#39;EEG par les deux variables dans le temps les gradients champ utilis&eacute;s en IRM et effets de l&#39;&eacute;coulement de sang aussi. Dans cet article, nous appliquons un filtre spatial du faisceau EEG aux donn&eacute;es EEG enregistr&eacute;es simultan&eacute;ment avec l&#39;IRMf. Nous montrons, &agrave; l&#39;aide de cette technique, qu&#39;il est possible de localiser les effets avec pr&eacute;cision &eacute;lectriques dans le cerveau, et que la localisation des r&eacute;ponses d&#39;oscillatoires entra&icirc;n&eacute;es dans le cortex visuel humain sont spatialement co&iuml;ncidents avec la r&eacute;ponse &quot;BOLD&quot; de l&#39;IRMf. Nous montrons aussi comment le faisceau peut &ecirc;tre utilis&eacute; pour extraire les timecourses de l&#39;activit&eacute; &eacute;lectrique des zones d&#39;int&eacute;r&ecirc;t dans le cerveau. Ces timecourses ont une r&eacute;solution temporelle milliseconde. Enfin, nous montrons que, en plus de la localisation de la source, le filtre spatial faisceau agit pour rejeter les interf&eacute;rences de signaux EEG, augmentant ainsi l&#39;efficacit&eacute; rapport signal sur bruit de mesures &eacute;lectriques. Nous montrons que l&#39;EEG-faisceau peut &eacute;liminer efficacement l&#39;artefact ballistocardiogramme comme des artefacts d&eacute;grad&eacute;s bien comme r&eacute;siduels qui restent dans les donn&eacute;es EEG suite &agrave; l&#39;aide de la correction en moyenne techniques de soustraction d&#39;artefact.

Simultan&eacute;e EEG source localisation et artefact rejet au cours de l&#39;IRMf simultan&eacute;e au moyen de filtrage spatial.

L&#39;applicazione simultanea di functional MRI ed EEG rappresenta una tecnica non invasiva, attraente per la misurazione combinata di elettrico e l&#39;attivit&agrave; di emodinamica nel cervello umano. Simultanee EEG/fMRI fornisce un brain imaging modalit&agrave; con millimetrica precisione spaziale e risoluzione temporale di millisecondo. Tuttavia, misurazioni contemporaneamente acquisite sono difficili a causa di artefatti che sono indotti in EEG da entrambi i gradienti di campo temporalmente variabili utilizzati in MRI e anche gli effetti del flusso di sangue. In questa carta applichiamo un filtro spaziale di EEG beamformer di dati EEG registrati simultaneamente con fMRI. Vi mostriamo, utilizzando questa tecnica, che &egrave; possibile localizzare con precisione elettrici effetti nel cervello, e che la localizzazione delle risposte oscillatorie guidate nella corteccia visiva umana sono spazialmente oblique con la risposta BOLD fMRI. Mostriamo anche come il beamformer pu&ograve; essere utilizzato per estrarre timecourses dell&#39;attivit&agrave; elettrica da aree di interesse per il cervello. Tali timecourses hanno risoluzione temporale di millisecondo. Infine, ci mostra che oltre alla localizzazione della sorgente, il filtro spaziale beamformer agisce per respingere le interferenze dei segnali EEG, aumentando cos&igrave; l&#39;efficace signal to noise ratio delle misure elettriche. Dimostriamo che l&#39;EEG-beamformer pu&ograve; eliminare efficacemente l&#39;artefatto ballistocardiogram come bene come residui gradienti artefatti che rimangono nei dati EEG dopo correzione utilizzando tecniche di sottrazione artefatto in media.

Simultaneo EEG fonte localizzazione e artefatto rifiuto durante la fMRI simultanee tramite filtraggio spaziale.

To demonstrate that two methodological developments (synchronization of the MR scanner and electroencephalography [EEG] clocks and use of the scanner's vectorcardiogram [VCG]) improve the quality of EEG data recorded in combined EEG/functional MRI experiments in vivo.

Improved artifact correction for combined electroencephalography/functional MRI by means of synchronization and use of vectorcardiogram recordings.

Pour d&eacute;montrer que les deux d&eacute;veloppements m&eacute;thodologiques (synchronisation des horloges d&#39;&eacute;lectroenc&eacute;phalographie [EEG] et M. scanner) et l&#39;utilisation des vectorcardiogramme du scanner [VCG] am&eacute;liorer la qualit&eacute; de l&#39;EEG donn&eacute;es enregistr&eacute;es en combin&eacute; EEG/MRI fonctionnel d&#39;exp&eacute;riences in vivo.

Correction d&#39;artefact am&eacute;lior&eacute;e pour combin&eacute; &eacute;lectroenc&eacute;phalographie/functional MRI au moyen de la synchronisation et l&#39;utilisation d&#39;enregistrements vectorcardiogramme.

Per dimostrare che due sviluppi metodologici (sincronizzazione del signor scanner e gli orologi elettroencefalografia [EEG]) e l&#39;uso di vectorcardiogram dello scanner [VCG] migliorano la qualit&agrave; dell&#39;EEG dati registrati in combinato EEG/functional MRI esperimenti in vivo.

Artefatto migliore correzione per combinato elettroencefalografia/functional MRI mediante sincronizzazione e di uso di registrazioni di vectorcardiogram.

This paper investigates the application of source reconstruction methodologies to EEG data recorded in concurrent EEG/fMRI experiments at 7T. An EEG phantom containing a dipolar current source is described and used to investigate the accuracy of source localisation. Both dipole fitting and beamformer algorithms are shown to yield accurate locations for the dipole within the phantom. Source reconstruction methodologies are also shown to reduce significantly the level of interference in the recorded EEG, caused by the MR scanner. A comparison between beamformer and dipole fitting approaches is made and it is shown that, due to its adaptive weighting parameters, the beamformer provides better suppression of interference when compared to the dipole fit. In addition it is shown that, in the case of the beamformer, use of a high EEG channel density improves the level of interference reduction, and the ratio of measured signal to interference can be improved by a factor of approximately 1.6 if the number of EEG electrodes is increased from 32 to 64. The interference reduction properties of source localisation are shown theoretically, in simulation, and in phantom data. Finally, in-vivo experiments conducted at 7T show that effects in the gamma band can be recorded using simultaneous EEG/fMRI. These results are achieved by application of beamformer methodology to 64 channel EEG data.

Source localisation in concurrent EEG/fMRI: applications at 7T.

Cet article &eacute;tudie l&#39;application de m&eacute;thodes de reconstruction de source de donn&eacute;es EEG enregistr&eacute;es dans des exp&eacute;riences d&#39;EEG/IRMf simultan&eacute;es &agrave; 7 T. Un EEG fant&ocirc;me contenant une source de courant dipolaire est d&eacute;crite et utilis&eacute; pour &eacute;tudier la pr&eacute;cision de la localisation de la source. Les deux algorithmes de raccord et faisceau du dip&ocirc;le sont indiqu&eacute;es pour donner &agrave; des endroits pr&eacute;cis pour le dip&ocirc;le dans le fant&ocirc;me. M&eacute;thodes de reconstruction de source sont &eacute;galement indiqu&eacute;s pour r&eacute;duire de mani&egrave;re significative le niveau d&#39;interf&eacute;rence de l&#39;EEG enregistr&eacute;, caus&eacute;e par le scanner de Monsieur. On fait une comparaison entre le faisceau et dip&ocirc;le raccord approches et on montre que, en raison de ses param&egrave;tres de pond&eacute;ration adaptative, le faisceau fournit mieux suppression des parasites par rapport au dip&ocirc;le s&#39;adapter. En outre, il est d&eacute;montr&eacute; que, dans le cas du faisceau, utilisation d&#39;une haute densit&eacute; de canaux EEG permet d&#39;accro&icirc;tre le niveau de r&eacute;duction de l&#39;ing&eacute;rence, et le rapport du signal mesur&eacute; &agrave; l&#39;interf&eacute;rence peut &ecirc;tre am&eacute;lior&eacute; par un facteur d&#39;environ 1.6 si le nombre d&#39;&eacute;lectrodes de l&#39;EEG est pass&eacute; de 32 &agrave; 64. Les propri&eacute;t&eacute;s de r&eacute;duction des interf&eacute;rences de la localisation de la source sont montr&eacute;es th&eacute;oriquement, en simulation et &agrave; des donn&eacute;es fant&ocirc;mes. Enfin, des exp&eacute;riences in vivo men&eacute;es &agrave; 7 t montrent que les effets dans la bande de gamma peuvent &ecirc;tre enregistr&eacute;es l&#39;utilisation simultan&eacute;e d&#39;EEG/IRMf. Ces r&eacute;sultats sont obtenus en application de la m&eacute;thodologie de faisceau &agrave; 64 canaux donn&eacute;es EEG.

Localisation de la source en EEG/IRMf simultan&eacute;e : applications &agrave; 7 T.

Questo libro indaga l&#39;applicazione di metodologie di ricostruzione di fonte di dati EEG registrati in simultanei EEG/fMRI esperimenti a 7 T. Un EEG fantasma che contiene una fonte di corrente dipolare &egrave; descritta e utilizzato per indagare l&#39;accuratezza della localizzazione della sorgente. Gli algoritmi di raccordo e beamformer entrambi dipolo sono mostrati a cedere posizioni precise per il dipolo entro il fantasma. Metodologie di ricostruzione di origine sono anche dimostrati di ridurre significativamente il livello di interferenza nell&#39;EEG registrato, causate da scanner di MR. Viene fatto un confronto tra beamformer e dipolo raccordo approcci e si &egrave; dimostrato che, a causa dei suoi parametri di ponderazione adattivo, il beamformer fornisce migliore soppressione di interferenze rispetto al dipolo fit. Inoltre &egrave; dimostrato che, nel caso il beamformer, uso di un&#39;alta densit&agrave; di canali EEG migliora il livello di riduzione interferenze, e il rapporto del segnale misurato a interferenza pu&ograve; essere migliorato da un fattore di circa 1.6 se il numero di elettrodi EEG &egrave; aumentato da 32 a 64. Le propriet&agrave; di riduzione interferenze di localizzazione di origine vengono mostrate teoricamente, nella simulazione e nei dati fantasma. Infine, gli esperimenti in vivo condotti a 7T mostrano effetti nella banda gamma possono essere registrati utilizzando simultanee EEG/fMRI. Questi risultati sono ottenuti dall&#39;applicazione della metodologia beamformer a 64 canali dati EEG.

Localizzazione di sorgente in simultanee EEG/fMRI: applicazioni a 7 T.

Implementation of concurrent functional magnetic resonance imaging (fMRI) and electroencephalography (EEG) recording results in the generation of large artefacts that can compromise the quality of EEG data. While much effort has been devoted towards studying the temporal variation of the artefact waveforms produced by time-varying magnetic field gradients, the spatial variation of the artefact voltage across EEG leads has not previously been investigated in any depth. The aim of this work is to develop an improved understanding of the spatial characteristics of the gradient artefacts and the mechanism which underlies their generation. This paper therefore presents physical models of the artefacts produced by the temporally-varying magnetic field gradients required for MRI. Novel analytic expressions for the artefact voltage that account for realistic shifts and rotations of the human head were calculated from electromagnetic theory, assuming a spherical, homogeneous head and longitudinal wirepaths for the EEG cap. These were then corroborated by comparison with numerical simulations using actual EEG wirepaths and with experimental measurements on an agar phantom and human head. The numerical simulations produced accurate reproductions of experimentally measured spatial patterns for both the spherical phantom and human head in a variety of orientations and gradient fields; correlation coefficients were as high as 0.98 for the phantom and 0.95 for the human head. Furthermore, it was determined that artefact voltages for both longitudinal and transverse gradients could be decreased by adjusting the subject's axial position with respect to the gradient coils. The accuracy of the modelled spatial maps along with the ability to model gradient artefacts for any given head orientation are a step towards developing improved artefact correction algorithms that incorporate motion tracking of the subject and selective filtering based on calculated spatial artefact templates, leading to greater fidelity in simultaneous EEG/fMRI data.

Understanding gradient artefacts in simultaneous EEG/fMRI.

Mise en &oelig;uvre de simultan&eacute;es imagerie de r&eacute;sonance magn&eacute;tique fonctionnelle (IRMf) et l&#39;enregistrement de l&#39;&eacute;lectroenc&eacute;phalographie (EEG) entra&icirc;ne la g&eacute;n&eacute;ration de grands objets qui peuvent compromettre la qualit&eacute; des donn&eacute;es de l&#39;EEG. Tandis que beaucoup d&#39;efforts ont &eacute;t&eacute; consacr&eacute; &agrave; l&#39;&eacute;tude de la variation temporelle des formes d&#39;onde artefact produites par instationnaire des gradients de champ magn&eacute;tique, la variation spatiale de la tension de l&#39;artefact travers fils d&#39;EEG n&#39;a jamais &eacute;t&eacute; &eacute;tudi&eacute;e en profondeur. L&#39;objectif de ce travail est de d&eacute;velopper une meilleure compr&eacute;hension des caract&eacute;ristiques spatiales des objets d&eacute;grad&eacute;s et le m&eacute;canisme qui sous-tend leur g&eacute;n&eacute;ration. Cet article pr&eacute;sente donc les mod&egrave;les physiques des objets fabriqu&eacute;s par les gradients de champ magn&eacute;tique variable dans le temps requis pour l&#39;IRM. Nouvelles expressions analytiques pour la tension de l&#39;artefact qui tiennent compte des changements r&eacute;alistes et rotations de la t&ecirc;te humaine ont &eacute;t&eacute; calcul&eacute;es &agrave; partir de th&eacute;orie &eacute;lectromagn&eacute;tique, en supposant une t&ecirc;te sph&eacute;rique, homog&egrave;ne et wirepaths longitudinale pour la PAC de l&#39;EEG. Ceux-ci ont &eacute;t&eacute; corrobor&eacute;es puis par comparaison avec des simulations num&eacute;riques &agrave; l&#39;aide de r&eacute;elles EEG wirepaths et avec les mesures exp&eacute;rimentales sur une t&ecirc;te de fant&ocirc;me et humaine d&#39;agar. Les simulations num&eacute;riques produites des reproductions exactes de mesur&eacute;es exp&eacute;rimentalement spatiaux pour le fant&ocirc;me sph&eacute;rique et une t&ecirc;te humaine dans une s&eacute;rie d&#39;orientations et de champs de gradients ; coefficients de corr&eacute;lation &eacute;taient aussi &eacute;lev&eacute;s que 0,98 pour le fant&ocirc;me et 0,95 pour la t&ecirc;te humaine. En outre, il a &eacute;t&eacute; d&eacute;termin&eacute; que les tensions de l&#39;artefact pour les gradients longitudinaux et transverses pourraient &ecirc;tre limit&eacute;es en ajustant la position axiale du sujet en ce qui concerne les bobines de gradient. La pr&eacute;cision des cartes spatiales mod&eacute;lis&eacute;es ainsi que la possibilit&eacute; de mod&eacute;liser des objets de d&eacute;grad&eacute; pour n&#39;importe quelle orientation t&ecirc;te donn&eacute;e sont une &eacute;tape vers l&#39;&eacute;laboration d&#39;algorithmes de correction d&#39;artefact am&eacute;lior&eacute;e qui incorporent le suivi de mouvement du sujet et filtrage s&eacute;lectif bas&eacute;s sur des mod&egrave;les de l&#39;artefact spatiale calcul&eacute;e, conduisant &agrave; une plus grande fid&eacute;lit&eacute; dans les donn&eacute;es EEG/IRMf simultan&eacute;es.

Comprendre le gradients artefacts dans EEG simultan&eacute;/IRMf.

Implementazione simultanea risonanza magnetica funzionale (fMRI) e registrazione elettroencefalografia (EEG) provoca la generazione di grandi manufatti che possono compromettere la qualit&agrave; dei dati EEG. Mentre molto sforzo &egrave; stato dedicato verso studiando la variazione temporale di forme d&#39;onda manufatto prodotto da gradienti di campo magnetico variabile nel tempo, la variazione spaziale della tensione attraverso cavi EEG manufatto ha non precedentemente studiata a qualsiasi profondit&agrave;. Lo scopo di questo lavoro &egrave; quello di sviluppare una migliore comprensione delle caratteristiche spaziali dei manufatti i gradienti e il meccanismo che sottende la loro generazione. Questo libro presenta quindi modelli fisici dei manufatti prodotti dai gradienti di campo magnetico variabile temporaneamente necessari per MRI. Romanzo espressioni analitiche per la tensione del manufatto che rappresentano il realistici spostamenti e rotazioni della testa umana sono state calcolate dalla teoria elettromagnetica, assumendo una testa sferica, omogeneo e wirepaths longitudinale per la PAC di EEG. Queste furono poi corroborate dal confronto con simulazioni numeriche utilizzando effettivo EEG wirepaths e con le misure sperimentali su una testa di fantasma e umana di agar. Le simulazioni numeriche prodotte accurate riproduzioni di modelli spaziali misurate sperimentalmente per il fantasma sferica e la testa umana in una variet&agrave; di orientamenti e campi gradiente; i coefficienti di correlazione sono alti come 0,98 per il phantom e 0,95 per la testa umana. Inoltre, &egrave; stato determinato che tensioni di manufatto per gradienti sia longitudinale che trasversale potrebbero essere ridotto di regolazione posizione assiale del soggetto per quanto riguarda le bobine di gradiente. La precisione delle mappe spaziali modellate insieme con la capacit&agrave; di modellare il gradiente manufatti per qualsiasi dato orientamento testa sono un passo verso lo sviluppo di algoritmi di correzione migliorata manufatto che incorporano il rilevamento di movimento del soggetto e filtraggio selettivo basati su modelli calcolato artefatto spaziale, che porta a una maggiore fedelt&agrave; in simultanei dei dati EEG/fMRI.

Comprensione gradiente manufatti in simultanea EEG/fMRI.

The collection of electroencephalography (EEG) data during simultaneous functional magnetic resonance imaging (fMRI) is impeded by large artefacts in the EEG recordings, with the pulse artefact (PA) being particularly challenging because of its persistence even after application of artefact correction algorithms. Despite several possible causes of the PA having been hypothesized, few studies have rigorously quantified the contributions from the different putative sources. This article presents analytic expressions and simulations describing two possible sources of the PA corresponding to different movements in the strong static field of the MR scanner: cardiac-pulse-driven head rotation and blood-flow-induced Hall voltages. Models of head rotation about a left-right axis and flow in a deep artery running in the anterior-posterior direction reproduced properties of the PA including the left/right spatial variation of polarity. Of these two sources, head rotation was shown to be the most likely source of the PA with simulated magnitudes of >200 muV being generated at 3 T, similar to the in vivo PA magnitudes, for an angular velocity of just 0.5 degrees /s. Smaller artefact voltages of less than 10 muV were calculated for flow in a model artery with physical characteristics similar to the internal carotid artery. A deeper physical understanding of the PA is a key step in working toward production of higher fidelity EEG/fMRI data: analytic expressions for the artefact voltages can guide a redesign of the wiring layout on EEG caps to minimize intrinsic artefact pickup, while simulated artefact maps could be incorporated into selective filters.

Physical modeling of pulse artefact sources in simultaneous EEG/fMRI.

La collecte des donn&eacute;es de l&#39;&eacute;lectroenc&eacute;phalographie (EEG) au cours de la simultan&eacute;e imagerie de r&eacute;sonance magn&eacute;tique fonctionnelle (IRMf) est entrav&eacute;e par gros objets dans les enregistrements EEG, avec l&#39;artefact d&#39;impulsion (PA) &eacute;tant particuli&egrave;rement difficile en raison de sa persistance m&ecirc;me apr&egrave;s application des algorithmes de correction d&#39;artefact. Malgr&eacute; plusieurs causes possibles de l&#39;autorit&eacute; palestinienne ayant &eacute;mis l&#39;hypoth&egrave;se, peu d&#39;&eacute;tudes ont rigoureusement quantifi&eacute;s les contributions des diff&eacute;rentes sources putatives. Cet article pr&eacute;sente des simulations d&eacute;crivant deux sources possibles de l&#39;autorit&eacute; palestinienne et les expressions analytiques correspondant aux diff&eacute;rents mouvements dans le champ statique fort du scanner M. : rotation de la t&ecirc;te ax&eacute;e sur le pouls cardiaque et induite par le flux sanguin des tensions de Hall. Mod&egrave;les de rotation de la t&ecirc;te sur un axe gauche-droite et de la circulation dans une art&egrave;re profonde, tourne dans le sens ant&eacute;ro-post&eacute;rieur reproduit les propri&eacute;t&eacute;s de l&#39;autorit&eacute; palestinienne, y compris la variation spatiale gauche/droite de polarit&eacute;. De ces deux sources, rotation de la t&ecirc;te s&#39;est av&eacute;r&eacute;e &ecirc;tre la source la plus probable de l&#39;autorit&eacute; palestinienne avec des amplitudes simul&eacute;s des &gt; muV 200 &agrave; 3 T, similaire &agrave; la magnitude de PA in vivo, pour une vitesse angulaire de seulement 0,5 degr&eacute;s /s. artefact petite tensions de moins de 10 muV ont &eacute;t&eacute; calcul&eacute;es pour l&#39;&eacute;coulement dans une art&egrave;re de mod&egrave;le avec des caract&eacute;ristiques physiques similaires &agrave; l&#39;art&egrave;re carotide interne. Une meilleure compr&eacute;hension physique de l&#39;autorit&eacute; palestinienne est une &eacute;tape cl&eacute; dans travailler &agrave; la production d&#39;une meilleure fid&eacute;lit&eacute; donn&eacute;es EEG/IRMf : expressions analytiques pour les tensions de l&#39;artefact peuvent guider une refonte de la pr&eacute;sentation de c&acirc;blage sur les caps d&#39;EEG de minimiser les pick-up artefact intrins&egrave;que, tandis que simul&eacute;e artefact cartes pourraient &ecirc;tre incorpor&eacute;es dans des filtres s&eacute;lectifs.

Mod&eacute;lisation physique des sources artefact impulsion en simultan&eacute; EEG/IRMf.

La raccolta dei dati di elettroencefalografia (EEG) durante la simultanea risonanza magnetica funzionale (fMRI) &egrave; ostacolata da grandi manufatti nelle registrazioni EEG, con il manufatto di impulso (PA) essendo particolarmente impegnativo a causa della sua persistenza anche dopo l&#39;applicazione di algoritmi di correzione del manufatto. Nonostante diverse possibili cause della PA avendo ipotizzato, pochi studi hanno quantificato rigorosamente i contributi da diverse fonti putative. Questo articolo presenta espressioni analitiche e simulazioni che descrive due possibili fonti della PA corrispondenti ai diversi movimenti in campo statico forte dello scanner Signor: rotazione testa cardiaco-impulso-driven e tensioni Hall indotta dal flusso di sangue. Modelli di rotazione della testa su un asse sinistra-destra e il flusso in un&#39;arteria profonda in esecuzione in direzione antero-posteriore riprodotto propriet&agrave; della PA compresa la variazione spaziale sinistra/destra di polarit&agrave;. Di queste due fonti, rotazione della testa ha dimostrato di essere la fonte pi&ugrave; probabile della PA con magnitudo simulato di &amp;gt; 200 muV generato a 3 T, simili alle magnitudini PA in vivo, per una velocit&agrave; angolare di soli 0,5 gradi /s. manufatto pi&ugrave; piccola tensioni di muV meno di 10 sono stati calcolati per il flusso in un&#39;arteria modello con caratteristiche fisiche simili all&#39;arteria carotide interna. Una pi&ugrave; profonda comprensione fisica della PA &egrave; un passo fondamentale nel lavoro verso la produzione di una maggiore fedelt&agrave; dei dati EEG/fMRI: espressioni analitiche per le tensioni di manufatto possono guidare una riprogettazione del layout cablaggi su tappi di EEG per minimizzare pickup intrinseche del manufatto, mentre il manufatto simulato mappe potrebbero essere incorporati in filtri selettivi.

Modellazione fisica delle fonti artefatto impulso in simultanea EEG/fMRI.

Large artefacts that compromise EEG data quality are generated when electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) are carried out concurrently. The gradient artefact produced by the time-varying magnetic field gradients is the largest of these artefacts. Although average artefact correction (AAS) and related techniques can remove the majority of this artefact, the need to avoid amplifier saturation necessitates the use of a large dynamic range and strong low-pass filtering in EEG recording. Any intrinsic reduction in the gradient artefact amplitude would allow data with a higher bandwidth to be acquired without amplifier saturation, thus increasing the frequency range of neuronal activity that can be investigated using combined EEG-fMRI. Furthermore, gradient artefact correction methods assume a constant artefact morphology over time, so their performance is compromised by subject movement. Since the resulting, residual gradient artefacts can easily swamp signals from brain activity, any reduction in their amplitude would be highly advantageous for simultaneous EEG-fMRI studies. The aim of this work was to investigate whether adjustment of the subject's axial position in the MRI scanner can reduce the amplitude of the induced gradient artefact, before and after artefact correction using AAS. The variation in gradient artefact amplitude as a function of the subject's axial position was first investigated in six subjects by applying gradient pulses along the three Cartesian axes. The results of this study showed that a significant reduction in the gradient artefact magnitude can be achieved by shifting the subject axially by 4 cm towards the feet relative to the standard subject position (nasion at iso-centre). In a further study, the 4-cm shift was shown to produce a 40% reduction in the RMS amplitude (and a 31% reduction in the range) of the gradient artefact generated during the execution of a standard multi-slice, EPI sequence. By picking out signals occurring at harmonics of the slice acquisition frequency, it was also shown that the 4-cm shift led to a 36% reduction in the residual gradient artefact after AAS. Functional and anatomical MR data quality is not affected by the 4-cm shift, as the head remains in the homogeneous region of the static magnet field and gradients.

Reducing the gradient artefact in simultaneous EEG-fMRI by adjusting the subject's axial position.

Grands objets de compromettre la qualit&eacute; des donn&eacute;es EEG sont g&eacute;n&eacute;r&eacute;es lorsque l&#39;&eacute;lectroenc&eacute;phalographie (EEG) et l&#39;imagerie par r&eacute;sonance magn&eacute;tique fonctionnelle (IRMf) sont effectu&eacute;s simultan&eacute;ment. L&#39;artefact gradient produite par les gradients de champ magn&eacute;tique-variables dans le temps est le plus important de ces artefacts. Bien que moyenne correction d&#39;artefact (AAS) et les techniques connexes peuvent supprimer la majorit&eacute; de cet artefact, la n&eacute;cessit&eacute; d&#39;&eacute;viter la saturation de l&#39;amplificateur n&eacute;cessite l&#39;utilisation d&#39;une large gamme dynamique et forte passe-bas de filtrage dans l&#39;enregistrement de l&#39;EEG. Toute r&eacute;duction intrins&egrave;que de l&#39;amplitude du d&eacute;grad&eacute; artefact permettrait aux donn&eacute;es avec une bande passante sup&eacute;rieure &agrave; acqu&eacute;rir sans saturation de l&#39;amplificateur, ce qui augmente la bande passante de l&#39;activit&eacute; neuronale qui peut &ecirc;tre &eacute;tudi&eacute;e &agrave; l&#39;aide de combin&eacute; EEG-IRMf. En outre, m&eacute;thodes de correction d&#39;artefact gradient supposent une morphologie artefact constante au fil du temps, afin que leur performance est compromise par le mouvement du sujet. &Eacute;tant donn&eacute; que les objets de d&eacute;grad&eacute; qui en r&eacute;sulte, r&eacute;siduels peuvent facilement marais des signaux provenant de l&#39;activit&eacute; c&eacute;r&eacute;brale, toute r&eacute;duction de leur amplitude serait tr&egrave;s avantageuse pour les &eacute;tudes d&#39;IRMf-EEG simultan&eacute;es. Le but de ce travail &eacute;tait d&#39;&eacute;tudier si r&eacute;glage de position axiale du sujet dans le scanner de MRI peut r&eacute;duire l&#39;amplitude de l&#39;artefact d&eacute;grad&eacute; induit, avant et apr&egrave;s correction d&#39;artefact &agrave; l&#39;aide d&#39;AAS. La variation en amplitude artefact d&eacute;grad&eacute; en fonction de la position axiale du sujet a d&#39;abord &eacute;tudi&eacute;e six sujets en appliquant des impulsions gradients le long des trois axes cart&eacute;siens. Les r&eacute;sultats de cette &eacute;tude ont montr&eacute; qu&#39;une r&eacute;duction significative de l&#39;amplitude du d&eacute;grad&eacute; artefact est possible en d&eacute;pla&ccedil;ant le sujet axialement par 4 cm vers les pieds par rapport &agrave; la position de l&#39;objet standard (nasion &agrave; iso-centre). Dans une autre &eacute;tude, le d&eacute;placement de 4 cm a &eacute;t&eacute; montr&eacute; pour produire une r&eacute;duction de 40 % de l&#39;amplitude de la RMS (et une r&eacute;duction de 31 % dans la gamme) de l&#39;artefact gradient g&eacute;n&eacute;r&eacute;e pendant l&#39;ex&eacute;cution d&#39;un ordre standard d&#39;EPI tomodensitom&eacute;trie. En choisissant les signaux qui se produisent &agrave; des harmoniques de la fr&eacute;quence d&#39;acquisition de tranche, on a aussi montr&eacute; que le d&eacute;placement de 4 cm a conduit &agrave; une r&eacute;duction de 36 % dans l&#39;artefact gradient r&eacute;siduel apr&egrave;s l&#39;AAS. Qualit&eacute; des donn&eacute;es anatomique et fonctionnelle Monsieur n&#39;est pas affect&eacute;e par le passage de 4 cm, la t&ecirc;te reste dans la r&eacute;gion homog&egrave;ne du champ magn&eacute;tique statique et d&eacute;grad&eacute;s.

R&eacute;duire l&#39;artefact d&eacute;grad&eacute; en IRMf-EEG simultan&eacute; en ajustant la position axiale du sujet.

Grandi manufatti che compromettono la qualit&agrave; dei dati EEG vengono generati quando elettroencefalografia (EEG) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) sono svolti contemporaneamente. Il gradiente manufatto prodotto dai gradienti di campo magnetico variabile nel tempo &egrave; il pi&ugrave; grande di questi manufatti. Anche se medio correzione del manufatto (AAS) e relative tecniche possono rimuovere la maggior parte di questo manufatto, la necessit&agrave; di evitare la saturazione dell&#39;amplificatore necessita l&#39;uso di un ampio intervallo dinamico e forte filtro passa-basso in registrazione EEG. Qualsiasi riduzione intrinseca in ampiezza sfumatura manufatto consentirebbe di dati con una maggiore larghezza di banda per essere acquisito senza saturazione dell&#39;amplificatore, aumentando cos&igrave; la gamma di frequenza di attivit&agrave; neuronale che pu&ograve; essere indagato mediante EEG-fMRI combinato. Inoltre, metodi di correzione del manufatto gradiente assumono una morfologia del manufatto costante nel tempo, cos&igrave; il loro rendimento &egrave; compromessa dal movimento del soggetto. Poich&eacute; i manufatti gradienti residui, risultanti possono facilmente palude segnali dall&#39;attivit&agrave; cerebrale, una riduzione della loro ampiezza sarebbe estremamente vantaggiosa per gli studi EEG-fMRI simultanei. Lo scopo di questo lavoro era di indagare se regolazione della posizione assiale del soggetto nello scanner MRI pu&ograve; ridurre l&#39;ampiezza del manufatto gradiente indotto, prima e dopo la correzione del manufatto mediante AAS. La variazione in ampiezza sfumatura manufatto in funzione della posizione assiale del soggetto in primo luogo &egrave; stata studiata in sei soggetti applicando impulsi di gradienti lungo i tre assi cartesiani. I risultati di questo studio hanno mostrato che una riduzione significativa in grandezza il manufatto sfumatura pu&ograve; essere raggiunto spostando il soggetto assialmente da 4 cm verso i piedi rispetto alla posizione standard soggetto (nasion iso-centro). In un ulteriore studio, il passaggio 4-cm ha dimostrato di produrre una riduzione del 40% in ampiezza RMS (e una riduzione del 31% nel range) del manufatto gradiente generato durante l&#39;esecuzione di una sequenza EPI multistrata, standard. Scegliendo i segnali che si verificano alle armoniche della frequenza di acquisizione della fetta, &egrave; stato anche dimostrato che lo spostamento di 4 cm ha portato a una riduzione del 36% nel manufatto gradiente residuo dopo AAS. Anatomica e funzionale dell&#39;onorevole qualit&agrave; dei dati non &egrave; influenzata tramite lo spostamento di 4 cm, come il testa rimane nella regione omogenea del campo magnetico statico e sfumature.

Riducendo il gradiente manufatto in simultanea EEG-fMRI regolando la posizione assiale del soggetto.

The simultaneous acquisition and subsequent analysis of EEG and fMRI data is challenging owing to increased noise levels in the EEG data. A common method to integrate data from these two modalities is to use aspects of the EEG data, such as the amplitudes of event-related potentials (ERP) or oscillatory EEG activity, to predict fluctuations in the fMRI data. However, this relies on the acquisition of high quality datasets to ensure that only the correlates of neuronal activity are being studied. In this study, we investigate the effects of head-motion-related artefacts in the EEG signal on the predicted T2*-weighted signal variation. We apply our analyses to two independent datasets: 1) four participants were asked to move their feet in the scanner to generate small head movements, and 2) four participants performed an episodic memory task. We created T2*-weighted signal predictors from indicators of abrupt head motion using derivatives of the realignment parameters, from visually detected artefacts in the EEG as well as from three EEG frequency bands (theta, alpha and beta). In both datasets, we found little correlation between the T2*-weighted signal and EEG predictors that were not convolved with the canonical haemodynamic response function (cHRF). However, all convolved EEG predictors strongly correlated with the T2*-weighted signal variation in various regions including the bilateral superior temporal cortex, supplementary motor area, medial parietal cortex and cerebellum. The finding that movement onset spikes in the EEG predict T2*-weighted signal intensity only when the time course of movements is convolved with the cHRF, suggests that the correlated signal might reflect a BOLD response to neural activity associated with head movement. Furthermore, the observation that broad-spectral EEG spikes tend to occur at the same time as abrupt head movements, together with the finding that abrupt movements and EEG spikes show similar correlations with the T2*-weighted signal, indicates that the EEG spikes are produced by abrupt movement and that continuous regressors of EEG oscillations contain motion-related noise even after stringent correction of the EEG data. If not properly removed, these artefacts complicate the use of EEG data as a predictor of T2*-weighted signal variation.

Motion-related artefacts in EEG predict neuronally plausible patterns of activation in fMRI data.

L&#39;acquisition simultan&eacute;e et l&#39;analyse subs&eacute;quente des donn&eacute;es EEG et l&#39;IRMf est difficile en raison de bruits d&eacute;sagr&eacute;ables dans les donn&eacute;es de l&#39;EEG. Une m&eacute;thode commune pour int&eacute;grer des donn&eacute;es provenant de ces deux modalit&eacute;s consiste &agrave; utiliser des aspects des donn&eacute;es EEG, tels que les amplitudes des potentiels li&eacute;s &agrave; l&#39;&eacute;v&eacute;nement (ERP) ou de l&#39;activit&eacute; EEG oscillatoire, de pr&eacute;dire les fluctuations dans les donn&eacute;es IRMf. Cependant, celle-ci repose sur l&#39;acquisition d&#39;ensembles de donn&eacute;es de haute qualit&eacute; pour s&#39;assurer que seulement les corr&eacute;lats de l&#39;activit&eacute; neuronale sont &agrave; l&#39;&eacute;tude. Dans cette &eacute;tude, nous &eacute;tudions les effets des artefacts li&eacute;s &agrave; t&ecirc;te-motion du signal EEG sur le T2 * pr&eacute;dit-pond&eacute;r&eacute;e en fonction du signal de variation. Nous appliquons nos analyses &agrave; deux s&eacute;ries de donn&eacute;es ind&eacute;pendantes: 1) quatre participants ont &eacute;t&eacute; invit&eacute;s &agrave; passer les pieds dans le scanner pour g&eacute;n&eacute;rer des petits mouvements de t&ecirc;te et 2) quatre participants ont effectu&eacute; une t&acirc;che de m&eacute;moire &eacute;pisodique. Nous avons cr&eacute;&eacute; T2 *-weighted pr&eacute;dicteurs de signal des indicateurs de brusques mouvements de la t&ecirc;te &agrave; l&#39;aide de produits d&eacute;riv&eacute;s des param&egrave;tres du r&eacute;alignement d&#39;objets d&eacute;tect&eacute;s visuellement de l&#39;EEG et de trois bandes de fr&eacute;quence EEG (theta, alpha et b&ecirc;ta). Dans les deux ensembles de donn&eacute;es, nous avons trouv&eacute; peu de corr&eacute;lation entre le T2 *-weighted signal et pr&eacute;dicteurs d&#39;EEG qui n&#39;&eacute;taient pas convol&eacute;s avec la fonction de r&eacute;ponse h&eacute;modynamique canonique (FCDP). Cependant, toute convol&eacute; pr&eacute;dicteurs d&#39;EEG fortement corr&eacute;l&eacute;s avec le T2 *-pond&eacute;r&eacute;e en fonction du signal de variation dans diverses r&eacute;gions, notamment bilat&eacute;raux cortex temporal sup&eacute;rieur, zone suppl&eacute;mentaire du moteur, cortex pari&eacute;tal m&eacute;dial et cervelet. La constatation que les crampons d&eacute;but mouvement dans l&#39;EEG pr&eacute;disent T2 *-intensit&eacute; du signal pond&eacute;r&eacute;e uniquement lorsque l&#39;&eacute;volution temporelle des mouvements est convol&eacute;e avec la FCDP, sugg&egrave;re que le signal de corr&eacute;lation pourrait refl&eacute;ter une r&eacute;ponse &quot;BOLD&quot; &agrave; l&#39;activit&eacute; neuronale associ&eacute;e aux mouvements de la t&ecirc;te. En outre, l&#39;observation que les pointes de large-spectre EEG ont tendance &agrave; se produire en m&ecirc;me temps que brusques mouvements de la t&ecirc;te, ainsi que de la constatation que les mouvements brusques et des pointes de EEG montrent des corr&eacute;lations similaires avec le T2 *-signal pond&eacute;r&eacute;, indique que les pointes de l&#39;EEG sont produites par mouvement brusque et que r&eacute;gresseurs continues d&#39;oscillations EEG contiennent le bruit li&eacute; au mouvement m&ecirc;me apr&egrave;s correction rigoureuse des donn&eacute;es EEG. Si pas correctement supprim&eacute;, ces artefacts compliquent l&#39;utilisation des donn&eacute;es de l&#39;EEG comme pr&eacute;dicteur de T2 *-pond&eacute;r&eacute;e en fonction du signal de variation.

Ax&eacute;s sur le mouvement des artefacts dans EEG pr&eacute;disent la voie plausible d&#39;activation en donn&eacute;es IRMf.

L&#39;acquisizione simultanea e successiva analisi di dati EEG e fMRI &egrave; impegnativo a causa di livelli di aumento del rumore nei dati dell&#39;EEG. Un metodo comune di integrare dati provenienti da queste due modalit&agrave; &egrave; quello di utilizzare gli aspetti dei dati EEG, come le ampiezze dei potenziali evento-correlati (ERP) o oscillatorio attivit&agrave; EEG, per prevedere le fluttuazioni nei dati fMRI. Tuttavia, questo si basa sull&#39;acquisizione di DataSet di alta qualit&agrave; per assicurare che solo la correla dell&#39;attivit&agrave; neuronale &egrave; in fase di studio. In questo studio, abbiamo indagare gli effetti della testa-movimento-correlati artefatti nel segnale EEG sul predetto T2 *-ponderata variazione del segnale. Applichiamo la nostra analisi a due set di dati indipendenti: 1) quattro partecipanti &egrave; sono chiesto di spostare i piedi nello scanner per generare piccoli movimenti della testa, e 2) quattro partecipanti eseguito un compito di memoria episodica. Abbiamo creato T2 *-weighted predittori di segnale da indicatori di brusco movimento testa utilizzando derivati dei parametri riallineamento, da manufatti visivamente rilevati nell&#39;EEG, come pure da tre bande di frequenza EEG (theta, alpha e beta). Nei due set di dati, abbiamo trovato poca correlazione tra il T2 *-weighted segnale e predittori di EEG che non erano convoluzione con la funzione di risposta emodinamica canoniche (cHRF). Tuttavia, tutti convoluzione predittori EEG fortemente correlate con il T2 *-ponderata variazione del segnale nelle varie regioni, tra cui la corteccia temporale superiore bilaterale, zona motore supplementare, mediale corteccia parietale e del cervelletto. La constatazione che il movimento insorgenza picchi nell&#39;EEG prevedono T2 *-intensit&agrave; segnale ponderata solo quando il corso del tempo dei movimenti &egrave; convoluzione con cHRF, suggerisce che il segnale correlato potrebbe riflettere una risposta BOLD all&#39;attivit&agrave; neurale associata con il movimento della testa. Inoltre, l&#39;osservazione che picchi di vasto-spettro EEG tendono a presentarsi allo stesso tempo come bruschi movimenti del capo, insieme con la constatazione che movimenti bruschi e picchi di EEG mostrano simili correlazioni con il T2 *-segnale ponderata, indica che i picchi di EEG sono prodotte da movimento brusco e che continui regressori delle oscillazioni EEG contengono rumore correlati a moto anche dopo correzione rigorosa dei dati EEG. Se non adeguatamente rimossi, questi manufatti complicano l&#39;uso di dati EEG come un predittore di T2 *-ponderata variazione del segnale.

Artefatti di movimento nel EEG prevedono neuronally plausibile pattern di attivazione in dati fMRI.

The subsequent memory paradigm, according to which cerebral activity for later remembered (LR) and later forgotten (LF) items is contrasted, can be used to characterize the processes necessary for successful memory encoding. Previous simultaneous electroencephalography/functional magnetic resonance imaging (EEG/fMRI) memory studies suggest an inverse relationship between frontal theta band power and the blood oxygenation level dependent (BOLD) signal in the default mode network (DMN). The principal aim of this EEG/fMRI study was to test the hypothesis that this putative theta-DMN relationship is less evident in LF compared with LR trials. Fourteen healthy participants performed an episodic memory task in which pictorial stimuli were presented during encoding, and categorized (as LR or LF) by subsequent memory performance. For each encoding trial, the mean of the Hilbert envelope of the theta signal from 400 to 800 ms after stimulus presentation was calculated. To integrate the EEG and fMRI data, general linear models (GLMs) were used to assess the extent to which these single-trial theta values (as modulators of the main effect of stimulus) predicted DMN BOLD signal change, using: (i) whole-head univariate GLMs and (ii) GLMs in which the outcome variable was the time-course of a DMN component derived from spatial independent component analysis of the fMRI data. Theta was significantly greater for LR than LF stimuli. Furthermore, the inverse relationship between theta and BOLD in the DMN was consistently stronger for LR than LF pictures. These findings imply that theta oscillations are key to attenuating processes which may otherwise impair memory encoding. Hum Brain Mapp, 2012. Â© 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Theta power during encoding predicts subsequent-memory performance and default mode network deactivation.

Le paradigme de la m&eacute;moire subs&eacute;quent, selon lequel l&#39;activit&eacute; c&eacute;r&eacute;brale pour rappeler plus tard (LR) et plus tard les &eacute;l&eacute;ments oubli&eacute;s (LF) est mise en contraste, peut &ecirc;tre utilis&eacute; pour caract&eacute;riser les processus n&eacute;cessaires pour l&#39;encodage de la m&eacute;moire avec succ&egrave;s. &Eacute;tudes simultan&eacute;e &eacute;lectroenc&eacute;phalographie et fonctionnelles ant&eacute;rieures de m&eacute;moire l&#39;imagerie par r&eacute;sonance magn&eacute;tique (EEG/IRMf) sugg&egrave;rent une relation inverse entre la puissance de bande frontale th&ecirc;ta et le sang oxyg&eacute;nation d&eacute;pendant (BOLD) signal de niveau dans le r&eacute;seau en mode par d&eacute;faut (DMN). Le but principal de cette &eacute;tude de l&#39;EEG/IRMf &eacute;tait de tester l&#39;hypoth&egrave;se selon laquelle cette relation putatif th&ecirc;ta-DMN est moins &eacute;vidente en LF par rapport aux essais de LR. Quatorze participants sains effectu&eacute; une t&acirc;che de m&eacute;moire &eacute;pisodique dans lequel des stimuli picturales ont &eacute;t&eacute; pr&eacute;sent&eacute;s pendant l&#39;encodage et class&eacute;s par cat&eacute;gorie (LR ou LF) de performance m&eacute;moire subs&eacute;quent. Pour chaque essai de codage, la moyenne de l&#39;enveloppe de Hilbert du signal th&ecirc;ta de 400 &agrave; 800 ms apr&egrave;s la pr&eacute;sentation du stimulus a &eacute;t&eacute; calcul&eacute;e. Pour int&eacute;grer les donn&eacute;es EEG et l&#39;IRMf, les mod&egrave;les lin&eacute;aires g&eacute;n&eacute;ralis&eacute;s (MLG) ont &eacute;t&eacute; utilis&eacute;es pour &eacute;valuer le degr&eacute; auquel ces valeurs single-trial th&ecirc;ta (en tant que modulateurs de l&#39;effet principal du stimulus) pr&eacute;dit DMN &quot;BOLD&quot; changement de signal, &agrave; l&#39;aide de: (i) t&ecirc;te enti&egrave;re univari&eacute;e MLG et MLG (ii), dans lequel la variable r&eacute;sultat a &eacute;t&eacute; l&#39;&eacute;volution temporelle d&#39;un composant de la DMN d&eacute;riv&eacute;es de l&#39;analyse en composantes ind&eacute;pendantes spatiale des donn&eacute;es IRMf. Th&ecirc;ta &eacute;tait significativement sup&eacute;rieur pour LR &agrave; des stimuli de LF. En outre, la relation inverse entre theta et &quot;BOLD&quot; dans la DMN &eacute;tait toujours plus forte pour LR que photos de LF. Ces r&eacute;sultats impliquent que les oscillations th&ecirc;ta sont essentielles pour att&eacute;nuer les processus qui risqueraient autrement de m&eacute;moire codage. Hum Brain Mapp, 2012. &copy; 2012 Wiley p&eacute;riodiques, Inc.

Puissance de th&ecirc;ta pendant l&#39;encodage pr&eacute;dit des performances ult&eacute;rieures-m&eacute;moire et d&eacute;sactivation de r&eacute;seau pour le mode par d&eacute;faut.

Il paradigma di memoria successiva, secondo cui &egrave; contrastata attivit&agrave; cerebrale per pi&ugrave; successivamente ricordato (LR) e poi dimenticati (LF) gli elementi, pu&ograve; essere utilizzato per caratterizzare i processi necessari per la codifica di memoria di successo. Precedente elettroencefalografia e funzionale simultaneo imaging a risonanza magnetica (EEG/fMRI) memoria studi suggeriscono una relazione inversa tra potenza banda theta frontale e il sangue ossigenazione dipendente (BOLD) segnale a livello della rete di modalit&agrave; predefinite (DMN). Lo scopo principale di questo studio EEG/fMRI era quello di testare l&#39;ipotesi che questo rapporto putativo theta-DMN &egrave; meno evidente in LF confrontato con prove di LR. Quattordici partecipanti sani svolto un compito di memoria episodica in cui stimoli pittorici sono stati presentati durante la codifica e classificato (come LR o LF) per le prestazioni di memoria successiva. Per ogni processo di codifica, &egrave; stata calcolata la media dell&#39;involucro del segnale theta da 400 a 800 ms dopo la presentazione di stimolo di Hilbert. Per integrare i dati EEG e fMRI, modelli lineari generali (GLMs) sono stati utilizzati per valutare la misura in cui questi valori single-trial theta (come modulatori dell&#39;effetto principale dello stimolo) previsto cambiamento segnale BOLD DMN, mediante: (i) tutta-testa GLMs univariata e (ii) GLMs in cui la variabile di esito era il decorso di un componente DMN derivata dall&#39;analisi delle componenti indipendenti spaziali dei dati fMRI. Theta &egrave; stata significativamente maggiore per LR di stimoli LF. Inoltre, la relazione inversa tra theta e grassetto del DMN era costantemente pi&ugrave; forte per LR di immagini LF. Questi risultati implicano che le oscillazioni theta sono la chiave per attenuare i processi che altrimenti possono compromettere la codifica di memoria. Hum cervello Mapp, 2012. &copy; 2012 Wiley periodici, Inc.

Potere di teta durante la codifica prevede prestazioni successive-memoria e disattivazione di rete modalit&agrave; predefinita.

EEG recordings made during concurrent fMRI are confounded by the pulse artefact (PA), which although smaller than the gradient artefact is often more problematic because of its variability over multiple cardiac cycles. A better understanding of the PA is needed in order to generate improved methods for reducing its effect in EEG-fMRI experiments. Here we performed a study aimed at identifying the relative contributions of three putative sources of the PA (cardiac-pulse-driven head rotation, the Hall effect due to pulsatile blood flow and pulse-driven expansion of the scalp) to its amplitude and variability. EEG recordings were made from 6 subjects lying in a 3T scanner. Accelerometers were fixed on the forehead and temple to monitor head motion. A bite-bar and vacuum cushion were used to restrain the head, thus greatly attenuating the contribution of cardiac-driven head rotation to the PA, while an insulating layer placed between the head and the EEG electrodes was used to eliminate the Hall voltage contribution. Using the root mean square (RMS) amplitude of the PA averaged over leads and time as a measure of the PA amplitude, we found that head restraint and insulating layer reduced the PA by 61% and 42%, respectively, when compared with the PA induced with the subject relaxed, indicating that cardiac-pulse-driven head rotation is the dominant source of the PA. With both the insulating layer and head restraint in place, the PA was reduced in RMS amplitude by 78% compared with the relaxed condition, the remaining PA contribution resulting from scalp expansion or residual head motion. The variance of the PA across cardiac cycles was more strongly reduced by the insulating layer than the head restraint, indicating that the flow-induced Hall voltage makes a larger contribution than pulse-driven head rotation to the variability of the PA.

Identifying the sources of the pulse artefact in EEG recordings made inside an MR scanner.

Enregistrements EEG au cours de l&#39;IRMf simultan&eacute;e sont confondus par l&#39;artefact de l&#39;impulsion (PA), qui bien que plus petit que l&#39;artefact de gradient est plus probl&eacute;matique en raison de sa variabilit&eacute; au cours de plusieurs cycles cardiaques. Une meilleure compr&eacute;hension de l&#39;autorit&eacute; palestinienne est n&eacute;cessaire afin de g&eacute;n&eacute;rer des m&eacute;thodes am&eacute;lior&eacute;es pour r&eacute;duire son effet dans les exp&eacute;riences de l&#39;EEG-IRMf. Ici, nous avons effectu&eacute; une &eacute;tude vise &agrave; d&eacute;terminer la contribution relative des trois sources putatifs de l&#39;autorit&eacute; palestinienne (cardiaques pouls pilot&eacute;e par rotation de la t&ecirc;te, l&#39;effet Hall, en raison de la circulation sanguine pulsatile et expansion ax&eacute;e sur l&#39;impulsion du cuir chevelu) &agrave; son amplitude et de la variabilit&eacute;. Enregistrements EEG &eacute;taient issus de 6 sujets se trouvant dans un scanner 3 t. Acc&eacute;l&eacute;rom&egrave;tres ont &eacute;t&eacute; fix&eacute;s sur le front et le temple de surveiller les mouvements de la t&ecirc;te. Une morsure-bar et le coussin sous vide ont &eacute;t&eacute; utilis&eacute;s pour retenir la t&ecirc;te, att&eacute;nuant ainsi grandement la contribution de cardiaque ax&eacute;e sur la rotation de la t&ecirc;te de l&#39;autorit&eacute; palestinienne, alors qu&#39;une couche isolante plac&eacute;e entre la t&ecirc;te et les &eacute;lectrodes de l&#39;EEG &eacute;tait utilis&eacute;e pour &eacute;liminer la contribution de tension de Hall. En utilisant l&#39;amplitude moyenne quadratique (RMS) de l&#39;autorit&eacute; palestinienne en moyenne plus de prospects et de temps comme mesure de l&#39;amplitude de la PA, nous avons constat&eacute; qu&#39;appuie-t&ecirc;te et couche d&#39;isolation r&eacute;duit le PA de 61 % et 42 %, respectivement, en comparaison avec l&#39;autorit&eacute; palestinienne induite par le sujet d&eacute;tendu, ce qui indique que la rotation de la t&ecirc;te ax&eacute;e sur le pouls cardiaque est la source dominante de l&#39;autorit&eacute; palestinienne. Avec l&#39;isolant couche et appuie-t&ecirc;te en place, l&#39;autorit&eacute; palestinienne a &eacute;t&eacute; r&eacute;duit en amplitude RMS de 78 % par rapport &agrave; l&#39;&eacute;tat d&eacute;tendu, la contribution de PA restante r&eacute;sultant de mouvements du cuir chevelu de la dilatation ou r&eacute;siduelle t&ecirc;te. La variance de l&#39;autorit&eacute; palestinienne &agrave; travers des cycles cardiaques a &eacute;t&eacute; plus fortement r&eacute;duite par la couche d&#39;isolation que l&#39;appui-t&ecirc;te, indiquant que la tension induite par l&#39;&eacute;coulement de Hall apporte une contribution plus grande et plus ax&eacute;e sur l&#39;impulsion de rotation de la t&ecirc;te &agrave; la variabilit&eacute; de l&#39;autorit&eacute; palestinienne.

Identification des sources de l&#39;artefact d&#39;impulsion dans les enregistrements EEG r&eacute;alis&eacute;s &agrave; l&#39;int&eacute;rieur d&#39;un scanner de Monsieur.

Registrazioni dell&#39;EEG fatti durante la fMRI simultanee sono confusi dal manufatto pulse (PA), che sebbene pi&ugrave; piccola sfumato manufatto &egrave; spesso pi&ugrave; problematico a causa della sua variabilit&agrave; sopra pi&ugrave; cicli cardiaci. Una migliore comprensione della PA &egrave; necessaria per generare metodi pi&ugrave; efficaci per ridurre il suo effetto in EEG-fMRI esperimenti. Qui abbiamo effettuato uno studio volto ad identificare i contributi relativi delle tre fonti putative della PA (cardiaco-impulso-guidato rotazione della testa, l&#39;effetto Hall a causa del flusso sanguigno pulsatile ed espansione basata su impulso del cuoio capelluto) alla sua ampiezza e variabilit&agrave;. Registrazioni dell&#39;EEG sono state fatte da 6 soggetti sdraiato in uno scanner da 3T. Gli accelerometri sono stati fissati sulla fronte e tempio per monitorare il movimento testa. Un morso-bar e un cuscino sotto vuoto sono stati utilizzati per trattenere la testa, cos&igrave; notevolmente attenuando il contributo della rotazione della testa cardiaco-driven per la PA, mentre uno strato isolante posizionato tra la testa e gli elettrodi EEG &egrave; stato utilizzato per eliminare il contributo di tensione di Hall. Utilizzando l&#39;ampiezza root mean square (RMS) della PA mediato di porta e il tempo come una misura dell&#39;ampiezza PA, abbiamo trovato che poggiatesta e strato isolante ridotto il PA del 61% e del 42%, rispettivamente, quando confrontato con il PA indotto con il soggetto rilassato, che indica che la rotazione della testa cardiaco-impulso-driven &egrave; la fonte dominante di AP. Con l&#39;isolante strato e poggiatesta in luogo, il PA &egrave; stata ridotta in ampiezza RMS del 78% rispetto a condizione rilassata, il restante contributo PA risultante dal cuoio capelluto espansione o residuo testa movimento. La varianza della PA attraverso cicli cardiaci pi&ugrave; fortemente &egrave; stato ridotto da strato isolante rispetto il poggiatesta, che indica che la tensione indotta dal flusso di Hall d&agrave; un contributo maggiore rispetto basata su impulso di rotazione della testa per la variabilit&agrave; dell&#39;AP.

Karen J. Mullinger

Sir Peter Mansfield Magnetic Resonance Centre,
School of Physics and Astronomy,
Sir Peter Mansfield Magnetic Resonance Centre, School of Physics and Astronomy

University of Nottingham

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

Karen J. Mullinger

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University of Nottingham

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

Sir Peter Mansfield Magnetic Resonance Centre,
School of Physics and Astronomy,
Sir Peter Mansfield Magnetic Resonance Centre, School of Physics and Astronomy