Name: measuring the influence of magnetic vestibular stimulation on nystagmus, self-motion perception, and cognitive performance in a 7t mrt
Uploaded: 2023-03-03T14:00:00
Duration: 8 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring the Influence of Magnetic Vestibular Stimulation on Nystagmus, Self-Motion Perception, and Cognitive Performance in a 7T MRT at JoVE.com

我们感谢参与者和MR团队，以及审稿人，他们的宝贵意见提高了稿件的质量。我们感谢D. S. Zee的宝贵建议。我们很感激DIATEC AG为实验提供了一台眼动追踪笔记本电脑。该项目得到了伯尔尼大学授予FWM和GM的SITEM-Insel支持赠款的支持。

以下步骤是符合《赫尔辛基宣言》的研究的一部分，并获得了瑞士伯尔尼州伦理委员会（2019-02468）的批准。所有参与者在参与研究之前都给予了书面知情同意。
注意：建议在MVS实验之前评估参与者的前庭功能，使用标准的前庭诊断测试，例如问卷（例如，头晕障碍量表29），双热热量测试，旋转摆动测试，头部冲动测试（HIT），主观视觉垂直（SVV），前庭诱发肌电位（c-VEMP），眼前庭肌生成电位（o-VEMP），动态视力（DVA）和/或动态姿势造影。
1. 在扫描仪室准备实验装置（图2）
注意：所有带入扫描室的材料必须符合MRI安全。
<ol><li>用交叉以太网电缆连接实验计算机和眼动追踪计算机，以实现数据收集的同步。</li>
	<li>通过响应框将参与者操作的响应按钮与实验计算机连接。</li>
	<li>打开连接到实验计算机的投影仪。</li>
	<li>通过将磁力计设备插入 USB 连接器，将其连接到磁力计计算机。 注意：3D磁力计必须适合并校准超高场强。在本研究中使用的软件中，选择了以下设置：单位 = 特斯拉，范围 = 20.00，采集速率 = 100.00 Hz。</li>
	<li>使用屏蔽火线电缆将眼动追踪护目镜连接到眼动追踪计算机。 注意：除非电缆足够长，否则必须从扫描仪室内看到眼动追踪计算机屏幕，以便调整眼动追踪护目镜。如有必要，请使用放置在MRI室和控制室之间窗户前面的外部屏幕。</li>
	<li>打开眼动追踪软件9，25。</li>
</ol>2. 参与者进入MRI扫描仪的准备
注意：以下步骤对参与者和员工的安全至关重要。
<ol><li>让参与者阅读并签署知情同意书。</li>
	<li>确认参与者不符合MRI排除标准。提供 MRI 安全的衣服，去除金属物体（例如穿孔），并提供妊娠试验（如果适用）。 注意：有关 MR 安全标准，请参阅 https://mr-gufi.de/index.php/dokumente。标准因研究地点而异。</li>
	<li>彻底取下隐形眼镜、眼影和睫毛膏（以获得更好的眼动追踪）。</li>
</ol>3. 告知参与者实验程序和任务
<ol><li>解释实验过程并提供有关任务的说明。让参与者完成练习试验（如果适用）。</li>
	<li>如果评估了自我运动感知，请告知参与者特定的平移和旋转轴（见 图1A）。对于特定的动作，使用令人难忘的术语，例如，“烧烤旋转”表示仰卧位偏航（围绕头部垂直轴）的旋转26。</li>
</ol>4. 眼动仪和磁力计测量的准备
<ol><li>将弹性头带和脑电图帽放在参与者的头部（例如，没有电极的MRI安全脑电图帽）（见 图3A）。</li>
	<li>将磁力计固定在一只耳朵后面（必须在 3D-CISS 序列图像的范围内），将其拉到弹性头带和 EEG 帽下方。用胶带适当固定（见 图3B）。</li>
	<li>在脑电图帽上戴上眼动追踪护目镜（见 图3C）。</li>
	<li>让参与者插入耳塞。</li>
	<li>调整护目镜（左/右居中、上/下居中、对焦）和软件中的眼动追踪参数（左/右居中、上/下居中、瞳孔大小、对比度、虹膜图案），以确保良好的跟踪。</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64022/64022fig03.jpg"> 图3：参与者的准备 。 （A）弹性头带和脑电图帽（无电极），用于固定磁力计。（B）磁力计放在一只耳朵后面。（C） 安装眼动追踪护目镜。（D）取下磁力计探头并更换为用于成像的水移液管。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64022/64022fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的大图。</a>
5. 记录眼动追踪校准文件
注意：如果在每次运行之前以及在参与者移动到扫描仪的位置进行校准，则校准将是最精确的。这里报告的程序不太精确，但由于时间和技术限制而选择。
<ol><li>让参与者坐在校准刺激物前1米处（例如用卷尺测量眼睛刺激距离）。</li>
	<li>调整软件中的眼动追踪参数（瞳孔大小、对比度、虹膜图案）以获得良好的追踪效果。<ol><li>按 记录 开始数据采集。</li>
		<li>让参与者看每个点 1 秒（总共五个点，连续三个，中间上方一个，中间下方一个，点的距离 10 厘米），并口头指示：左、下、中、上、右。</li>
		<li>按停止 停止数据采集。</li>
	</ol></li>
</ol>6. 进入扫描仪前测量自发性眼球震颤
注意：在仰卧位在磁场之外进行测量时最精确。这可以通过可拆卸的MRI床进行。如果不可用，如本研究中使用的设置，应选择50 mT线以外的位置（地板上的虚线）。测量位置的磁场强度可以用磁力计评估（此处使用的设置中为0.02 T）。
<ol><li>戴上护目镜盖，确保参与者看不到任何光线。否则，让参与者用黑色织物遮住头部以消除任何光线进入。</li>
	<li>调整软件中的眼动追踪参数（瞳孔大小、对比度、虹膜图案）以获得良好的追踪效果。告诉参与者睁大眼睛。<ol><li>按 记录开始数据采集。</li>
		<li>测量眼球运动至少30秒。如有必要，重新调整眼动追踪参数。</li>
		<li>按停止 停止数据采集。</li>
	</ol></li>
	<li>取下护目镜盖。</li>
</ol>7. 定位实验参与者
<ol><li>让参与者躺在扫描仪床上。</li>
	<li>使用适当的垫子，根据第一个条件（仰卧或在俯仰平面上向上倾斜约 30°）调整参与者的头部倾斜位置。</li>
	<li>将镜子放在参与者的头上并进行调整，使屏幕位于参与者的视野内。</li>
	<li>给参与者每只手的响应按钮;如有必要，请用胶带固定它们。</li>
	<li>让参与者练习戴上和摘下护目镜的盖子，以便在孔内的黑暗中完成;参与者应根据需要重复此操作，并在护目镜上盖上盖子。 注意：此步骤可能导致护目镜移位，从而影响有关眼睛位置的测量。如果可能，请在此步骤之后执行校准。</li>
	<li>重复第一个任务的说明，并询问参与者是否理解了说明。</li>
	<li>调整护目镜或软件中的眼动追踪参数（瞳孔大小、对比度、虹膜图案），以获得良好的跟踪效果。</li>
	<li>在MRI扫描仪的激光十字的帮助下调整MRI床的起始位置，以确保参与者的内耳结构在实验过程中位于孔的中心。</li>
</ol>8. 将参与者移动到扫描仪中
<ol><li>如果适用，通过按 运行并在实验计算机上的实验软件中输入参与者和试验信息来启动自我运动感知范式。</li>
	<li>通过在眼动追踪软件中按 Record开始眼动追踪测量（在这里使用的设置中，这是由自运动感知范式启动的）。告诉参与者睁大眼睛。</li>
	<li>通过按磁力计软件中的 记录开始磁力计测量。</li>
	<li>告诉参与者跑步正在开始。</li>
	<li>在扫描仪室内，开始将参与者移动到孔中。</li>
	<li>3分钟后，大多数参与者的自我运动感知应该已经消失。因此，如果需要呈现视觉刺激（例如，问卷），请告诉参与者取下护目镜的盖子。 注意：眼动追踪也可以在遮盖眼睛的情况下持续更长时间。</li>
	<li>如果适用，通过在实验计算机上按 “运行”并让参与者通过响应按钮回答，在屏幕上显示自我运动问卷。</li>
</ol>9. 提出具有认知任务的范式
<ol><li>如果适用，通过在实验计算机上按 “运行”并让参与者通过响应按钮回答，在屏幕上呈现具有认知任务的范式。在此期间评估磁力计的方向。 注意：现在，可以实施不同的任务供参与者执行。让参与者打开和关闭护目镜的盖子，在眼动追踪和基于屏幕的范式之间切换。</li>
</ol>10. 将参与者移出扫描仪
<ol><li>让参与者戴上护目镜的盖子。</li>
	<li>重复步骤 8-9（步骤 8.5 除外，即“将参与者移出孔”）</li>
</ol>11. 切换头部位置
<ol><li>将头部位置切换到尚未使用适当的垫子（仰卧或倾斜）评估的位置，然后重复步骤8.2-11。 注意：如果有合适的MRI床，一个有趣的变化可能是首先将参与者用脚移入孔中，因为反向进入孔会反转相对于内耳的视野方向。</li>
</ol>12.前庭器官方向的评估
<ol><li>取下镜子和护目镜，不要移位磁力计。</li>
	<li>安装磁头线圈。</li>
	<li>取下磁力计的探头，用装满水的移液器更换探头，不要置换磁力计的盖子（见 图3D）。</li>
	<li>将参与者的头部放在磁头线圈内，不要移动磁力计。</li>
	<li>将参与者移动到扫描仪中。</li>
	<li>获取用于结构内耳成像的 3D-CISS 序列。 注意：在本研究中，使用了以下参数：切片厚度为0.4毫米;视场为 179 毫米× 179 毫米;翻转角度为60°;重复时间 （TR） 为 8.29 毫秒;回波时间 （TE） 为 3.81 毫秒。该3D-CISS的采集时间为10分53秒。其他研究使用了不同的序列23，30。</li>
	<li>将参与者移出 MRI 扫描仪。</li>
</ol>13. 学习结束
<ol><li>取下移液器、盖子、头带和耳塞，并与参与者一起离开扫描仪室。</li>
	<li>如果适用，让参与者填写问卷（例如，自我运动感知，条件之间的差异，其他经验）。</li>
	<li>向参与者汇报所调查的研究问题（例如，通过操纵磁场的头部位置来测量MVS对眼球震颤，自我运动感知和认知任务的影响）。</li>
</ol>

<ol>
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无利益冲突。

报告的设置适用于研究MVS对眼球震颤，自我运动感知和认知任务表现的影响的各个方面。结合诱发MVS反应的测量可以给出一些见解，例如大脑如何处理相互冲突的前庭信息，并显示前庭信息如何影响个体间和体内水平的感知和认知过程。与其他前庭刺激方法（如旋转椅）相比，MVS引起恒定的加速刺激，使其适用于更持久的行为研究，并用作单侧衰竭的非侵入性模型8，28。因此，这种方法可以从空间认知和冲突的感觉信息下自我运动感知的出现的角度，为前庭信息与认知过程之间的相互作用提供见解。将来，MVS的使用可以在临床研究中利用，例如，研究暴露于MVS期间对前庭失衡的急性期早期补偿。然后，这些发现可能与前庭病变后的代偿机制有关。将参与者与正常和功能失调的前庭器官进行比较可以促进有关前庭患者对改变传入的前庭信息的适应过程的知识。
所描述的程序包括在 7 T MRI 扫描仪中安全准确地采集数据的关键步骤。首先，MRI环境带来了一些困难。实验设置必须是MRI安全的，与非MRI设置相比，这可能需要改变眼动追踪护目镜或电缆连接。这可能会导致数据质量下降。此外，参与者必须符合MRI纳入标准，并应容忍该过程的不便（例如，在MRI扫描仪中躺几分钟时倾斜头部）。其次，扫描仪中的眼动追踪，特别是扭转性眼球震颤的获取，是困难的，需要专门的软件25。对于扭转，虹膜的图案用于跟踪，这需要高质量的图像，并且还受到单个虹膜图案差异的影响。另一种方法是在巩膜3上使用人造色素标记物，这对参与者来说可能是不愉快的。第三，MVS引起的自我运动感知是非真实的，因此意味着前庭内和多感官冲突28。因此，这些头部和/或身体旋转和翻译经历的言语化通常很难为参与者描述。适应研究问题的明确说明至关重要。我们建议使用参与者可以与之相关的众所周知的轮换和翻译术语，从而使他们能够更好地描述他们的感知体验。为了评估特定的运动参数，可以使用更细粒度的方法，例如旋转速度随时间变化的额定值7。
所呈现的设置受到我们设备的技术限制，如果可以克服这些限制，可以改进。例如，为了评估孔内的静态和动态头部位置，磁力计数据还可以与眼动追踪和行为数据同步。如果在每次运行前重复校准护目镜会更好。此外，眼动追踪电缆的长度也很重要，因为这决定了是否可以在扫描室外测量自发性眼球震颤。最好的解决方案是可拆卸的MRI床，它可以移动到磁场之外。但是，眼动追踪计算机屏幕必须从扫描仪室内看到，以便在使用护目镜的同时对眼动追踪参数进行校准和微调。在我们的例子中，我们通过向扫描仪室窗口旋转的第二个屏幕解决了这个问题。
MVS可能会影响功能磁共振成像研究中的性能和大脑反应。在比较前庭患者与健康对照组的研究中，MVS可能导致群体差异，因为刺激强度的差异而不是其他患者特征。为了控制混杂的MVS效果，当前的设置在时间和财务（设备）上都是一个耗时的过程。或者，将头部向上倾斜小角度7，23（在头部线圈允许的范围内）或评估协变量，例如如上所述的MRI前庭器官的方向23，30和/或眼球震颤（例如，最近基于fMRI的眼动追踪方法32）可能是有用的。

已知强磁场（即高于 1 T）会诱发头晕、眩晕和眼球震颤，这种效应称为磁前庭刺激 （MVS）1，2，3。前庭系统位于内耳，通过三个半规管测量围绕旋转轴（偏航、俯仰和滚动）的加速度，以及沿两个黄斑器官、椭圆囊和囊4的平移轴（鼻枕、耳间和头部垂直）的加速度（见图1A）。MVS效应的出现可以通过离子电流诱导的洛伦兹力作用在前庭系统半规管的冲天炉上来解释1，2。
MVS的效果随着场强的提高而增加3，5。刺激是由两种不同的成分引起的。首先，通过MRI扫描仪的B0场将参与者移动到孔中会产生动态磁场，从而引发作用在冲天炉上的洛伦兹力。其次，参与者在实验过程中躺在MRI扫描仪中不动的静态磁场也会导致恒定的洛伦兹力。因此，在使用MRI扫描仪的所有实验中，参与者的前庭系统不断受到静态磁场的刺激。这包括所有功能磁共振成像研究，尤其是超高磁场（> 3 T）的研究。
眼球震颤是通过移动或移动以及在强磁场中静静静止引起的。与运动相关的力会导致强烈的眼球震颤，几分钟后会衰减6。在静磁场下诱发的眼球震颤较弱，并随着时间的推移逐渐减少，但在暴露期间不会完全消失。眼球震颤的方向取决于磁场的极性，并在退出磁场时反转6，7，8。MVS 主要作用于水平和上管，导致反射性眼球运动，即主要是水平和扭转性眼球震颤，其次是垂直眼球震颤9。在双侧前庭患者中，不能观察到眼球震颤1，而在单侧前庭患者中，存在更明显的垂直眼球震颤成分10。由于眼球震颤是不自主的，因此它是衡量前庭刺激强度的合适指标。眼球震颤可以通过视觉固定来抑制;因此，必须在完全黑暗的情况下评估眼球运动。
参与者在移入或移出孔时经常描述非真实的自我运动感知、头晕和眩晕，尤其是在 3 T 以上的场强时。自运动的感知大多被描述为滚动中的旋转，在较小程度上，在偏航和俯仰平面7 中旋转（见 图1A）。虽然眼球震颤在暴露期间持续存在，但自我运动感知通常在 1-3 分钟后消失7.MVS的恒定部分本身是一种有趣的刺激，因为它允许延长前庭输入，而不伴有意识的自我运动感知。
从使用热量或电前庭刺激、被动运动或微重力的研究中，已知前庭信息可以影响空间任务的表现11，12 及其神经相关性13.据报道，在强磁场内移动或移动会影响认知能力14，15。一项研究发现，由于非真实的自我运动感知，MVS 可能导致现实化症状16.然而，调查在磁场中静息的影响的研究并没有显示出关于神经心理学任务的结论性结果，除了视觉准确性的重复恶化17，18，19，20。最近，第一个证据表明MVS可以通过诱导类似忽视的偏见来改变空间注意力21。这就提出了一个问题，即MVS是否会影响测量更高认知功能的行为任务的表现。例如，目前尚不清楚MVS在多大程度上影响空间推理，即心理化物体和自己身体旋转的能力。
分析静息状态活动的神经影像学研究表明，MVS可以诱导默认模式网络3，22的变化，这可以通过前庭器官相对于磁场方向23的受试者特异性解剖方向来解释。关于功能磁共振成像实验，在研究设计中必须仔细考虑MVS的影响。此外，MVS可能会干扰fMRI实验中使用的电或前庭刺激。在比较具有完整和功能失调的前庭系统的参与者的神经影像学研究中，它可能是一个混杂因素，因为双侧前庭患者没有MVS的影响1。
为了评估MVS的效果并比较参与者体内MVS的不同强度，我们在这里描述了一种实验和技术设置，用于测量眼球震颤，自我运动感知，认知表现以及7 T MRI扫描仪内运河的解剖位置（见 图2）。所描述的设置可以调整并用于实验，以专门研究MVS下的前庭和高级认知功能，或评估和控制MVS在fMRI研究中可能的混杂效应。
有趣的是，MVS的强度可以通过改变头部位置来调节，因此，改变前庭终末器官相对于磁场方向的方向。大多数参与者可以通过将头部向前倾斜到身体（下巴到胸部）来减少MVS的影响1，24。因此，改变俯仰轴上的头部位置可以比较不同刺激强度下可测量的MVS效应。
在这个过程中，通过比较两个头部位置之间的测量值，在参与者体内操纵MVS的强度（见 图1B）。在应该引起更强MVS的条件下，参与者仰卧在扫描仪中，与Reid平面的地球垂直方向大致相同（仰卧位置）。在应该引起较弱MVS的条件下，参与者的头部向前倾斜约30°（倾斜位置）。理论上可以将仰卧位与不存在眼球震颤的零位进行比较1.然而，每个参与者对零位置所需的俯仰倾斜度是不同的，并且确定起来非常耗时，因为这需要多次重新定位并将参与者移入和移出扫描仪以测试位置。对于大多数研究设计来说，这可能不可行。仰卧和倾斜的两个头部位置允许比较不同的测量方法，例如，参与者之间和参与者内部任务中的自我运动感知或表现。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64022/64022fig01.jpg"> 图 1：磁场中头部位置 的轴和平面。 （A） 头部的头部垂直 （HV）、耳间 （IA） 和鼻枕轴 （NO）。当参与者仰卧位躺在孔内时，磁场（B0）的方向与头部垂直轴（HV）对齐31。（B）实验过程中的两个头部位置，已知仰卧位置（直卧）在大多数参与者中比倾斜位置（头部在俯仰平面上向上倾斜约30°）引起更强的MVS。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64022/64022fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的大图。</a>
为了确定在没有成像的情况下在实验运行期间前庭器官是如何定向的，我们将3D磁力计连接到参与者的头部，并测量了探头相对于磁场Z轴的方向（图3B）。使用高分辨率解剖学3D-CISS序列评估磁场中前庭器官的方向。在图像采集过程中，磁力计被水移液管取代（图3D）。这允许提取磁力计相对于磁场Z轴方向的方向，并将其与内耳结构对齐。然后，我们可以在整个实验过程中得出有关前庭器官方向的结论。
用适合MRI的护目镜跟踪眼球震颤（图3C）。MVS 不仅引起水平，有时还引起垂直，还引起扭转性眼球震颤;因此，建议使用能够跟踪扭转眼球运动的软件9，25。
可以在感知7 期间（进入和离开钻孔时）和自我运动感知消失后（例如，通过问卷）评估自我运动感知。很好地指导参与者很重要，因为口头报告非真实的自我运动对参与者来说通常很困难。我们在协议中指出可以测量自我运动感知和认知表现的地方，但没有指定任务或问卷，因为它们强烈依赖于研究问题。然而，我们提供了示例问卷和范式26.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64022/64022fig02.jpg"> 图 2：实验的技术设置。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64022/64022fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的大图。</a>
总之，MVS可用于研究前庭刺激对眼球震颤，知觉和认知过程的影响，以及研究前庭功能障碍患者的习惯化过程。在整个暴露于磁场的过程中，静态磁场对冲天炉的影响保持不变。由于这模拟了恒定的旋转加速度，MVS是一种有趣且合适的方法来研究前庭功能及其对感知和认知的影响27，28。它可用于专门解决有关前庭信息对高级认知功能（如空间推理）影响的研究问题。它可作为前庭系统单侧衰竭的合适非侵入性模型，从而能够研究前庭患者可能出现的代偿过程28。此外，在功能磁共振成像研究中考虑MVS的混杂效应很重要，因为行为和神经相关性可以通过前庭刺激改变，并且在强静电磁场中研究前庭患者时也会干扰。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Magnetometer</td>
			<td>Metrolab Technology, Switzerland</td>
			<td>THM1176-HF</td>
			<td>Calibrated for 7 Tesla, with fibre optic cable, CE-labelled&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AMIRA 6.3 (Software)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td></td>
			<td>Medical image processing and visualization software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Celeritas Fiber Optic Response Box Unit</td>
			<td>Psychology Software Tools</td>
			<td></td>
			<td>Response box</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Celeritas Fiber Optic Response Unit</td>
			<td>Psychology Software Tools</td>
			<td>PST-100761</td>
			<td>Response buttons, 5 buttons for each hand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ear plugs</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG cap</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any MRI safe EEG cap is suitable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elastic band</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Used to fixate the Magnetometer behind the ear</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethernet cable (crossover)</td>
			<td>Daetwyler</td>
			<td>Uninet 5502 flex 4P FRNC/LSOH 522830.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethernet cable adapter</td>
			<td>TP-Link</td>
			<td>UE305</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Experimental laptop</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Computer with enough performance, with Response Buttons software (e.g. Celeritas), software for running paradigm (e.g. MATLAB, PsychToolBox), Ethernet cable link to eye-tracking computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye-tracking Goggles (Visual Eyes)</td>
			<td>Interacoustics</td>
			<td>515b</td>
			<td>Micromedical goggles with infrared camera: Point Grey Firefly, CE-labelled, modified for 7 Tesla, shielded firewire cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye-tracking laptop</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Computer with enough performance, with eye-tracking software (e.g. OpenIris), Ethernet cable link to experimental computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headband</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>MRI safe headband</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetom Terra 7T MRI Scanner</td>
			<td>Siemens Healthcare, Erlangen Germany</td>
			<td></td>
			<td>Located at Translational Imaging Center (TIC) in the Swiss Institute of Translational and Entrepreneurial Medicine (sitem-insel AG) in Bern, Switzerland</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetometer laptop</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Computer with enough performance, with magnetometer software (e.g. EZMag3D)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB R2017b (Software)</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td>Experimental paradigm can be run e.g. with PsychToolBox (Brainard, D. H., &#38; Vision, S. (1997). The psychophysics toolbox. Spatial vision, 10(4), 433-436.)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metrolab EZMag3D v1.1.2 (Software)</td>
			<td>Metrolab Technology, Switzerland</td>
			<td></td>
			<td>3D magnetometer software: https://www.metrolab.com/resources/downloads/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI-Mirror</td>
			<td>Siemens Healthcare, Erlangen Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OpenIris (Software)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Software to record and analyse the eye movements within the MRI-scanner. Reference: Otero-Millan, J., Roberts, D.C., Lasker, A., Zee, D.S., Kheradmand, A. Knowing what the brain is seeing in three dimensions: A novel, noninvasive, sensitive, accurate, and low-noise technique for measuring ocular torsion. Journal of Vision. 15 (14), 11, doi: 10.1167/15.14.11 (2015).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pregnancy test</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>e.g. early pregnancy test stripes (10 mIU/mL)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Projector system</td>
			<td>Hyperion Psychology Tools</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triangle Cushion</td>
			<td>Siemens Healthcare, Erlangen Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring the influence of magnetic vestibular stimulation on nystagmus, self-motion perception, and cognitive performance in a 7t mrt

强磁场由于洛伦兹力作用在半规管中的冲天炉上而诱发头晕、眩晕和眼球震颤，这种效应称为磁前庭刺激 （MVS）。在本文中，我们介绍了7T MRT扫描仪（MRI扫描仪）中的实验装置，该装置可以研究强磁场对眼球震颤以及感知和认知反应的影响。MVS的力量是通过改变参与者的头部位置来操纵的。通过结合3D磁力计和稳态（3D-CISS）图像中的3D相长干涉来评估参与者半规管相对于静态磁场的方向。这种方法可以解释参与者对MVS反应的个体内和个体间差异。将来，MVS可用于临床研究，例如，在前庭疾病的代偿过程调查中。此外，它可以促进对前庭信息与认知过程之间相互作用的见解，即空间认知和相互冲突的感觉信息下自我运动感知的出现。在功能磁共振成像研究中，MVS可以引起可能的混杂效应，特别是在受前庭信息影响的任务或将前庭患者与健康对照进行比较的研究中。

眼动追踪数据显示捕获的水平和垂直眼球运动（见 图4）。跟踪扭转眼球运动（未显示）需要特定的软件9，25 和/或复杂的后处理。校准记录用于将单位从像素转换为度。如果达到稳定跟踪（约100 Hz），则数据质量良好，并且提取的数据仅显示轻微的跟踪伪像（有关次要伪像的示例，请参见 图4 ，主要是由于闪烁）。应在实验前评估 MRI 扫描仪外的自发性眼球震颤，以排除由于磁场以外的其他原因引起的眼球震颤。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64022/64022fig04.jpg"> 图 4：眼动追踪数据。 校准期间的水平和垂直眼睛位置，以及在仰卧头位置进出MRI扫描仪。数据显示水平眼球震颤，在进出孔之间逆转。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64022/64022fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的大图。</a>
磁力计数据显示磁力计探头相对于孔内磁场Z轴的位置（图5）。理想情况下，跟踪的数据看起来很平滑，并且在到达孔内后每个旋转轴的场强没有变化。因此，可以轻松检测到参与者的显着头部运动。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64022/64022fig05.jpg"> 图 5：磁力计数据。 来自进入孔中的3D磁力计的数据显示，大约27秒后的最大场强几乎为7 T。没有可见的运动伪影，表明参与者在进入孔时没有进行头部运动。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64022/64022fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的大图。</a>
3D-CISS序列是用7 T MRI扫描仪采集的。从3D-CISS图像中提取了左右内耳的3D表面模型以及磁力计方向（见 图6）。表面模型是使用医学图像处理和可视化软件生成的。这允许在实验过程中提取半圆形运河相对于磁力计方向和磁场Z轴的方向（见 图7）。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64022/64022fig06.jpg"> 图 6：从 3D CISS 图像中提取的 3D 表面模型。 （A） 先前磁力计位置的水移液管;（B）右（红色）和（C）左（蓝色）内耳结构（原始位置和比例）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64022/64022fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的大图。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64022/64022fig07.jpg"> 图 7：从 3D-CISS 图像中提取的半规管的方向。 对于每个半规管，选择三个地标，并计算表面法线向量（水平管：绿色，后管：红色，上管：蓝色）。该矢量与作为磁力计探头方向的代表的水移液管（黑色）的方向和磁场的Z轴（此处未描述）相关联。单位为毫米 （mm）（MR 图像的绝对坐标）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64022/64022fig07large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的大图。</a>
从3D-CISS图像中，运河和磁力计相对于MRI扫描仪Z轴的方向可以在两次运行期间与磁力计的方向相结合，而无需成像。这允许在不同头部位置的MVS暴露期间重建运河方向。或者，可以在磁场外拍摄每个参与者和连接的磁力计的照片。然后，可以重建外部面部结构，以将磁力计方向测量与内耳结构和磁场方向映射。自我运动感知和认知任务的数据（此处未描述）可以与上述数据一起分析。因此，可以链接管位置，眼动追踪数据（水平，垂直和扭转性眼球震颤）以及报告的自我运动感知和行为结果，以回答实验的特定研究问题。

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Measuring the Influence of Magnetic Vestibular Stimulation on Nystagmus, Self-Motion Perception, and Cognitive Performance in a 7T MRT

在本文中，我们描述了在磁性前庭刺激下评估反射性眼球运动、自我运动感知和认知任务的实验设置、材料和程序，以及前庭器官的解剖方向，在 7 特斯拉磁共振断层扫描 （7T-MRT） 扫描仪中。

测量磁前庭刺激对7T MRT眼球震颤、自我运动知觉和认知表现的影响

Strong magnetic fields induce dizziness, vertigo, and nystagmus due to Lorentz forces acting on the cupula in the semi-circular canals, an effect called ...

磁性前庭刺激可用于研究健康人和前庭患者的前庭认知相互作用。该方法通过评估MRI扫描仪中眼球运动主观自我运动报告和内耳方向来量化磁前庭刺激对感知和认知的影响。一般来说，在MRI扫描过程中将头部向前倾斜可以帮助减少头晕，使扫描不那么令人不快。磁性前庭刺激的作用可用于临床研究。首先，用交叉以太网电缆连接实验计算机和眼动追踪计算机。启用数据收集的同步。打开连接到实验计算机的投影仪。通过将磁力计设备插入 USB 连接器，将其连接到磁力计计算机。使用屏蔽火线将眼动追踪护目镜连接到眼动追踪计算机。然后打开眼动追踪软件，让参与者为进入磁共振成像或MRI扫描仪做好准备。确认参与者不符合MRI排除标准。提供MRI安全衣服并去除金属物体。取下隐形眼镜、眼影、睫毛膏并清洁眼睛以获得更好的眼动追踪效果。将弹性头带和脑电图帽戴在参与者的头上。然后用胶带将磁力计拉到弹性头带和脑电图帽下方，将其固定在一只耳朵后面。让参与者插入耳塞。在脑电图帽上戴上眼动追踪护目镜。然后调整护目镜上的焦点，然后调整护目镜上的眼动追踪参数，并在软件中保证良好的跟踪，让参与者坐在校准刺激物前一米处，用卷尺测量眼动刺激距离。如前所述调整眼动追踪参数。按记录开始数据采集。让参与者用左、下、中、上、右的口头指令看每个点一秒钟，然后按停止。停止数据采集。戴上护目镜盖，确保参与者看不到任何光线。调整眼动追踪参数。按开始记录以测量眼球运动 30 秒。采集后，按停止录制并取下护目镜盖。使用适当的垫子，根据仰卧位的第一个条件调整参与者的头部倾斜位置。将镜子放在参与者的头上并进行调整，使屏幕位于参与者的视野内。然后给参与者每只手的响应按钮。如有必要，请用胶带固定按钮。接下来，让参与者练习戴上和摘下护目镜的盖子，以便在黑暗中完成。在孔内。在MRI扫描仪的帮助下调整MRI床的起始位置。激光交叉，使得参与者的内耳结构在实验过程中位于孔的中心。在跑步之前，指导参与者有关跑步的信息。通过按运行并在计算机上的软件中输入参与者和试验信息来启动自我运动感知范式。通过按眼动追踪软件中的记录开始眼动追踪测量。指导参与者睁大眼睛。然后按磁力计软件中的记录开始磁力计测量。在指示参与者跑步开始后，将参与者移动到孔中，并在进入磁场时测量参与者的眼球运动。三分钟后，大多数参与者的自我运动感知应该已经消失了。因此，如果需要呈现视觉刺激，请告诉参与者取下护目镜盖。如果适用，通过在计算机上按运行启动自我运动问卷或认知任务，并在屏幕上显示自我运动问卷或认知任务，让参与者通过响应按钮回答。指示参与者戴上护目镜盖。将参与者移出扫描仪。让参与者取下护目镜的盖子。然后在屏幕上重复自动问卷的过程。使用适当的垫子将头部位置切换到另一个头部位置，然后重复相同的过程。在不更换磁力计的情况下取下镜子和护目镜。用装满水的移液管更换磁力计探头，不要移开磁力计的盖子。然后安装磁头线圈。将参与者的头部放在头部线圈内，不要移位磁力计，然后将参与者移动到扫描仪中。获取用于结构内耳成像的三维囊肿序列。将参与者移出 MRI 扫描仪。眼动追踪数据显示捕获的水平和垂直眼球运动。校准记录用于将单位从像素转换为度。数据质量很好。如果达到 100 赫兹的稳定跟踪，并且提取的数据仅显示轻微的跟踪伪影。来自三维磁力计的数据。进入膛孔显示出近七特斯拉的最大场强。大约27秒后，跟踪的数据看起来很平滑，并且每个旋转轴上的场强没有变化。从三维CYS图像到达孔内后，提取了磁力计方向和左右内耳的三维表面模型。表面模型允许提取半圆形运河的方向，以获得磁力计方向和磁场的 Z 轴。研究结果可以让我们深入了解空间认知中前庭炎症与认知过程之间的相互作用以及自我运动感知对冲突的感觉信息的沉浸 评估磁前庭刺激在MRI中的影响需要仔细规划，并且必须根据研究方面进行调整。内耳的超高场MRI成像增加了有关磁场中前庭系统方向的非常有用的信息。

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