Name: reliable acquisition of electroencephalography data during simultaneous electroencephalography and functional mri
Uploaded: 2021-03-19T13:45:00
Duration: 11 min
Description: Watch this Scientific Journal Video about Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI at JoVE.com

Este estudio fue patrocinado por el Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones de Japón (NICT).
Los autores agradecen a los físicos y tecnólogos de MRI en el Centro de Información y Redes Neuronales por su dedicación en la adquisición de datos de MRI de buena calidad.
El Dr. Khoo está financiado por Grant-in-Aid for Scientific Research (Nos. 18H06261, 19K21353, 20K09368) del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón y una subvención del Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones de Japón (NICT), y fue apoyado por Mark Rayport y Shirley Ferguson Rayport en cirugía de epilepsia y la beca Preston Robb del Instituto Neurológico de Montreal (Canadá), una beca de investigación de la Uehara Memorial Foundation (Japón). Recibió un premio patrocinado de la Sociedad Japonesa de Epilepsia, el apoyo del programa de becarios de la Sociedad Americana de Epilepsia (AES) y una beca de viaje de la Liga Internacional contra la Epilepsia (ILAE).
El Dr. Tani es financiado por Grant-in-Aid for Scientific Research (No. 17K10895) del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón y recibió apoyo de investigación de la Fundación Mitsui-Kousei, financiamiento para un viaje de Medtronic, regalías de la publicación de artículos (Gakken Medical Shujunsha, Igaku-shoin), y honorarios de servir como orador (Medtronic, Daiichi-Sankyo Pharmaceuticals, Eisai Pharmaceuticals).
El Dr. Oshino está financiado por Grant-in-Aid for Scientific Research (No. 17K10894) del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón. Recibió regalías por la publicación de artículos (Medicalview, Igaku-shoin), y honorarios por servir como orador (Insightec, Eisai Pharmaceuticals, Daiichi-Sankyo Pharmaceuticals, UCB, Otsuka Pharmaceuticals, Teijin Pharma, Yamasa Corporation).
El Dr. Fujita está financiado por Grant-in-Aid for Scientific Research (No. 19K18388) del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón.
El Dr. Gotman está financiado por los Institutos Canadienses de Investigación en Salud (No. FDN 143208).
El Dr. Kishima está financiado por Grant-in-Aid for Scientific Research (Nos. 18H04085, 18H05522, 16K10212, 16K10786) del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología del Japón, Programa Interministerial de Promoción de la Innovación Estratégica (No. SIPAIH18E01), Japan Agency for Medical Research and Development, and Japan Epilepsy Research Foundation.

<ol>
	<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. R. <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+EEG+during+fMRI+experiments:+patient+safety.">Recording of EEG during fMRI experiments: patient safety.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 38 (6), 943-952 (1997).</li><li>Benar, C., 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=Quality+of+EEG+in+simultaneous+EEG-fMRI+for+epilepsy.">Quality of EEG in simultaneous EEG-fMRI for epilepsy.</a> Clinical Neurophysiology. 114 (3), 569-580 (2003).</li><li>Masterton, R. A., Abbott, D. F., Fleming, S. W., Jackson, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+and+reduction+of+motion+and+ballistocardiogram+artefacts+from+simultaneous+EEG+and+fMRI+recordings.">Measurement and reduction of motion and ballistocardiogram artefacts from simultaneous EEG and fMRI recordings.</a> Neuroimage. 37 (1), 202-211 (2007).</li><li>Niazy, R. K., Beckmann, C. F., Iannetti, G. D., Brady, J. M., Smith, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removal+of+FMRI+environment+artifacts+from+EEG+data+using+optimal+basis+sets.">Removal of FMRI environment artifacts from EEG data using optimal basis sets.</a> Neuroimage. 28 (3), 720-737 (2005).</li><li>vander Meer, J. 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. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+concurrent+EEG+and+fMRI+to+probe+the+state+of+the+brain+in+schizophrenia.">Using concurrent EEG and fMRI to probe the state of the brain in schizophrenia.</a> NeuroImage: Clinical. 12, 429-441 (2016).</li><li>Menon, V., Crottaz-Herbette, 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> International Review of Neurobiology. , 291-321 (2005).</li><li>Liu, T. T. <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+II:+design+of+experiments.">Efficiency, power, and entropy in event-related fMRI with multiple trial types. 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. J., Castellone, P., Bowtell, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Best+current+practice+for+obtaining+high+quality+EEG+data+during+simultaneous+FMRI.">Best current practice for obtaining high quality EEG data during simultaneous FMRI.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (76), e50283 (2013).</li><li>Ragazzoni, A., 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="Hit+the+missing+stimulus".+A+simultaneous+EEG-fMRI+study+to+localize+the+generators+of+endogenous+ERPs+in+an+omitted+target+paradigm.">"Hit the missing stimulus". A simultaneous EEG-fMRI study to localize the generators of endogenous ERPs in an omitted target paradigm.</a> Scientific Reports. 9 (1), 3684 (2019).</li><li>. 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>

Los autores no reportan revelaciones relevantes para el manuscrito.

Este protocolo destacó los puntos importantes para la adquisición simultánea segura de EEG-fMRI de datos de buena calidad.
Algunos errores comunes que resultan en artefactos difíciles de quitar en EEG, así como técnicas de solución de problemas son los siguientes. En primer lugar, elegir sujetos que cumplan con las normas y sean cooperativos y garantizar su comodidad durante la adquisición de datos puede evitar la terminación prematura debido a los movimientos del sujeto (pasos 2.1 y 5.4). En segundo lugar, la impedancia que no cae por debajo de 20 kΩ después de la abrasión repetida del cuero cabelludo (paso 2.9) es más probable que se deba a un cepillado inadecuado después de su uso. Cepillar a fondo cada abertura de los electrodos EEG al lavar la tapa previene este problema. En tercer lugar, la configuración inadecuada del hardware y el software puede resultar en la saturación de las señales de EEG que posteriormente dificultan la eliminación de artefactos durante el procesamiento de EEG fuera de línea. Por último, para evitar el registro de señales de EEG saturadas, mantener la impedancia de cada electrodo por debajo de 20 kΩ después de colocar al sujeto en el escáner de RM antes de la adquisición de datos; disminuir adecuadamente las vibraciones mecánicas mediante la inmovilización de la tapa de EEG (que también significa la cabeza del sujeto), cables y alambres; supervise la señal EEG en bruto en línea con el software de grabación y asegúrese de que la velocidad de muestreo y la resolución de amplitud estén configuradas correctamente.
La adquisición simultánea de EEG y fMRI plantea importantes problemas de seguridad relacionados con el calentamiento inducido por RF y las corrientes inducidas por gradiente de conmutación debido a la presencia de cables eléctricos conectados al sujeto en el campo magnético que cambia rápidamente5. Estos problemas de seguridad se han minimizado en gran medida a lo largo de los años después de los hallazgos de la investigación que han mejorado el conocimiento de este aspecto y llevado a grandes mejoras en la tecnología de equipos de EEG compatibles con MRI. Sin embargo, la preparación descuidada sin el conocimiento adecuado o sin tomar las precauciones de seguridad pone a los sujetos en peligro. Por ejemplo, los bucles que se forman en cualquier lugar dentro del circuito inducen corriente y posible lesión por calor. La adquisición con los electrodos a alta impedancia no solo obstaculiza la calidad de los datos de EEG, sino que también representa un peligro potencial para el sujeto (lesión térmica debido a la alta densidad de corriente). El mismo peligro se aplica a los electrodos rotos. Los cables colocados muy cerca de la pared del orificio de RM, es decir, lejos del centro, también suponen un peligro potencial de calentamiento para el sujeto (calentamiento debido al efecto de antena)25. Este protocolo enfatiza los siguientes aspectos de seguridad: no se forman bucles dentro del circuito entre el sujeto y el amplificador, todos los electrodos tienen baja impedancia durante la resonancia magnética y todos los cables se colocan en el centro del orificio. Se recomienda a los operadores principiantes que se sometan a capacitación y sigan las pautas del fabricante que se encuentran en el manual de usuario y los videos de demostración20 para evitar cualquier problema de seguridad.
Las causas principales de los artefactos encontrados en EEG-fMRI son gradiente de la conmutación del MRI, bcg, o los movimientos gruesos o sutiles del tema (movimientos de la cara, apretar, tragar el etc.). En algunas configuraciones de MRI, los artefactos causados por la bomba de helio y los ventiladores también comprometen significativamente las señales de EEG. Los artefactos de gradiente MR son bastante consistentes en las formas de onda y pueden corregirse suficientemente utilizando una técnica de resta basada en plantillas si se graban completamente sin distorsión utilizando amplificadores con un rango dinámico suficiente24. Los artefactos bcg se corrigen generalmente utilizando la técnica de resta26,el análisis de componentes independiente6,el conjunto de basesóptimas 8,o una combinación de estas técnicas10. Recientemente, se ha desarrollado la eliminación de artefactos mediante regresión simple basada en señales adquiridas simultáneamente con bucles de alambre de carbono7,9. El protocolo aquí presentado ilustra el aspecto técnico, con el objetivo de proporcionar una guía introductoria para aquellos que estén interesados en utilizar este método. Este método elimina bcg, movimientos sutiles sujetos, y artefactos de la bomba de helio y las señales de EEG resultantes son, según se informa, superiores a los corregidos utilizando otros métodos7,9. Sin embargo, los artefactos de movimiento más grandes, especialmente aquellos que contienen movimientos de balanceo, no son removibles incluso utilizando este método7. A pesar de la mejora de estas metodologías de eliminación de artefactos a lo largo de los años, los artefactos inconsistentes, incluidos los causados por la vibración inducida por maquinaria de RMN, siguen siendo difíciles de eliminar. Por otra parte, cuanto más extenso sea el procedimiento de eliminación de artefactos, mayor será el riesgo de perder algunas señales de EEG reales. Por lo tanto, una buena preparación que puede minimizar los artefactos inconsistentes sigue siendo más importante en la adquisición de EEG-fMRI. En este protocolo, estos artefactos se minimizan mediante el uso de: (1) un vendaje elástico para envolver la cabeza y almohadas de espuma de memoria para inmovilizar la cabeza en la bobina de la cabeza, para reducir la posible vibración de los cables manteniendo la comodidad del sujeto; (2) algodón y cinta adhesiva médica para reducir la vibración del alambre del electrodo de ECG que puede no ser completamente inmovilizado por el propio peso del sujeto (parcialmente flotando entre el sujeto y la mesa, especialmente en un sujeto delgado); y (3) sacos de arena para inmovilizar los cables colocados en el agujero de MRI. Estas son técnicas importantes para minimizar los artefactos de vibración inducida por maquinaria de RMN difíciles de eliminar, que no han sido descritos en el protocolo EEG-fMRI previamente publicado20. En ese protocolo, colocaron a los temas en el escáner sin envolver adicional sobre el casquillo y el acolchado de EEG alrededor de la cabeza, y los cables fueron grabados solamente en algunos puntos sin la inmovilización usando las bolsas de arena. Basándonos en 20 años de experiencia en el Instituto Neurológico de Montreal, nos dimos cuenta de que esas medidas pueden contribuir a la susceptibilidad de los cables y cables de los electrodos a la vibración inducida por la maquinaria de RMN, aunque rara vez se enfatizan en la mayoría de los estudios de EEG-fMRI6. La minimización de la vibración inducida por la maquinaria de RM conduce posteriormente a una mejor calidad y legibilidad del EEG, que es particularmente útil para identificar cambios o eventos sutiles en el EEG6,como pequeñas descargas epilépticas en estudios de epilepsia y ERP de un solo ensayo en estudios neurocognitivos.
La detección de ERPs en señales de EEG es un requisito previo para los estudios cognitivos de neurociencia. En contraste con la respuesta clásica del promedio general en todos los ensayos, la detección de un solo ensayo ERP, que proporciona información sobre la dinámica cerebral en respuesta a un estímulo particular, se está convirtiendo en un nuevo objetivo en los estudios modernos de neurociencia cognitiva y la investigación no invasiva de la interfaz cerebro-computadora27. La aplicación del presente protocolo puede contribuir a aumentar la eficacia en estos campos de investigación.
El protocolo es el más adecuado para el sistema EEG compatible con MRI utilizado en este estudio. Sin embargo, creemos que los puntos importantes pueden también ser aplicables a otros sistemas MRI-compatibles de EEG.

La proyección de imagen de resonancia magnética funcional (fMRI) proporciona una medida de actividad neuronal con respuestas hemodinámicas midiendo cambios sangre-oxígeno-nivel-dependientes (NEGRILLA) durante un acontecimiento electrográfico. La electroencefalografía simultánea (EEG) y fMRI (EEG-fMRI) es una herramienta de investigación no invasiva que combina las propiedades sinérgicas del EEG del cuero cabelludo (buena resolución temporal) y fMRI (buena resolución espacial), permitiendo una mejor localización del sitio responsable de la generación de eventos electrográficos detectables en EEG. Fue desarrollado por primera vez en la década de 1990 para el uso en el campo de la epilepsia1,2 y posteriormente se ha utilizado en la investigación de la neurociencia desde la década de 20003,4. Con el aumento del conocimiento sobre la seguridad5 y el desarrollo continuo de técnicas para la eliminación de artefactos inducidos por RMN en EEG3,6,7,8,9,10,es actualmente una herramienta ampliamente utilizada tanto en neurociencia como en investigación clínica11.
EEG-fMRI se adquiere en reposo o durante una tarea, dependiendo de la pregunta de investigación. En general, la adquisición del estado de reposo permite la identificación de estructuras involucradas en la generación de una característica particular de EEG (por ejemplo, forma de onda, ritmo, frecuencias, potencia) y ayuda a comprender las actividades cerebrales espontáneas variables11. Una serie de estudios de neurociencia y la mayoría de los estudios clínicos, especialmente aquellos sobre epilepsia12,adquieren EEG-fMRI en reposo11. La adquisición basada en tareas permite la identificación de las áreas cerebrales y las actividades eléctricas cerebrales asignadas o relacionadas con una tarea específica y ayuda a establecer el vínculo entre las actividades eléctricas y las áreas cerebrales asociadas con la tarea. La adquisición basada en tareas se utiliza principalmente en estudios de neurociencia11 y algunos estudios clínicos13. La mayoría de las adquisiciones de EEG-fMRI basadas en tareas utilizan un diseño relacionado con eventos. El tipo de modelado utilizado para integrar los datos de EEG y fMRI determina si la eficiencia o la potencia de detección deben maximizarse en el diseño de la tarea14. Consulte los estudios de Menon et al.14 y Liu et al.15,16 para obtener detalles sobre el diseño de la tarea.
Aunque la adquisición de datos durante EEG-fMRI puede parecer sencilla, la preparación exige experiencia. Un protocolo para guiar la preparación adecuada para la adquisición de datos es importante para garantizar tanto la seguridad como el rendimiento (es decir, datos analizables y confiables). A pesar de la existencia de varias técnicas para quitar los artefactos MRI-inducidos de EEG, los artefactos contrarios en el EEG registrados, especialmente ésos relacionados con la vibración maquinaria-inducida de los alambres y de los movimientos gruesos de los temas, siguen siendo difíciles de quitar totalmente; por lo tanto, estos artefactos deben minimizarse durante la adquisición de datos.
Este artículo presenta un protocolo directo que utilice los productos médicos MRI-compatibles fácilmente disponibles. El protocolo proporciona pasos importantes que aseguran la calidad de los datos, particularmente la calidad de los datos de EEG, que es clave para el éxito de un estudio de EEG-fMRI. Este protocolo se desarrolló sobre la base de la experiencia de 20 años del equipo de investigación de EEG-fMRI en el Instituto Neurológico de Montreal12,17 y se modificó aún más para su uso en la Universidad de Osaka, lo que beneficia tanto a los operadores inexpertos como a los expertos.

<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

La electroencefalografía simultánea (EEG) y la resonancia magnética funcional (fMRI), EEG-fMRI, combinan las propiedades complementarias de EEG del cuero cabelludo (buena resolución temporal) y fMRI (buena resolución espacial) para medir la actividad neuronal durante un evento electrográfico, a través de respuestas hemodinámicas conocidas como cambios sangre-oxígeno-nivel-dependientes (BOLD). Es una herramienta de investigación no invasiva que se utiliza en la investigación en neurociencia y es altamente beneficiosa para la comunidad clínica, especialmente para el manejo de enfermedades neurológicas, siempre que se administren equipos y protocolos adecuados durante la adquisición de datos. Aunque el registro de EEG-fMRI es aparentemente sencillo, la preparación correcta, especialmente en la colocación y fijación de los electrodos, no solo es importante para la seguridad, sino que también es crítica para garantizar la fiabilidad y la analizabilidad de los datos de EEG obtenidos. Esta es también la parte más exigente de la experiencia de la preparación. Para abordar estos problemas, se desarrolló un protocolo sencillo que garantiza la calidad de los datos. Este artículo proporciona una guía paso a paso para adquirir datos confiables de EEG durante EEG-fMRI usando este protocolo que utiliza productos médicos fácilmente disponibles. El actual protocolo se puede adaptar a diversos usos de EEG-fMRI en la investigación y los ajustes clínicos, y puede ser beneficioso a los operadores inexpertos y expertos.

Al colocar la tapa de EEG utilizando este protocolo, la impedancia de cada electrodo generalmente cae por debajo de 20 kΩ (Figura 1). Las señales representativas de EEG obtenidas de un sujeto (hombre de 20 años) que participó en un estudio neurocognitivo, y de un sujeto diferente (mujer de 19 años) que participó en un estudio de epilepsia utilizando este protocolo en el mismo escáner de RM se muestran en la Figura 2 y la Figura 3,respectivamente. El tema que experimentó la prueba neurocognitive fue mandado para mantener los ojos abiertos pero permanezca quieto mientras que realiza una tarea visual según lo mandado. El sujeto para el estudio de la epilepsia fue mandado para cerrar los ojos y dormir, pues las actividades epilépticas son típicamente más frecuentes durante sueño. Las señales de EEG adquiridas de ambos estudios fueron similares antes del procesamiento(Figura 2); el artefacto del gradiente de MRI oscureció las señales verdaderas de EEG. Las señales de EEG de ambos estudios se procesaron fuera de línea de la siguiente manera: Los artefactos de RMN se eliminaron utilizando el método de resta24; y BCG, movimientos, y artefactos de la bomba de helio se eliminaron utilizando la regresión de las señales registradas de los bucles de alambre de carbono7,9. Las señales de EEG resultantes(Figura 3B)de ambos estudios fueron de calidad analizable sin contaminación visible de los artefactos de BCG(Figura 3A). Las actividades epilépticas fueron claramente observadas en el EEG durante el estudio de la epilepsia (Figura 3B). En el EEG adquirido durante el estudio neurocognitivo, se observaron temblores, movimiento ocular y artefactos musculares, especialmente en los cables frontales (Fp1 y Fp2) después de la eliminación del artefacto(Figura 3B)debido a la naturaleza del estudio, y pueden eliminarse aún más utilizando otros métodos dependiendo de la necesidad. No se observó ningún artefacto procedente de vibraciones de la maquinaria en las señales de EEG postprocesadas adquiridas durante ambos estudios(Figura 3B comparable a las señales de EEG adquiridas fuera de la RMN, como se muestra en la Figura 3C). No se observó ningún artefacto procedente de los electrodos EEG en las imágenes de RM adquiridas simultáneamente (Figura 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig01.jpg"> Figura 1:Impedancia representativa de electrodos de EEG que cayeron por debajo de 5 kΩ tras la aplicación de una tapa de EEG de 32 canales en un sujeto que participó en un estudio neurocognitivo. Cada círculo de color redondo representa un electrodo EEG, con el nombre del electrodo escrito dentro del círculo; la posición de cada círculo representa la posición de cada electrodo en la tapa de EEG. La barra de color y los números de la derecha representan el rango de la impedancia que se está midiendo (0-5 kΩ en este caso); el color verde indica que el valor de impedancia es menor que el valor de Nivel bueno y el color rojo indica Nivel incorrecto. En este ejemplo, los electrodos CP1, O1, Oz, O2 y ECG se indican en verde claro, lo que significa que las impedancias de estos electrodos eran de 2 kΩ; el resto de los electrodos están indicados en verde oscuro, lo que significa que las impedancias de estos electrodos eran de 0 kΩ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig02.jpg"> Figura 2:Señal EEG antes del procesamiento. Tenga en cuenta que el artefacto de gradiente de MRI oscureció las señales reales de EEG. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig02large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig3v2.jpg"> Figura 3: Señales representativas de EEG de sujetos que participaron en estudios neurocognitivos y de epilepsia. Las señales de EEG en la fila superior eran de un estudio neurocognitive y ésas en la fila inferior eran de un estudio de la epilepsia. Las señales EEG se procesaron fuera de línea. (A)Señales de EEG después de la eliminación de artefactos de gradiente de RMN. Las cajas en azul claro indican artefactos BCG. (B) Señales de EEG después de la eliminación del artefacto utilizando la regresión de las señales registradas de los bucles de alambre de carbono. (C) Señales de EEG grabadas fuera de MRI usando el mismo equipo de EEG. Las señales EEG se mostraron en montaje referencial (referencia en FCz); EEG en el montaje bipolar (cada canal representa la diferencia de voltaje entre un par de electrodos adyacentes) del mismo segmento también se muestra para EEG adquirido durante un estudio de epilepsia para facilitar la visualización de actividades epilépticas. Las puntas de flecha azules (B y C, fila superior) indican parpadeo (deflexiones descendentes lentas de alta amplitud/potenciales difásicos en Fp1 y Fp2), la punta de flecha negra (B, fila superior) indica el movimiento ocular resultante de un saccade o un cambio espontáneo de mirada (pequeñas y rápidas deflexiones en Fp1 y Fp2), y los rectángulos verdes (B, fila superior) indican el ritmo alfa visto en el EEG adquirido durante un estudio neurocognitivo. Las actividades de baja amplitud y de alta frecuencia predominantemente en Fp1 y Fp2 son artefactos musculares (engrosamiento del trazado de EEG, fila superior). Las puntas de flecha rojas (B y C, fila inferior) indican los puntos de tiempo en los cuales las actividades epilépticas fueron identificadas en EEG adquirido durante un estudio de la epilepsia (deflexiones agudas hacia abajo o hacia arriba que son seguidas a veces por una onda lenta). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig3v2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62247/62247fig04.jpg"> Figura 4:Datos representativos de RMN adquiridos de un sujeto utilizando este protocolo. Observe que los electrodos de EEG no causaron artefactos visibles en SR. imágenes adquiridas simultáneamente. (A)la magnetización preparó la adquisición rápida con la imagen del eco del gradiente; (B)eco de imagen plana. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62247/62247fig04large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI at JoVE.com

Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI

Este artículo proporciona un protocolo directo para adquirir datos de la electroencefalografía de buena calidad (EEG) durante EEG simultáneo y proyección de imagen de resonancia magnética funcional utilizando productos médicos fácilmente disponibles.

Adquisición confiable de datos de electroencefalografía durante la electroencefalografía simultánea y la RMN funcional

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

Nuestro protocolo proporciona pasos importantes que aseguran la calidad de los datos, particularmente la calidad de cada dato, que es clave para el éxito de un estudio simultáneo de EEG-fMRI, pero rara vez se enfatiza. Este protocolo es sencillo y utiliza sólo productos médicos fácilmente disponibles, por lo tanto, es muy fácil de seguir. Este protocolo lleva a una mejor calidad y legibilidad del EEG adquirido simultáneamente con el fMRI, que es particularmente útil para identificar cambios sutiles de EEG en estudios de la epilepsia.Este protocolo es también útil para identificar eventos sutiles de EEG en erps del solo ensayo de estudios neurocognitive. Para comenzar, conecte el EEG compatible con MRI y los amplificadores bipolares a los paquetes de baterías completamente cargados y a la computadora de grabación. Asegúrese de que el espacio de trabajo del software de grabación esté configurado correctamente.Cargue una jeringa de 10 mililitros con el gel conductor abrasivo para la aplicación de la tapa de EEG. Mida la circunferencia de la cabeza del sujeto envolviendo una cinta métrica flexible y no estirable alrededor de la cabeza, sobre las crestas súper orbitales en el occipucio. Seleccione una tapa de tamaño adecuado que sea un centímetro más grande que la circunferencia de la cabeza y asegúrese de que sea cómoda para el sujeto.Después de colocar la tapa en la posición aproximada sobre la cabeza del sujeto, mida las longitudes del arco inion-nasion, y marque la intersección del arco inion-nasion y el arco periauricular. Deslice la tapa sobre la cabeza para que la posición del electrodo CZ se ajuste a esta intersección. Asegúrese de que la tapa no se gire horizontalmente comprobando manualmente que los electrodos meteorológicos FZ, PZ, OZ, referencia y tierra estén colocados sobre el arco de inión-nasion.Exponga la piel debajo de cada electrodo desplazando el cabello hacia un lado usando la parte posterior de un hisopo de algodón. Frote la piel debajo de cada electrodo girando rápidamente un hisopo de algodón que contiene una solución de alcohol al 70% colocada a través de la abertura del electrodo. Aplique una pequeña cantidad del gel conductor abrasivo en la abertura y desgastar la piel haciendo girar rápidamente un hisopo de algodón.Controle la impedancia del electrodo y repita la abrasión hasta que la impedancia caiga al menos por debajo de 20 kilohmios. Una vez que la impedancia sea satisfactoria, llene la abertura con el mismo gel, asegurándose de no aplicar gel excesivo en la abertura para evitar el puente entre electrodos. Antes de colocar el electrodo de ECG en la parte posterior, pídale al sujeto que se siente en posición vertical sin flexionar el cuello.Coloque el electrodo de ECG de dos a tres centímetros a la izquierda del surco mediano, asegurándose de que el alambre esté recto en la parte posterior, pero con permiso a lo largo de la curva del cuello para evitar el desplazamiento cuando el sujeto se acueste sobre la mesa de RESONANCIA MAGNÉTICA. Frote la piel debajo del electrodo de ECG con un hisopo de alcohol. Conecte el electrodo de ECG a la piel usando un anillo adhesivo de doble cara y controle la impedancia repitiendo la abrasión de la piel con un hisopo de algodón.Doble el hisopo de algodón de alcohol seco en cuatro y colóquelo en el electrodo de ECG, luego pegue el hisopo a la piel usando una cinta adhesiva quirúrgica. Pegue el cable del electrodo de ECG a la piel hasta el hombro. Coloque un conjunto de cables de carbono pre-trenzados que consta de seis bucles sobre la tapa para que los cables estén en paralelo con el haz de electrodos en la parte superior de la cabeza.Utilice cinta quirúrgica para asegurar los bucles alrededor de los electrodos para que los bucles cubran la cabeza con cada bucle cubriendo casi un área igual. Envuelva la cabeza del sujeto con un vendaje elástico sobre la tapa de EEG y los bucles de carbono, asegurándose de que el vendaje cubra todos los electrodos y no esté demasiado apretado. Pregunte si el sujeto siente una presión incómoda en la cabeza mientras aplica el vendaje.Para la adquisición del estado de reposo, instruya al sujeto para que aplique auriculares compatibles con MRI. Use auriculares o auriculares para la adquisición basada en tareas, asegurándose de que el sujeto pueda oír a través de ambos lados de los auriculares o auriculares. Coloque una almohada de espuma de memoria plana compatible con MRI en la mitad inferior de la bobina de la cabeza antes de pedirle al sujeto que se acueste y coloque la cabeza en la bobina.Luego coloque los haces de electrodos y alambres de carbono directamente a través de la abertura superior de la bobina de la cabeza. Agregue almohadas de espuma de memoria en la parte superior de la cabeza, la frente y el área temporal, llenando todos los espacios que quedan dentro de la bobina de la cabeza, sin comprimir la cabeza del sujeto demasiado apretadamente. Coloque la mitad superior de la bobina de la cabeza y cierre la bobina, asegurándose de que las almohadas no estén apretando la cabeza.Coloque una almohada de espuma de memoria de forma de medio cilindro en la parte posterior del cuello para que el cable del electrodo de ECG esté bien intercalado entre la almohada y el cuello. Después de colocar todas las almohadas de espuma de memoria, pruebe que el sujeto todavía puede escuchar a través de ambos lados de los auriculares o auriculares. Coloque el espejo e indique al sujeto que ajuste el espejo una vez que la cabeza del sujeto esté en el isocentro del orificio de la RESONANCIA MAGNÉTICA.Después de conectar los electrodos EEG y ECG al amplificador EEG, y los bucles de alambre de carbono al amplificador bipolar colocado en la parte posterior del orificio de mri, conecte los amplificadores a la computadora de grabación usando fibras ópticas. A continuación, encienda los amplificadores y compruebe que la impedancia de todos los electrodos sigue siendo baja. Coloque todos los cables entre la salida de la abertura superior de la bobina de la cabeza y los amplificadores para que se coloquen rectos y en el centro del orificio de la RESONANCIA MAGNÉTICA.Coloque un bucle de alambre de carbono alrededor del cable de cinta, yendo desde la caja conectora de electrodos EEG y ECG hasta el amplificador. Inmovilizar los cables intercalando todos ellos con sacos de arena seguros para MR y no ferromagnéticos entre la salida de la abertura superior de la bobina de la cabeza y los amplificadores. Coloque sacos de arena en los amplificadores y coloque los amplificadores fuera del orificio del imán, utilizando cables suministrados por el fabricante.Comuníquese con el sujeto desde la sala de la consola para confirmar que el sujeto puede escuchar al operador e indicarle que no se mueva durante la adquisición de datos. Inicie la grabación de EEG antes de iniciar la adquisición de fMRI. Compruebe si los marcadores del escáner y el disparador de volumen se muestran periódicamente en la grabación de EEG en línea.Las señales representativas de EEG obtenidas de los temas que participaron en el estudio neurocognitive y el estudio de la epilepsia usando este protocolo se muestran aquí. Las señales de EEG adquiridas de ambos estudios fueron similares antes del procesamiento. Las señales de EEG resultantes de ambos estudios fueron de calidad analizable sin contaminación visible de los artefactos de ECG, como se ve aquí.Las actividades epilépticas fueron consideradas claramente en el EEG durante el estudio de la epilepsia. En el EEG adquirido durante el estudio neurocognitive, el parpadeo, el movimiento de ojo, y los artefactos del músculo fueron considerados, especialmente en los plomos frontales FP1 y FP2 después del retiro del artefacto. No se observó ningún artefacto que originaba de las vibraciones de la maquinaria en las señales postprocesadas de EEG adquiridas durante ambos estudios.Además, los electrodos de EEG no causaron artefactos visibles en SR. imágenes adquiridas simultáneamente. Al intentar este protocolo, inmovilizar la cabeza del sujeto, los cables y los cables para disminuir adecuadamente las vibraciones mecánicas. Este protocolo se utiliza actualmente para nuestro proyecto de neurociencia que requiere la detección de un solo ensayo ERP.Está allanando el camino para el uso de EEG-MRI simultáneo en la investigación no invasiva de la interfaz de la computadora del cerebro.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

Mapeo funcional con MEG y EEG simultáneo

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the ...

Investigación

Neurociencias

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography (dEEG)

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography dEEG

La investigación de la cognición social en niños y adultos usando electroencefalografía denso conjunto ( D EEG)

Dense array electroencephalography (dEEG), which provides a non-invasive window for measuring brain activity and a temporal resolution unsurpassed by any ...

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Neuroimagen Funcional Utilizando ultrasonidos hematoencefálica perturbación de la barrera y la RM-manganeso mayor

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Simultaneous Electroencephalography, Real-time Measurement of Lactate Concentration and Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity in the Rodent Cerebral Cortex

Electroencefalografía simultánea, en tiempo real Medición de la concentración de lactato y Manipulación optogenético de la actividad neuronal en la corteza cerebral de roedores

Although the brain represents less than 5% of the body  by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body  at rest1. The ...

Investigating the Function of Deep Cortical and Subcortical Structures Using Stereotactic Electroencephalography: Lessons from the Anterior Cingulate Cortex

La investigación de la función de profunda cortical y estructuras subcorticales Usando estereotáctica Electroencefalografía: Lecciones de la corteza cingulada anterior

Stereotactic Electroencephalography (SEEG) is a technique used to localize seizure foci in patients with medically intractable epilepsy. This procedure ...

Optogenetic Functional MRI

RM funcional Optogenética

The investigation of the functional connectivity of precise neural circuits across the entire intact brain can be achieved through optogenetic functional ...

Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

Grabación concurrente de electroencefalografía Co localizada y potencial de campo Local en roedores

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the ...

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

Según los Estados y análisis de complejidad de Omega de la electroencefalografía de estado descansando

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Estímulo magnético de Transcranial combinado y electroencefalograma (EEG) de la corteza Prefrontal Dorsolateral

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Data Acquisition and Analysis In Brainstem Evoked Response Audiometry In Mice

Adquisición y análisis de datos en Brainstem Evocada Audiometría de Respuesta en Ratones

Brainstem evoked response audiometry (BERA) is of central relevance in the clinical neurophysiology. As other evoked potential (EP) techniques, such as ...