同步采集功能性磁共振成像/脑电图数据以研究差异性热觉注意暗示的方法

您好，我是 Pamela Douglas，加州大学洛杉矶分校（UCLA）Semi 研究所的博士后学者，同时也是一名持证催眠师。在接下来的演示中，我们将展示一种同步采集 E-E-G-F-M-R-I 数据的方法，以及一种与磁共振兼容的差分测温装置。我们采用一种被称为“冷手套实验”的独特范式来呈现该方法，并在催眠诱导前后均采集了数据。

我们首先在受试者通过与磁共振成像兼容的耳机收听音频指导时，同步采集脑电图-功能磁共振成像（E-E-G-F-M-R-I）数据以及手部温度测量值，该音频指导受试者想象其左手逐渐变冷，这一范式被称为“冷手套范式”。随后，在催眠诱导过程中记录单模态脑电图（EEG）数据。催眠诱导完成后，再次同步采集脑电图-功能磁共振成像冷手套范式数据，并在整个实验过程中使用我们与磁共振兼容的差分测温装置持续记录手部温度。

最终，我们的E-E-G-F-M-R-I数据采集方法可通过无创方式提供具有高时间分辨率和高空间分辨率的多模态数据，可能适用于多种实验范式。尤为重要的是，由于大脑信号处理具有非平稳特性，同步记录相较于序列式数据采集具有显著优势。大家好，我是加州大学洛杉矶分校Semel神经科学与人类行为研究所Staglin认知神经科学中心的技术主任Mark Cohen。

在本视频中，我们将演示如何同步记录脑电图（EEG）数据、功能性磁共振成像以及手部温度测量结果，这些指标在催眠状态下均会发生定量改变。我们开发并使用了专门的技术来进行这些测量，并结合了一种特别设计的催眠诱导程序，以适应实验方案的要求。同步采集 EEG 和 fMRI 数据尤其困难，因为每种设备都会在另一种设备中产生伪影。

磁共振成像对脑电图的干扰尤为显著，因为成像系统的射频部分使用高达数百伏的信号，而梯度线圈施加的时变磁场变化率可超过每秒45特斯拉。与此同时，头皮上的脑电图信号仅有几微伏。即使在磁共振成像中测量温度也存在诸多障碍。

流经电子设备的寄生射频电流本质上存在安全隐患，而数字温度记录设备产生的低水平辐射可能污染磁共振图像。脑电图放大器由电气大地公司专门设计，可在成像磁体极近的距离内运行。该放大器（AMP）几乎所有的铁磁性组件均已被移除，随后被封装于磁场隔离 containment 系统或固定装置中。

通过将固定外壳与同一家公司生产的标准脑电图放大器（EEG AMP）的尺寸进行比较，可以直观了解其大小。每个脑电图输入通道均经过电气滤波，以防止射频能量耦合进入电池供电的放大器。为了同步采集脑电图（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）数据，两种仪器的时间必须精确对齐至纳秒级别。

然而，为了保持屏蔽效果，不应将有线电信号带入或带出扫描室。为确保这一点，电气地理公司的工程师构建了我们的同步脑电-功能磁共振成像系统，使得定时信号和数字化数据均通过这些端口的光纤传输。催眠诱导始于催眠治疗师进行的简短访谈。

随后采用一种称为手臂抬高技术的动觉暗示方法进行催眠诱导。使用一个256通道、与MRI兼容的GEODESIC传感器网记录脑电图（EEG）数据。实验过程中应每隔约20分钟监测一次电极的阻抗水平。

随后采用12分制的斯坦福催眠感受性量表C型表评估催眠感受性。受试者随后进入磁共振成像扫描室，进行同步的脑电-功能磁共振成像数据采集。在实施催眠诱导后，我们开发了一种装置，用于在催眠“冷手套”暗示过程中，同步采集脑电-功能磁共振成像数据的同时获取双手差异性体温测量结果。该装置由两个L34温度传感器连接至放大器和数字显示器组成。

两块9伏电池为内部电子元件供电。我们选择LN 34传感器是因为其在生理温度范围内具有线性的温度响应。我们进行了一步校准程序，以消除元件中可能存在的非均匀性。

实验开始前，我们通过将两个温度传感器浸入水浴中来确定设备的零点。实验过程中，任何偏离零点的情况均表明受试者双手的温度存在差异。通过记录的温度差，我们可以量化冷手套暗示的效果，并且请你想象并设想自己从指尖开始，看到手指、手掌直至手腕完全浸没在其中。

你的左手完全浸没在冰水中。当你继续想象时，营造出一种强烈的感觉：你的左手完全冰冷且麻木，麻木而冰冷，手上没有任何感觉。你越努力去感受这种状态，手上的感觉就会越少，而右手则会持续变得越来越温暖。

当左手持续变得冰冷，冰冷刺骨，几乎如同手部发青一般。你甚至可以相信它具备这样的能力，但这种变化正从指尖逐渐蔓延至手指，再至手腕。我们提出了一种多模态记录方法，用于揭示一种原本不可见的认知过程所伴随的电生理、运动及神经血管活动特征。

与传统的功能性磁共振成像（fMRI）或脑电图（EEG）单独采集方法不同，这种联合方法能够揭示两种脑信号之间的关联，尤其是结合超高密度的256通道EEG时，可实现信号的共定位，并合理推断出在磁共振研究中表现为血流改变区域的电活动来源。