Name: reliable acquisition of electroencephalography data during simultaneous electroencephalography and functional mri
Uploaded: 2021-03-19T13:45:00
Duration: 11 min
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Questo studio è stato patrocinato dal National Institute of Information and Communications Technology of Japan (NICT).
Gli autori ringraziano i fisici e i tecnologi della risonanza prima mondiale presso il Center for Information and Neural Networks per la loro dedizione nell'acquisizione di dati mri di buona qualità.
Il Dr. Khoo è finanziato da Grant-in-Aid for Scientific Research (Nos. 18H06261, 19K21353, 20K09368) del Ministero dell'Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia del Giappone e una sovvenzione del National Institute of Information and Communications Technology of Japan (NICT), ed è stata supportata dalla borsa di studio Mark Rayport e Shirley Ferguson Rayport in chirurgia epilessia e dalla borsa di studio Preston Robb del Montreal Neurological Institute (Canada), una borsa di ricerca della Uehara Memorial Foundation (Giappone). Ha ricevuto un premio sponsorizzato dalla Japanese Epilepsy Society, il supporto del programma American Epilepsy Society (AES) Fellows e una borsa di viaggio dalla International League Against Epilepsy (ILAE).
Il Dr. Tani è finanziato da Grant-in-Aid for Scientific Research (n. 17K10895) dal Ministero dell'Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia del Giappone e ha ricevuto il sostegno della ricerca dalla Fondazione Mitsui-Kousei, finanziamenti per un viaggio da Medtronic, royalties dalla pubblicazione di articoli (Gakken Medical Shujunsha, Igaku-shoin) e honoraria dal servire come relatore (Medtronic, Daiichi-Sankyo Pharmaceuticals, Eisai Pharmaceuticals).
Il Dr. Oshino è finanziato da Grant-in-Aid for Scientific Research (n. 17K10894) del Ministero dell'Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia del Giappone. Ha ricevuto royalties dalla pubblicazione di articoli (Medicalview, Igaku-shoin) e honoraria dal servire come relatore (Insightec, Eisai Pharmaceuticals, Daiichi-Sankyo Pharmaceuticals, UCB, Otsuka Pharmaceuticals, Teijin Pharma, Yamasa Corporation).
Il Dr. Fujita è finanziato da Grant-in-Aid for Scientific Research (n. 19K18388) del Ministero dell'Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia del Giappone.
Il Dr. Gotman è finanziato dal Canadian Institutes of Health Research (n. FDN 143208).
Kishima è finanziato da Grant-in-Aid for Scientific Research (n. 18H04085, 18H05522, 16K10212, 16K10786) del Ministero dell'Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia del Giappone, Programma interministeriale di promozione strategica dell'innovazione (n. SIPAIH18E01), Japan Agency for Medical Research and Development e Japan Epilepsy Research Foundation.

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	<li>Krakow, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EEG-triggered+functional+MRI+of+interictal+epileptiform+activity+in+patients+with+partial+seizures.">EEG-triggered functional MRI of interictal epileptiform activity in patients with partial seizures.</a> Brain. 122, 1679-1688 (1999).</li><li>Ives, J. R., Warach, S., Schmitt, F., Edelman, R. R., Schomer, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+the+patient's+EEG+during+echo+planar+MRI.">Monitoring the patient's EEG during echo planar MRI.</a> Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 87 (6), 417-420 (1993).</li><li>Nunez, P. L., Silberstein, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+relationship+of+synaptic+activity+to+macroscopic+measurements:+does+co-registration+of+EEG+with+fMRI+make+sense.">On the relationship of synaptic activity to macroscopic measurements: does co-registration of EEG with fMRI make sense.</a> Brain Topography. 13 (2), 79-96 (2000).</li><li>Kruggel, F., Wiggins, C. J., Herrmann, C. S., von Cramon, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+of+the+event-related+potentials+during+functional+MRI+at+3.0+Tesla+field+strength.">Recording of the event-related potentials during functional MRI at 3.0 Tesla field strength.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 44 (2), 277-282 (2000).</li><li>Lemieux, L., Allen, P. J., Franconi, F., Symms, M. R., Fish, D. 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N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon-wire+loop+based+artifact+correction+outperforms+post-processing+EEG/fMRI+corrections--A+validation+of+a+real-time+simultaneous+EEG/fMRI+correction+method.">Carbon-wire loop based artifact correction outperforms post-processing EEG/fMRI corrections--A validation of a real-time simultaneous EEG/fMRI correction method.</a> Neuroimage. 125, 880-894 (2016).</li><li>Debener, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+quality+of+auditory+event-related+potentials+recorded+simultaneously+with+3-T+fMRI:+removal+of+the+ballistocardiogram+artefact.">Improved quality of auditory event-related potentials recorded simultaneously with 3-T fMRI: removal of the ballistocardiogram artefact.</a> Neuroimage. 34 (2), 587-597 (2007).</li><li>Mele, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+EEG-fMRI+for+functional+neurological+assessment.">Simultaneous EEG-fMRI for functional neurological assessment.</a> Frontiers in Neurology. 10, 848 (2019).</li><li>Gotman, J., Kobayashi, E., Bagshaw, A. P., Benar, C. G., Dubeau, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+EEG+and+fMRI:+a+multimodal+tool+for+epilepsy+research.">Combining EEG and fMRI: a multimodal tool for epilepsy research.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 23 (6), 906-920 (2006).</li><li>Ford, J. M., Roach, B. J., Palzes, V. A., Mathalon, D. 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Part II: design of experiments.</a> Neuroimage. 21 (1), 401-413 (2004).</li><li>Liu, T. T., Frank, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficiency,+power,+and+entropy+in+event-related+FMRI+with+multiple+trial+types.+Part+I:+theory.">Efficiency, power, and entropy in event-related FMRI with multiple trial types. Part I: theory.</a> Neuroimage. 21 (1), 387-400 (2004).</li><li>Gotman, J., Benar, C. G., Dubeau, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+EEG+and+FMRI+in+epilepsy:+methodological+challenges+and+clinical+results.">Combining EEG and FMRI in epilepsy: methodological challenges and clinical results.</a> Journal of Clinical Neurophysiology. 21 (4), 229-240 (2004).</li><li>Gutberlet, I., Ullsperger, M., Debener, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Simultaneous EFG and fMRI. , 69-84 (2010).</li><li>Brain Products GmbH. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Operating+and+Reference+Manual+for+use+in+a+laboratory+and+MR+environment.">Operating and Reference Manual for use in a laboratory and MR environment.</a> BrainAmp series &amp; BrainAmp MR series. , (2020).</li><li>Mullinger, K. 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New MRI Safety Labels &amp; Devices Available from: <a target="_blank" href="https://www.ismrm.org/smrt/E-Signals/2016FEBRUART/eSig_5_1_hot_2.htm">https://www.ismrm.org/smrt/E-Signals/2016FEBRUART/eSig_5_1_hot_2.htm</a> (2016)</li><li>Brain Products GmbH. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditions+for+safe+use+of+BrainAmp+MR+amplifiers+and+accessories+in+the+MR+environment.">Conditions for safe use of BrainAmp MR amplifiers and accessories in the MR environment.</a> Performing simultaneous EEG-fMRI measurements. , 26-32 (2020).</li><li>Allen, P. J., Josephs, O., Turner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+for+removing+imaging+artifact+from+continuous+EEG+recorded+during+functional+MRI.">A method for removing imaging artifact from continuous EEG recorded during functional MRI.</a> Neuroimage. 12 (2), 230-239 (2000).</li><li>Dempsey, M. F., Condon, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+injuries+associated+with+MRI.">Thermal injuries associated with MRI.</a> Clinical Radiology. 56 (6), 457-465 (2001).</li><li>Allen, P. J., Polizzi, G., Krakow, K., Fish, D. R., Lemieux, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+EEG+events+in+the+MR+scanner:+the+problem+of+pulse+artifact+and+a+method+for+its+subtraction.">Identification of EEG events in the MR scanner: the problem of pulse artifact and a method for its subtraction.</a> Neuroimage. 8 (3), 229-239 (1998).</li><li>Cecotti, H., Ries, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Best+practice+for+single-trial+detection+of+event-related+potentials:+Application+to+brain-computer+interfaces.">Best practice for single-trial detection of event-related potentials: Application to brain-computer interfaces.</a> International Journal of Psychophysiology. 111, 156-169 (2017).</li></ol>

Gli autori non riportano alcuna divulgazione pertinente al manoscritto.

Questo protocollo ha evidenziato i punti importanti per l'acquisizione simultanea sicura di dati di buona qualità da parte di EEG-fMRI.
Alcuni errori comuni che vengono risultanti in artefatti difficili da rimuovere su EEG e tecniche di risoluzione dei problemi sono i seguenti. In primo luogo, la scelta di soggetti conformi e cooperativi e la garanzia del loro comfort durante l'acquisizione dei dati possono prevenire la risoluzione prematura a causa dei movimenti del soggetto (passaggi 2.1 e 5.4). In secondo luogo, l'impedenza di non scendere sotto i 20 kΩ dopo ripetute abrasioni del cuoio capelluto (fase 2.9) è molto probabilmente dovuta a una spazzolatura inadeguata dopo l'uso. Spazzolare accuratamente ogni apertura degli elettrodi EEG durante il lavaggio del cappuccio previene questo problema. In terzo luogo, impostazioni inappropriate dell'hardware e del software possono causare la saturazione dei segnali EEG che successivamente ostacolano la rimozione degli artefatti durante l'elaborazione EEG offline. Infine, per evitare la registrazione di segnali EEG saturi, mantenere l'impedenza di ogni elettrodo al di sotto di 20 kΩ dopo aver posizionato il soggetto nello scanner MR prima dell'acquisizione dei dati; ridurre adeguatamente le vibrazioni meccaniche immobilizzando il tappo EEG (che significa anche la testa del soggetto), cavi e fili; monitorare il segnale EEG grezzo online con il software di registrazione e assicurarsi che la frequenza di campionamento e la risoluzione dell'ampiezza siano configurate correttamente.
L'acquisizione simultanea di EEG e fMRI solleva importanti problemi di sicurezza legati al riscaldamento indotto da RF e alla commutazione di correnti indotte dal gradiente a causa della presenza di fili elettrici collegati al soggetto nel campo magnetico in rapidaevoluzione 5. Questi problemi di sicurezza sono stati in gran parte ridotti al minimo nel corso degli anni a seguito di risultati di ricerca che hanno migliorato la conoscenza di questo aspetto e portato a grandi miglioramenti nella tecnologia delle apparecchiature EEG compatibili con la risonanza prima. Tuttavia, una preparazione disattenta senza un'adeguata conoscenza o senza prendere precauzioni di sicurezza mette in pericolo i soggetti. Ad esempio, i loop che si formano ovunque all'interno del circuito inducono corrente e possibili lesioni da calore. L'acquisizione con gli elettrodi ad alta impedenza non solo ostacola la qualità dei dati EEG, ma rappresenta anche un potenziale pericolo per il soggetto (lesione termica dovuta all'elevata densità di corrente). Lo stesso pericolo si applica agli elettrodi rotti. I cavi posizionati in prossimità della parete di foro MR, in altre parole, lontano dal centro, rappresentano anche un potenziale pericolo di riscaldamento per il soggetto (riscaldamento dovuto all'effetto antenna)25. Questo protocollo enfatizza i seguenti aspetti di sicurezza: nessun anello si forma all'interno del circuito tra il soggetto e l'amplificatore, tutti gli elettrodi hanno bassa impedenza durante la risonanza magnetica e tutti i cavi sono posizionati al centro del foro. Si consiglia agli operatori principianti di seguire una formazione e seguire le linee guida del produttore presenti nel manuale d'uso e nei videodimostrativi 20 per evitare problemi di sicurezza.
Le principali cause di artefatti trovati su EEG-fMRI sono il gradiente di commutazione della risonanza prima, del BCG o dei movimenti grossolani o sottili del soggetto (movimenti del viso, stringere, deglutire ecc.). In alcune configurazioni di risonanza rapida, anche gli artefatti causati dalla pompa dell'elio e dai ventilatori compromettono significativamente i segnali EEG. Gli artefatti gradiente MR sono piuttosto coerenti nelle forme d'onda e possono essere sufficientemente corretti utilizzando una tecnica di sottrazione basata su template se sono completamente registrati senza distorsioni utilizzando amplificatori con un intervallo dinamicosufficiente 24. Gli artefatti BCG vengono in genere corretti utilizzando la tecnica disottrazione 26, l'analisi indipendentedei componenti 6, il set di basiottimale 8o unacombinazione di queste tecniche 10. Recentemente, la rimozione degli artefatti utilizzando una semplice regressione basata su segnali acquisiti contemporaneamente con anelli di filo di carbonio èstata sviluppata 7,9. Il protocollo qui presentato illustra l'aspetto tecnico, con l'obiettivo di fornire una guida introduttiva per coloro che sono interessati a utilizzare questo metodo. Questo metodo rimuove BCG, sottili movimenti del soggetto e artefatti della pompa dell'elio e i segnali EEG risultanti sono riportati superiori a quelli correttiutilizzando altri metodi 7,9. Tuttavia, gli artefatti di movimento più grandi, in particolare quelli contenenti movimenti ondeggianti, non sono rimovibili anche utilizzando questometodo 7. Nonostante il miglioramento di queste metodologie di rimozione degli artefatti nel corso degli anni, gli artefatti incoerenti, compresi quelli causati dalle vibrazioni indotte dalle macchine per risonanza magnetica, sono ancora difficili da rimuovere. Inoltre, più ampia è la procedura di rimozione degli artefatti, maggiore è il rischio di perdere alcuni segnali EEG reali. Pertanto, una buona preparazione in grado di ridurre al minimo gli artefatti incoerenti rimane più importante nell'acquisizione di EEG-fMRI. In questo protocollo, questi artefatti sono ridotti al minimo utilizzando: (1) una benda elastica per avvolgere la testa e i cuscini in schiuma di memoria per immobilizzare la testa nella bobina della testa, per ridurre le possibili vibrazioni dei fili mantenendo il comfort del soggetto; (2) cotone e nastro adesivo medico per ridurre le vibrazioni del filo dell'elettrodo ECG che potrebbero non essere completamente immobilizzate dal peso del soggetto stesso (parzialmente fluttuante tra il soggetto e la tabella, specialmente in un soggetto sottile); e (3) sacchi di sabbia per immobilizzare i cavi posti nel foro della risonanza prima. Si tratta di tecniche importanti per ridurre al minimo gli artefatti di vibrazione indotti dalle macchine mri difficili da rimuovere, che non sono stati descritti nel protocollo EEG-fMRI20 pubblicatoin precedenza. In quel protocollo, i soggetti venivano collocati nello scanner senza ulteriore avvolgimento sopra il cappuccio EEG e imbottitura intorno alla testa, e i cavi venivano nastrati solo in pochi punti senza immobilizzazione usando sacchi di sabbia. Sulla base di 20 anni di esperienza presso il Montreal Neurological Institute, ci siamo resi conto che tali misure possono contribuire alla suscettibilità dei fili e dei cavi degli elettrodi alle vibrazioni indotte dai macchinari della risonanza magnetica, sebbene siano raramente enfatizzate nella maggior parte degli studi EEG-fMRI6. Ridurre al minimo le vibrazioni indotte dalla risonanza magnetica porta successivamente a una migliore qualità e leggibilità dell'EEG, che è particolarmente utile per identificare cambiamenti o eventi sottili nell'EEG6, come piccole scariche epilettiche negli studi di epilessia e ERP mono-trial in studi neurocognitivi.
Il rilevamento di ERP nei segnali EEG è un prerequisito per gli studi di neuroscienze cognitive. In contrasto con la classica grande risposta media tra gli studi, il rilevamento a prova singola ERP, che fornisce approfondimenti sulla dinamica cerebrale in risposta a un particolare stimolo, sta diventando un nuovo obiettivo nei moderni studi di neuroscienze cognitive e nella ricerca non invasiva sull'interfaccia cervello-computer27. L'applicazione del presente protocollo può contribuire ad aumentare l'efficienza in questi settori di ricerca.
Il protocollo è più adatto per il sistema EEG compatibile con la risonanza prima di 000 utilizzato in questo studio. Tuttavia, riteniamo che i punti importanti possano essere applicabili anche ad altri sistemi EEG compatibili con la risonanza prima o zione.

La risonanza magnetica funzionale (fMRI) fornisce una misura dell'attività neuronale attraverso risposte emodinamiche misurando i cambiamenti dipendenti dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD) durante un evento elettrografico. L'elettroencefalografia simultanea (EEG) e fMRI (EEG-fMRI) è uno strumento di ricerca non invasivo che combina le proprietà sinergiche dell'EEG del cuoio capelluto (buona risoluzione temporale) e fMRI (buona risoluzione spaziale), consentendo una migliore localizzazione del sito responsabile della generazione di eventi elettrografici rilevabili in EEG. È stato sviluppato per la prima volta negli anni '90 per l'uso nel campo dell'epilessia1,2 ed è stato successivamente utilizzato nella ricerca sulle neuroscienze dagli anni 20003,4. Con l'aumento delle conoscenze riguardanti lasicurezza 5 e lo sviluppo continuo di tecniche per la rimozione di manufatti indotti dalla risonanza magnetica su EEG3,6,7,8,9,10,è attualmente uno strumento ampiamente utilizzato sia nelle neuroscienze che nella ricerca clinica11.
EEG-fMRI viene acquisito a riposo o durante un compito, a seconda della domanda di ricerca. In generale, l'acquisizione dello stato di riposo consente l'identificazione delle strutture coinvolte nella generazione di una particolare caratteristica EEG (ad esempio, forma d'onda, ritmo, frequenze, potenza) e aiuta a comprendere le attività cerebrali spontanee variabili11. Una serie di studi di neuroscienze e la maggior parte degli studi clinici, in particolare quelli sull'epilessia12,acquisiscono EEG-fMRI a riposo11. L'acquisizione basata su attività consente l'identificazione di aree cerebrali e delle attività elettriche cerebrali assegnate o correlate a un compito specifico e aiuta a stabilire il legame tra le attività elettriche e le aree cerebrali associate al compito. L'acquisizione basata su attività viene utilizzata principalmente negli studi dineuroscienze 11 e in alcuni studiclinici 13. La maggior parte delle acquisizioni EEG-fMRI basate su attività utilizza una progettazione relativa agli eventi. Il tipo di modellazione utilizzato per l'integrazione dei dati EEG e fMRI determina se l'efficienza o la potenza di rilevamento devono essere massimizzate nella progettazionedell'attività 14. Si prega di consultare gli studi di Menon et al.
Sebbene l'acquisizione dei dati durante EEG-fMRI possa sembrare semplice, la preparazione richiede esperienza. Un protocollo per guidare una corretta preparazione all'acquisizione dei dati è importante per garantire sia la sicurezza che la resa (cioè dati aalizzabili e affidabili). Nonostante l'esistenza di varie tecniche per rimuovere gli artefatti EEG indotti dalla RISONANZA MAGNETICA, gli artefatti incoerenti nell'EEG registrati, in particolare quelli relativi alle vibrazioni indotte dai macchinari dei fili e ai movimenti lordi dei soggetti, sono ancora difficili da rimuovere completamente; pertanto, questi artefatti devono essere ridotti al minimo durante l'acquisizione dei dati.
Questo articolo presenta un protocollo semplice che utilizza prodotti medici compatibili con la risonanza prima e la trofia prontamente disponibili. Il protocollo fornisce passaggi importanti che garantiscono la qualità dei dati, in particolare la qualità dei dati EEG, che è la chiave del successo di uno studio EEG-fMRI. Questo protocollo è stato sviluppato sulla base dell'esperienza di 20 anni del team di ricerca EEG-fMRI presso il Montreal Neurological Institute12,17 ed è stato ulteriormente modificato per l'uso presso l'Università di Osaka, a beneficio sia degli operatori inesperti che di esperti.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>BrainAmp EXG MR</td>
			<td>Brain Products, GmBH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>MRI-compatible bipolar amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BrainAmp MR Plus</td>
			<td>Brain Products, GmBH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>MRI-compatible EEG amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BrainCap MR</td>
			<td>Brain Products, GmBH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>MRI-compatible EEG cap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ESPA elastic bandage</td>
			<td>Toyobo co., Ltd.</td>
			<td></td>
			<td>elastic bandage for for wrapping the subject&#39;s head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>One Shot Plus P EL-II alcohol swab</td>
			<td>Shiro Jyuji, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Alcohol swab for preparing the skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Pack</td>
			<td>Brain Products, GmBH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>MRI-compatible battery pack for electric supply of the amplifiers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SyncBox</td>
			<td>Brain Products, GmBH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>Phase synchronization between the EEG equipment and the MRI scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB 2 Adapter (BUA)</td>
			<td>Brain Products, GmBH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>USB Adaptor to connect the amplifiers to the recording computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>V19 abrasive conductive gel</td>
			<td>Brain Products, GmBH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>Abrasive gel for the application of the EEG-cap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yu-ki Ban GS Medical adhesive tape</td>
			<td>Nitoms, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>medical adhesive tape to secure the ECG electrode and carbon wire loops</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reliable acquisition of electroencephalography data during simultaneous electroencephalography and functional mri

L'elettroencefalografia simultanea (EEG) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI), EEG-fMRI, combina le proprietà complementari dell'EEG del cuoio capelluto (buona risoluzione temporale) e fMRI (buona risoluzione spaziale) per misurare l'attività neuronale durante un evento elettrografico, attraverso risposte emodinamiche note come cambiamenti dipendenti dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD). È uno strumento di ricerca non invasivo che viene utilizzato nella ricerca sulle neuroscienze ed è altamente vantaggioso per la comunità clinica, in particolare per la gestione delle malattie neurologiche, a condizione che vengono somministrate attrezzature e protocolli adeguati durante l'acquisizione dei dati. Sebbene la registrazione di EEG-fMRI sia apparentemente semplice, la corretta preparazione, specialmente nel posizionamento e nella messa in sicurezza degli elettrodi, non è solo importante per la sicurezza, ma è anche fondamentale per garantire l'affidabilità e l'aalisi dei dati EEG ottenuti. Questa è anche la parte più impegnativa per l'esperienza della preparazione. Per risolvere questi problemi, è stato sviluppato un protocollo semplice che garantisce la qualità dei dati. In questo articolo viene fornito una guida dettagliata per l'acquisizione di dati EEG affidabili durante EEG-fMRI utilizzando questo protocollo che utilizza prodotti medici prontamente disponibili. Il protocollo presentato può essere adattato a diverse applicazioni di EEG-fMRI in contesti di ricerca e clinici e può essere vantaggioso sia per gli operatori inesperti che per gli operatori esperti.

Al momento del posizionamento del tappo EEG utilizzando questo protocollo, l'impedenza di ogni elettrodo di solito scende sotto i 20 kΩ(Figura 1). I segnali EEG rappresentativi ottenuti da un soggetto (uomo di 20 anni) che ha partecipato a uno studio neurocognitivo e da un soggetto diverso (donna di 19 anni) che hanno partecipato a uno studio di epilessia utilizzando questo protocollo nello stesso scanner MR sono mostrati rispettivamente nella figura 2 e nella figura 3. Il soggetto che è stato sottoposto a test neurocognitivi è stato incaricato di tenere gli occhi aperti ma rimanere fermo mentre svolgeva un compito visivo secondo le istruzioni. Il soggetto per lo studio dell'epilessia è stato istruito a chiudere gli occhi e il sonno, poiché le attività epilettiche sono tipicamente più frequenti durante il sonno. I segnali EEG acquisiti da entrambi gli studi erano simili prima dell'elaborazione(figura 2); l'artefatto gradiente mri oscurava i segnali EEG reali. I segnali EEG di entrambi gli studi sono stati elaborati offline come segue: gli artefatti MRI sono stati rimossi usando il metodo di sottrazione24; e BCG, i movimenti e gli artefatti della pompa di elio sono stati rimossi utilizzando la regressione dei segnali registrati dai loop difilo di carbonio 7,9. I segnali EEG risultanti (Figura 3B) di entrambi gli studi erano di qualità aalizzabile senza contaminazione visibile degli artefatti BCG (Figura 3A). Le attività epilettiche sono state chiaramente osservate sull'EEG durante lo studio dell'epilessia (Figura 3B). Sull'EEG acquisito durante lo studio neurocognitivo, sono stati osservati lampeggianti, movimenti oculari e artefatti muscolari, specialmente nei cavi frontali (Fp1 e Fp2) dopo la rimozione del manufatto (Figura 3B) a causa della natura dello studio, e possono essere ulteriormente rimossi usando altri metodi a seconda delle esigenze. Nessun manufatto proveniente dalle vibrazioni delle macchine è stato visto sui segnali EEG post-elaborati acquisiti durante entrambi gli studi(figura 3B paragonabile ai segnali EEG acquisiti al di fuori della risonanza prima della risonanza, come mostrato nella figura 3C). Nessun artefatto proveniente dagli elettrodi EEG è stato visto sulle immagini MR acquisite contemporaneamente (Figura 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig01.jpg"> Figura 1: Impedenza rappresentativa degli elettrodi EEG scesi al di sotto di 5 kΩ all'applicazione di un tappo EEG a 32 canali su un soggetto che ha partecipato a uno studio neurocognitivo. Ogni cerchio colorato rotondo rappresenta un elettrodo EEG, con il nome dell'elettrodo scritto all'interno del cerchio; la posizione di ogni cerchio rappresenta la posizione di ogni elettrodo sul tappo EEG. La barra dei colori e i numeri a destra rappresentano l'intervallo dell'impedenza misurata (0-5 kΩ in questo caso); il colore verde indica che il valore di impedenza è inferiore al valore del livello Buono e il colore rosso indica il livello negativo. In questo esempio, gli elettrodi CP1, O1, Oz, O2 ed ECG sono indicati in verde chiaro, il che significa che le impedenze di questi elettrodi erano di 2 kΩ; il resto degli elettrodi sono indicati in verde scuro, il che significa che le impedenze di questi elettrodi erano di 0 kΩ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig02.jpg"> Figura 2: Segnale EEG prima dell'elaborazione. Si noti che l'artefatto gradiente mri ha oscurato i segnali EEG reali. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig02large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig3v2.jpg"> Figura 3: Segnali EEG rappresentativi provenienti da soggetti che hanno partecipato a studi neurocognitivi ed epilessici. I segnali EEG nella riga superiore provengono da uno studio neurocognitivo e quelli nella riga inferiore provengono da uno studio di epilessia. I segnali EEG sono stati elaborati offline. ( A )SegnaliEEG dopo la rimozione dell'artefatto del gradiente MRI. Le scatole in azzurro indicano gli artefatti BCG. (B) Segnali EEG dopo la rimozione dell'artefatto utilizzando la regressione dei segnali registrati dai loop del filo di carbonio. (C) Segnali EEG registrati al di fuori della risonanza prima dell'uso utilizzando la stessa apparecchiatura EEG. I segnali EEG sono stati mostrati nel montaggio referenziale (riferimento a FCz); EEG in montaggio bipolare (ogni canale rappresenta la differenza di tensione tra una coppia di elettrodi adiacenti) dello stesso segmento è mostrato anche per EEG acquisito durante uno studio di epilessia per facilitare la visualizzazione delle attività epilettiche. Le punte delle frecce blu (B e C, riga superiore) indicano lampeggianti (deflessioni verso il basso e potenziali difasici lenti ad alta ampiezza a Fp1 e Fp2), la punta della freccia nera (B, riga superiore) indica il movimento degli occhi risultante da una saccade o da un cambiamento spontaneo dello sguardo (piccole e rapide deformazioni a Fp1 e Fp2) e i rettangoli verdi (B, riga superiore) indicano il ritmo alfa visto sull'EEG acquisito durante uno studio neurocognitivo. Le attività a bassa ampiezza e ad alta frequenza prevalentemente a Fp1 e Fp2 sono artefatti muscolari (ispessimento del tracciamento EEG, riga superiore). Le punte di freccia rosse (B e C, riga inferiore) indicano i punti di tempo in cui le attività epilettiche sono state identificate sull'EEG acquisite durante uno studio di epilessia (forti deviazioni verso il basso o verso l'alto che a volte sono seguite da un'onda lenta). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig3v2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig04.jpg"> Figura 4: Dati rappresentativi della RISONANZA PRIMA acquisiti da un soggetto utilizzando questo protocollo. Si noti che gli elettrodi EEG non hanno causato artefatti visibili sulle immagini MR acquisite contemporaneamente. (A) magnetizzazione preparata acquisizione rapida con immagine eco gradiente; (B) eco imaging planare. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig04large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI

Questo articolo fornisce un protocollo semplice per l'acquisizione di dati di elettroencefalografia (EEG) di buona qualità durante l'EEG simultaneo e la risonanza magnetica funzionale utilizzando prodotti medici prontamente disponibili.

Acquisizione affidabile dei dati di elettroencefalografia durante l'elettroencefalografia simultanea e la risonanza magnetica funzionale

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), EEG-fMRI, combines the complementary properties of scalp EEG ...

Il nostro protocollo fornisce passaggi importanti che garantiscono la qualità dei dati, in particolare la qualità di ogni dato, che è la chiave del successo di uno studio EEG-fMRI simultaneo, ma raramente viene enfatizzato. Questo protocollo è semplice e utilizza solo prodotti medici prontamente disponibili, quindi è molto facile da seguire. Questo protocollo porta a una migliore qualità e leggibilità dell'EEG acquisito contemporaneamente a fMRI, che è particolarmente utile per identificare sottili cambiamenti EEG negli studi di epilessia.Questo protocollo è utile anche per identificare sottili eventi EEG in ERP a prova singola di studi neurocognitivi. Per iniziare, collegare gli amplificatori EEG e bipolari compatibili con la risonanza prima del sistema al pacco batteria completamente carico e al computer di registrazione. Assicurarsi che l'area di lavoro del software di registrazione sia configurata correttamente.Caricare una siringa da 10 millilitri con il gel conduttivo abrasivo per l'applicazione del cappuccio EEG. Misurare la circonferenza della testa del soggetto avvolgendo un metro flessibile e non allungabile intorno alla testa, sopra le creste super orbitali nell'occipite. Selezionare un cappuccio di dimensioni appropriato più grande di un centimetro rispetto alla circonferenza della testa e assicurarsi che sia comodo per il soggetto.Dopo aver posizionato il tappo nella posizione approssimativa sopra la testa del soggetto, misurare le lunghezze dell'arco di inione-nasione e segnare l'intersezione dell'arco di inione-nasione e dell'arco periauricolare. Far scorrere il cappuccio sopra la testa in modo che la posizione dell'elettrodo CZ sia regolata a questa intersezione. Assicurarsi che il cappuccio non sia ruotato orizzontalmente controllando manualmente gli elettrodi meteorologici FZ, PZ, OZ, riferimento e terra posizionati sopra l'arco di inione-nasione.Esporre la pelle sotto ogni elettrodo spostando i capelli di lato utilizzando la parte posteriore di un batuffolo di cotone. Strofinare la pelle sotto ogni elettrodo ruotando rapidamente un batuffolo di cotone contenente il 70% di soluzione alcolica posta attraverso l'apertura dell'elettrodo. Applicare una piccola quantità del gel conduttivo abrasivo nell'apertura e abrasare la pelle ruotando rapidamente un batuffolo di cotone.Monitorare l'impedenza dell'elettrodo e ripetere l'abrasione fino a quando l'impedenza scende ad almeno meno di 20 kiloohms. Una volta che l'impedenza è soddisfacente, riempire l'apertura con lo stesso gel, assicurandosi di non applicare gel eccessivo nell'apertura per evitare il ponte tra gli elettrodi. Prima di posizionare l'elettrodo ECG sul retro, chiedere al soggetto di sedersi in posizione verticale senza flettere il collo.Posizionare l'elettrodo ECG da due a tre centimetri rimasti dal solco mediano, assicurandosi che il filo sia dritto nella parte posteriore, ma con tolleranza lungo la curva del collo per evitare lo spostamento quando il soggetto si sdraia sul tavolo della risonanza prima. Strofinare la pelle sotto l'elettrodo ECG con un tampone alcolico. Attaccare l'elettrodo ECG alla pelle utilizzando un anello adesivo a doppia aspetto e monitorare l'impedenza ripetendo l'abrasione della pelle con un batuffolo di cotone.Piegare il batuffolo di cotone alcolico secco in quattro e posizionarlo sull'elettrodo ECG, quindi nastro adesivo sul pelle utilizzando un nastro adesivo chirurgico. Collegare il filo dell'elettrodo ECG alla pelle fino alla spalla. Posizionare un insieme di fili di carbonio pre-intrecciati costituiti da sei anelli sopra il cappuccio in modo che i fili siano in parallelo con il fascio di elettrodi sulla parte superiore della testa.Utilizzare il nastro chirurgico per fissare i loop intorno agli elettrodi in modo che i loop coprano la testa con ogni anello che copre quasi un'area uguale. Avvolgere la testa del soggetto con una benda elastica sopra il cappuccio EEG e gli anelli di carbonio, assicurandosi che la benda copra tutti gli elettrodi e non sia troppo stretta. Chiedi se il soggetto sente una pressione scomoda sulla testa durante l'applicazione della benda.Per l'acquisizione dello stato di riposo, istruire il soggetto ad applicare auricolari compatibili con la risonanza prima del linguaggio. Utilizzare un auricolare o auricolari per l'acquisizione basata su attività, assicurandosi che il soggetto possa sentire attraverso entrambi i lati delle cuffie o degli auricolari. Posizionare un cuscino in schiuma di memoria piatta compatibile con la risonanza magnetica nella metà inferiore della bobina della testa prima di chiedere al soggetto di sdraiarsi e posizionare la testa nella bobina.Quindi posizionare gli elettrodi e i fasci di filo di carbonio direttamente attraverso l'apertura superiore della bobina della testa. Aggiungere cuscini in schiuma di memoria sulla parte superiore della testa, sulla fronte e sull'area temporale, riempiendo tutti gli spazi lasciati all'interno della bobina della testa, senza comprimere troppo strettamente la testa del soggetto. Posizionare la metà superiore della bobina della testa e chiudere la bobina, assicurandosi che i cuscini non spremino la testa.Posizionare un cuscino in schiuma di memoria a forma di mezzo cilindro sul retro del collo in modo che il filo dell'elettrodo ECG sia inserito bene tra il cuscino e il collo. Dopo aver posizionato tutti i cuscini in schiuma di memoria, verificare che il soggetto possa ancora sentire attraverso entrambi i lati delle cuffie o degli auricolari. Posizionare lo specchio e istruire il soggetto a regolare lo specchio una volta che la testa del soggetto si trova all'isocentro del foro mri.Dopo aver collegato gli elettrodi EEG ed ECG all'amplificatore EEG e i loop del filo di carbonio all'amplificatore bipolare posto sul retro del foro MRI, collegare gli amplificatori al computer di registrazione utilizzando fibre ottiche. Quindi accendere gli amplificatori e verificare che l'impedenza di tutti gli elettrodi sia ancora bassa. Disporre tutti i fili tra l'uscita dell'apertura superiore della bobina della testa e gli amplificatori in modo che siano posizionati dritti e al centro del foro MRI.Posizionare un anello di filo di carbonio attorno al cavo a nastro, che va dalla scatola del connettore degli elettrodi EEG ed ECG all'amplificatore. Immobilizzare i fili infilandoli tutti con sacchi di sabbia MR-safe e non ferromagnetici tra l'uscita dell'apertura superiore della bobina della testa e gli amplificatori. Posizionare sacchi di sabbia sugli amplificatori e posizionare gli amplificatori al di fuori del foro del magnete, utilizzando i cavi forniti dal produttore.Comunicare con il soggetto dalla sala console per confermare che il soggetto può ascoltare l'operatore e istruire il soggetto a non muoversi durante l'acquisizione dei dati. Avviare la registrazione EEG prima di avviare l'acquisizione di fMRI. Verificare se i marcatori dello scanner e del trigger del volume vengono visualizzati periodicamente nella registrazione EEG online.I segnali EEG rappresentativi ottenuti da soggetti che hanno partecipato allo studio neurocognitivo e allo studio di epilessia utilizzando questo protocollo sono mostrati qui. I segnali EEG acquisiti da entrambi gli studi erano simili prima dell'elaborazione. I segnali EEG risultanti da entrambi gli studi erano di qualità aalizzabile senza contaminazione visibile degli artefatti ECG, come si vede qui.Le attività epilettiche sono state chiaramente viste sull'EEG durante lo studio dell'epilessia. Sull'EEG acquisito durante lo studio neurocognitivo, sono stati osservati lampeggianti, movimenti oculari e artefatti muscolari, specialmente nei cavi frontali FP1 e FP2 dopo la rimozione artefatto. Nessun manufatto proveniente dalle vibrazioni delle macchine è stato visto sui segnali EEG post-elaborati acquisiti durante entrambi gli studi.Inoltre, gli elettrodi EEG non hanno causato artefatti visibili sulle immagini MR acquisite contemporaneamente. Quando si tenta questo protocollo, immobilizzare la testa del soggetto, i fili e i cavi per ridurre adeguatamente le vibrazioni meccaniche. Questo protocollo è attualmente utilizzato per il nostro progetto di neuroscienze che richiede il rilevamento di prove singole ERP.Sta spianando la strada all'utilizzo simultaneo di EEG-MRI nella ricerca non invasiva sull'interfaccia del computer cerebrale.

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