طريقة لجمع البيانات fMRI / تخطيط كهربية الدماغ في وقت واحد خلال اقتراح الاهتمام المركز للإحساس الحراري التفاضلي

مرحباً، أنا باميلا دوغلاس، باحثة ما بعد الدكتوراه في معهد UCLA Semi ومنومة مغناطيسية مرخصة. سنقوم في العرض التقديمي التالي بتوضيح طريقتنا للجمع المتزامن لبيانات E-E-G-F-M-R-I واستخدام جهاز متوافق مع الرنين المغناطيسي لقياس درجة الحرارة التفاضلية. ونعرض هذه الطريقة باستخدام نموذج فريد يُشار إليه هنا بتجربة القفاز البارد، مع تسجيل البيانات قبل وبعد الحث التنويمي.

نقوم أولاً بجمع بيانات E-E-G-F-M-R-I المتزامنة وقياسات درجة حرارة اليد بينما يستمع الأشخاص إلى شريط صوتي عبر سماعات رأس متوافقة مع MRI توجههم لتخيل أن يدهم اليسرى تصبح أكثر برودة، وهو ما يعرف بنموذج القفاز البارد. ثم يتم تسجيل بيانات EEG أحادية النمط أثناء الحث التنويمي. ويتم تسجيل بيانات E-E-G-F-M-R-I المتزامنة للقفاز البارد مرة أخرى بعد الحث التنويمي، كما يتم تسجيل قياسات درجة حرارة اليد طوال التجربة باستخدام جهاز قياس الحرارة التفاضلي المتوافق مع MR.

وفي النهاية، قد تكون طريقتنا لجمع بيانات E-E-G-F-M-R-I مفيدة في عدد من النماذج التجريبية من خلال توفير بيانات متعددة الأنماط بدقة زمنية ومكانية عالية وبطريقة غير باضعة. والأهم من ذلك، أن الجوانب غير المستقرة في معالجة إشارات الدماغ تجعل التسجيلات المتزامنة ذات ميزة كبيرة مقارنة بجمع البيانات المتسلسل. مرحبًا، أنا مارك كوهين، المدير الفني لمركز ستاغلين لعلوم الأعصاب المعرفية في معهد سيملي لعلوم الأعصاب والسلوك البشري بجامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس (UCLA).

في هذا الفيديو، سنقوم بتوضيح كيفية التسجيل المتزامن لبيانات تخطيط كهربية الدماغ (EEG)، وصور الرنين المغناطيسي الوظيفي، وقياسات درجة حرارة اليد، والتي تتغير جميعها كمياً تحت تأثير التنويم المغناطيسي. لقد قمنا بتطوير واستخدام تقنيات متخصصة لهذه القياسات، مقترنة بإجراء تحريض تنويمي صُمم خصيصاً ليتناسب مع البروتوكول التجريبي. ويعد الجمع المتزامن بين تخطيط كهربية الدماغ والرنين المغناطيسي الوظيفي (FMRI) صعباً بشكل خاص لأن كل جهاز من هذه الأجهزة يتسبب في ظهور تشويشات (artifacts) في الجهاز الآخر.

تعتبر تأثيرات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) على تخطيط كهربية الدماغ (EEG) تحدياً كبيراً، حيث يستخدم جزء التردد الراديوي (RF) في نظام التصوير إشارات تصل إلى عدة مئات من الفولتات، بينما تفرض التدرجات مجالات مغناطيسية متغيرة زمنياً تصل إلى أكثر من 45 Tesla في الثانية. وفي الوقت ذاته، تكون إشارة EEG الضئيلة عند فروة الرأس مجرد بضع ميكروفولتات. وحتى قياس درجة الحرارة داخل جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي يواجه عقبات.

تُعد التيارات الترددية الراديوية الطفيلية التي تنتقل عبر الأجهزة الإلكترونية مصدر قلق مسبق فيما يتعلق بالسلامة، ويمكن للانبعاثات منخفضة المستوى الصادرة عن أجهزة تسجيل درجة الحرارة الرقمية أن تلوث صور الرنين المغناطيسي. وقد صممت شركة electrical geodesics مضخم تخطيط كهربائية الدماغ (EEG) خصيصاً ليعمل على مسافة قريبة جداً من مغناطيس التصوير. لقد تمت إزالة جميع المكونات الفيرومغناطيسية من المضخم تقريباً، والذي غُلف بعد ذلك في نظام احتواء عزل المجال أو "fix".

يمكنك تكوين تصور عن حجم غلاف التثبيت من خلال مقارنة حجمه بمضخم EEG قياسي من إنتاج الشركة ذاتها. يتم تصفية كل مدخل من مدخلات EEG كهربائياً لمنع اقتران طاقة التردد الراديوي بمضخم يعمل بالبطارية. ومن أجل جمع بيانات EEG وFMRI معاً، يجب ضبط توقيت كلا الجهازين بدقة تصل إلى النانوسانية.

ومع ذلك، ومن أجل الحفاظ على الحجب، يجب ألا يتم نقل الإشارات الكهربائية السلكية إلى داخل غرفة المسح أو خارجها. ولضمان ذلك، قام المهندسون في شركة electrical geodesics بتصميم نظام E-E-G-F-M-R-I المتزامن الخاص بنا، بحيث تُنقل كل من إشارات التوقيت والبيانات المرقمنة عبر ألياف بصرية من خلال هذه المنافذ. يبدأ الحث التنويمي بمقابلة قصيرة يجريها المعالج بالتنويم المغناطيسي.

بعد ذلك، يتم استخدام إيحاء حركي ذاتي يُعرف بتقنية رفع الذراع لعملية الحث التنويمي. تُسجل بيانات EEG باستخدام شبكة مستشعرات GEODESIC متوافقة مع MRI ذات 256 قناة. يجب مراقبة مستويات المعاوقة في الأقطاب الكهربائية على فترات زمنية تبلغ 20 دقيقة تقريبًا طوال فترة التجربة.

يتم بعد ذلك تقييم القابلية للتنويم المغناطيسي باستخدام نموذج C من مقياس ستانفورد المكون من 12 نقطة لقياس القابلية للتنويم المغناطيسي. ثم يدخل المفحوص إلى غرفة التصوير بالرنين المغناطيسي لجمع بيانات E-E-G-F-M-R-I بشكل متزامن. وبناءً على ذلك، قمنا بتطوير جهاز لجمع قياسات درجات الحرارة التفاضلية لليد أثناء عملية E-E-G-F-M-R-I المتزامنة التي تلي إيحاء القفاز البارد التنويمي. يتكون الجهاز من مستشعرين لدرجة الحرارة من طراز L 34 متصلين بمضخم وشاشة عرض رقمية.

توفر بطاريتان بجهد تسعة فولت الطاقة للإلكترونيات الداخلية. وقد اخترنا مستشعرات LN 34 نظرًا لاستجابتها الخطية لدرجة الحرارة ضمن النطاقات الفسيولوجية. كما أجرينا خطوة معايرة لمعالجة أي شوائب في المكونات.

قبل بدء التجربة مباشرةً، قمنا بتحديد نقطة الصفر للجهاز عن طريق غمر كلا مستشعري درجة الحرارة في حمام مائي. وخلال التجربة، كان أي انحراف عن نقطة الصفر يشير إلى وجود فرق بين درجات حرارة يدي الشخص الخاضع للتجربة. وقد أتاح لنا فرق درجة الحرارة المسجل هذا قياس تأثيرات إيحاء القفاز البارد، وأريدك أن تتخيل وتتصور أنك ترى من أطراف أصابعك وصولاً إلى أصابعك، ثم إلى يدك، ثم إلى معصمك، وهو مغمور بالكامل.

تكون يدك اليسرى مغمورة بالكامل في الماء المثلج. وبينما تواصل التصور، تخيل واصنع هذا الشعور المذهل بأن يدك اليسرى باردة تماماً وخدرة، خدرة وباردة، بحيث لا يوجد أي إحساس في اليد على الإطلاق. وكلما حاولت الشعور بها، تلاشت الأحاسيس أكثر، بينما تستمر اليد اليمنى في أن تصبح أكثر دفئاً.

بينما تستمر اليد اليسرى في أن تصبح باردة للغاية، باردة كالثلج، لدرجة أن يديك تكاد تتحول إلى اللون الأزرق. قد لا تصدق أنها قادرة على فعل ذلك، لكن الأمر يحدث من أطراف الأصابع وصولاً إلى الأصابع ثم المعصم. لقد قدمنا طريقة للتسجيل متعدد الوسائط للكشف عن الروابط الفيزيولوجية الكهربائية والحركية والعصبية الوعائية لعملية معرفية تكون غير مرئية بخلاف ذلك.

بخلاف الوسائل المعهودة في جمع بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (FMRI) أو تخطيط كهربائية الدماغ (EEG) والعزل، يمكن للمنهجية المدمجة الكشف عن الروابط بين إشارتي الدماغ، وذلك عبر دمج نظام Quint مع تخطيط كهربائية الدماغ (EEG) فائق الكثافة بـ 256 قناة. ومن الممكن تحديد المواقع المشتركة للإشارات واستخلاص استنتاجات منطقية بشأن المصادر الكهربائية التي تظهر كمناطق ذات تدفق دم متغير في دراسات الرنين المغناطيسي.