同步进行fMRI期间获取高质量脑电图数据的最佳现行实践

本方案的总体目标是在磁共振成像扫描仪内安装与磁共振兼容的脑电图（EEG）设备，以同步采集高质量的脑电图和功能性磁共振成像（fMRI）数据。首先需正确设置 EEG 的滤波器、采样率和同步参数，随后确保 EEG 电极与受试者头皮之间具有良好的连接。

第三步是将脑电图（EEG）设备正确地安装在磁共振成像（MRI）扫描仪周围。最后一步是使用 commercially available 硬件，将受试者在磁共振扫描仪内调整至最佳位置，以实现标准的 E-E-G-F-M-R-I 数据采集。该操作流程可最大限度地减少脑电图数据中的伪影并实现最优采样，从而通过后续处理方法实现最大程度的伪影去除。

在E-E-G-F-M-I实验中，结合脑电图（EEG）和功能性磁共振成像（FMI）数据采集的主要优势在于，该方法能够同时监测人脑的电活动和血流动力学信号。我实验室的博士生Glen Spencer将协助我演示本实验。在受试者到达之前，于控制室内设置好EEG设备，供扫描仪操作人员使用。

将笔记本电脑连接到脑电图设备，然后打开计算机以记录脑电图数据，并启动 Brain Vision Recorder。确保数据记录的工作空间设置为最高可用的时间分辨率。接下来，设置滤波器。

使用滤波带范围为 0.016 至 250 赫兹的交流耦合通常最为理想。设置刺激计算机。本研究采用视觉刺激。

在每次刺激开始和结束时，标记被输入至脑电记录仪中。现在，请确认脑电图（EEG）与磁共振成像（MRI）扫描仪的时钟已同步。首先，通过软件控制面板启动扫描仪与脑电图时钟的同步功能。

然后检查同步是否正确。绿色圆点图标和同步标记将出现。接下来，设置 MR 扫描仪。

本案例中使用的是体部发射射频线圈和32通道头部接收射频线圈。在可能的情况下，最好使用与头部尺寸匹配的发射线圈，因为这可以最大限度地降低脑电图（EEG）帽及其相关线缆发生射频加热的风险。头部线圈上的接入端口非常实用。

它允许脑电帽的电缆从扫描仪沿直线路径引出。现在，检查序列设置。功能磁共振成像（fMRI）序列必须使用切片时间重复（tr）为200微秒整数倍的参数，因为200微秒是脑电（EEG）时钟的周期。

最后，进行一次最终检查。高大的设备应如预期般正常记录数据。首先，向受试者说明实验的目的以及将要发生的过程。

接下来，测量受试者的头围以确定帽的尺寸。将帽从前额开始佩戴于头部，并向后拉紧。正确放置帽的位置。

头顶电极（CZ）必须位于鼻根与枕外隆凸之间，并且在左右轴上居中。现在将电极连接到头部：首先拨开头发，然后依次涂抹酒精和ABRY导电凝胶，以建立电极与头部之间的电连接。

然后使用与帽状电极类似的方法，将心电图电极连接至背部基部。该电极通过连接的电极测量心跳信号。调整其接触状态，使阻抗降低至10千欧姆以下。

这排除了每个电极内部电阻器的电阻。最后，检查数据以确认脑电图（EEG）数据质量是否令人满意。在您于磁共振扫描室设置 EEG 设备时，请受试者保持坐姿。

然后将放大器带入屏蔽室，放置在扫描仪后方的桌面上。将放大器连接至一根长光纤电缆。将光纤电缆穿过波导管，并将其连接至控制室内脑电放大器的USB适配器。

现在，将受试者带入房间，并要求其坐在扫描仪检查床上。为受试者佩戴耳塞、耳机，并提供呼叫按钮。然后务必确认受试者处于舒适状态。

现在用垫子固定受试者的头部，以尽量减少头部移动。将头部线圈覆盖在受试者头部。脑电图电缆必须沿可用的最短路径从头部线圈引出。

然后将受试者移入扫描仪孔内。确保电极 FP1 和 FP2 在 Z 轴方向上与磁共振扫描仪的等中心对齐。现在将 EEG 帽连接到扫描仪后部的放大器上。

脑电图导联中不应有电线线圈。应在此处使用悬臂梁最大程度地将脑电图电缆与磁共振扫描仪的振动隔离开来。

放大器也可以直接放置在扫描仪板上，如此处所示。在这种情况下，重要的是使用最短的可用带状电缆。确保电缆和放大器与振动隔离，并且系统位于设定的轴线中心。

从控制室与受试者交谈，以确认其能够听到扫描仪操作员的声音，并确认其感觉良好。第二位实验员应监测脑电图，检查波形中是否存在噪声通道，同时确认屏幕底部的绿色同步指示灯是否亮起。

现在，关闭低温泵以停止其对记录质量产生的不利影响。接着，让受试者轻微移动头部。从 EEG 记录中因轻微头部运动而产生的大幅电压变化可以看出，保持头部静止的重要性。

然后通过要求受试者睁眼和闭眼来测试神经元活动的记录。枕叶α活动应高于噪声基线。脉搏伪迹在原始数据中清晰可见，尤其是在颞部电极上。

使用 ECG 迹线通过 rec view 实时校正此伪影。一旦数据质量得到优化且受试者准备就绪，即开始 MRI 准备扫描，并规划 FMRI 的层面位置。每个 MRI 扫描一开始，梯度就会在 EEG 中引起显著的伪影。

当 FMRI 实验准备就绪时，开始保存 EEG 数据。现在启动实验。确保刺激呈现系统和 MR 扫描仪的标记出现在 Brain Vision 记录器中。

脑电图质量可能看起来非常差，但可以在rec view中或在后期处理期间进行清理。首先，在去除脉冲伪迹之前，在rec view中校正此处的梯度伪迹。去除梯度伪迹后。

继续进行脉冲伪影校正。这是在未进行伪影校正时预期会出现的信号质量。显然，任何神经活动均被掩盖。

梯度伪影出现在不同的频率上，这些频率是fMRI序列中切片采集频率的谐波，覆盖了记录的整个频率范围。一旦去除梯度伪影，脉搏伪影便显现出来。该伪影存在显著的空间变异，其中oz通道——本视觉实验关注的通道之一——表现出尤为明显的脉搏伪影。

这种伪迹的频率低于梯度伪迹，且与心脏活动相关。在此数据中，使用分析仪二中的平均伪迹减除法对脉搏伪迹进行了校正，并从心电图信号中检测出心电波形的R波峰值。剩余的信号幅度显著减小，从而揭示出神经元信号。

现在根据刺激呈现对数据进行分段以进行分析，最简单的方法是绘制每个通道的平均诱发电位图。通道01和通道02的这些诱发电位各自基于300次刺激的平均结果。右侧为P120的地形图，通过分析从通道01记录的数据在32个区组上的平均诱发电位，可观察到反应存在自然且不可预测的变异。

这种变异方法可用于探究脑电图（EEG）反应与血氧水平依赖（BOLD）反应同步记录之间的相关性。观看本视频后，您应能充分了解当前使用市售设备同步获取高质量EEG数据与功能磁共振成像（fMRI）数据的最佳实践。在采用本视频所述装置完成测量后，可对EEG和fMRI数据应用进一步的分析方法，以识别人脑电活动与血流动力学信号的时空特征。