Functional Mapping mit Simultaneous MEG und EEG
14. Juni 2010
Wir verwenden Magnetenzephalographie (MEG) und Elektroenzephalographie (EEG) zu Hirnareale bei der Verarbeitung von einfachen sensorischen Stimuli beteiligt Karte.
Hallo, ich bin Markham vom Martino-Zentrum des Massachusetts General Hospital. Hallo, ich bin Han Liu, ebenfalls vom Martino-Zentrum. Heute zeigen wir Ihnen eine Anleitung zum Sammeln und Analysieren von MEC- und EC-Daten mithilfe auditiver somatosensorischer Reize.
Und dies wurde angeregt, um die primären sensorischen COIs zu lokalisieren. Wir verwenden dieses Verfahren in unserem Labor, um sowohl gesunde Probanden als auch AP-Epilepsiepatienten, die für eine Operation in Frage kommen, zu untersuchen. Beginnen wir also.
Beginnen Sie mit der Überprüfung der Abstimmung des MEG-Systems. Stellen Sie sicher, dass alle Kanäle ordnungsgemäß abgestimmt sind und dass das durchschnittliche Rauschniveau unter drei Femtotesla pro Zentimeter bei Plano-Gradiometerkanälen und unter drei Femtotesla bei Magnetometerkanälen liegt. Sammeln Sie anschließend fünf Minuten lang Daten aus dem leeren Raum, um eine Schätzung des Hintergrundrauschens zu erhalten.
Richten Sie nun die somatosensorischen, auditiven und visuellen Reize ein, die dem Probanden während des Experiments präsentiert werden. Dies erfolgt mithilfe eines Stimulationscomputers, eines außerhalb des Abschirmraums installierten Projektors und eines somatosensorischen elektrischen Stimulators. Um den Probanden auf das Experiment vorzubereiten, stellen Sie zunächst sicher, dass keine magnetischen Materialien vorhanden sind, bringen Sie ihn anschließend in den abgeschirmten Raum und nehmen Sie einige MEG-Daten auf, um zu überprüfen, ob keine Anzeichen magnetischer Artefakte vorliegen.
Nun, da der Proband frei von sämtlichen Artefakten ist, setzen Sie die EEG-Kappe auf den Kopf des Probanden und injizieren Sie leitendes Gel in jede Elektrode. Sobald die Kappe sitzt und bereit ist, befestigen Sie die EOG-Elektroden und die Referenzelektrode und überprüfen Sie, ob die Impedanzen von EEG und aller weiteren Elektroden unter 10 Kiloohm liegen. Danach platzieren Sie den Kopfpositionsindikator oder die HPI-Spulen so, dass sie unter dem von dem MEG-Sensorarray erfassten Bereich liegen und weit voneinander entfernt sind.
Digitalisieren Sie nun die Referenzlandmarken, HPI-Spulen, EEG-Elektroden und die Kopfform. Dieser Schritt erfolgt außerhalb des magnetisch abgeschirmten Raums, in dem sich das MEG-System befindet, mithilfe eines 3D-Digitalisiergeräts. Bringen Sie schließlich den Probanden in den Scanner ein.
Nachdem die Vorbereitungen abgeschlossen sind, beginnen wir mit der Datenaufnahme. Richten Sie zunächst die Stimulationsprotokolle am Stimulationscomputer für die somatosensorische Medianusnervenstimulation ein. Befestigen Sie die Stimulationselektroden am linken und rechten Handgelenk des Probanden und erhöhen Sie die Stimulationsintensität schrittweise, bis die Schwelle unterhalb der motorischen Schwelle für die auditorische Stimulation liegt.
Setzen Sie die Kopfhörer auf die Ohren des Probanden und prüfen Sie, ob die Lautstärke für die visuelle Stimulation geeignet ist. Positionieren Sie den Rückprojektionsbildschirm vor dem Probanden und überprüfen Sie, ob der Reiz korrekt dargestellt wird. Beginnen Sie nun mit der Aufnahme der Daten in der Anzeige der Rohdaten.
Überprüfen Sie, ob alle Kanäle ordnungsgemäß funktionieren und keine Artefakte enthalten. Präsentieren Sie die Reize dem Probanden und speichern Sie anschließend die Rohdaten in Online-Mittelwerten. Bei der Datenanalyse verwenden wir anatomische MRT-Daten, um die Formen der Gewebekompartimente für die Vorwärtsmodellierung zu bestimmen und die M-E-E-G-E-E-G-Daten auf die kortikale Oberfläche einzuschränken.
Wir verwenden sowohl das momentane Dipolmodell als auch eine verteilte, kortikal beschränkte Minimum-Norm-Lösung. Lokalisierung der Hirnareale, die auf die Stimulation reagieren. Wir haben Ihnen soeben gezeigt, wie man EG- und EG-Daten als Reaktion auf visuelle, akustische und einige andere sensorische Reize erfasst und analysiert.
Wir haben gezeigt, wie diese Daten analysiert werden können, um die primären sensorischen Kortexareale zu lokalisieren. Das war's. Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.
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Übersicht
Diese Studie nutzt die Magnetoenzephalographie (MEG) und die Elektroenzephalographie (EEG), um die Gehirnregionen zu untersuchen, die an der Verarbeitung einfacher sensorischer Reize beteiligt sind. Die Forschung zielt darauf ab, unser Verständnis der sensorischen Verarbeitung sowohl bei gesunden Personen als auch bei Epilepsiepatienten zu vertiefen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Elektrophysiologie
- Bildgebung des Gehirns
Hintergrund
- Magnetoenzephalographie (MEG) und Elektroenzephalographie (EEG) sind nichtinvasive Verfahren.
- Diese Methoden ermöglichen die Echtzeitüberwachung der Gehirnaktivität.
- Das Verständnis der sensorischen Verarbeitung ist sowohl für die Grundlagenforschung der Neurowissenschaften als auch für klinische Anwendungen entscheidend.
- Die Forschung umfasst gesunde Probanden und Patienten mit Epilepsie.
Zweck der Studie
- Zur Abbildung der Gehirnareale, die an der sensorischen Verarbeitung beteiligt sind.
- Zur Identifizierung primärer sensorischer Regionen von Interesse (COIs).
- Zur Aufklärung der neuronalen Mechanismen, die der sensorischen Wahrnehmung zugrunde liegen.
Verwendete Methoden
- Sammlung von MEG- und EEG-Daten.
- Auditive und somatosensorische Stimulationsprotokolle.
- Analyse der Gehirnaktivität als Reaktion auf sensorische Reize.
- Vergleich der Daten zwischen gesunden Probanden und Epilepsiepatienten.
Hauptergebnisse
- Identifizierung spezifischer Hirnregionen, die durch sensorische Reize aktiviert werden.
- Unterschiede in der sensorischen Verarbeitung zwischen gesunden Personen und Epilepsiepatienten.
- Erkenntnisse zur funktionellen Organisation der sensorischen Verarbeitung im Gehirn.
- Mögliche Implikationen für operative Kandidaten mit Epilepsie.
Schlussfolgerungen
- MEG und EEG sind effektive Werkzeuge zur Untersuchung der sensorischen Verarbeitung.
- Die Ergebnisse tragen zum Verständnis der Gehirnfunktion bei Gesundheit und Krankheit bei.
- Weitere Forschung könnte klinische Ansätze zur Epilepsiebehandlung verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Funktionelle Hirnkartierung mittels kombinierter MEG/EEG ermöglicht eine präzise Lokalisation von Netzwerken der sensorischen Verarbeitung und unterstützt die Validierung von Zielstrukturen in der neurowissenschaftlichen Arzneimittelentwicklung. Dieser Ansatz liefert quantitative, reproduzierbare neuronale Messgrößen, die die Vorhersagegenauigkeit bei der mechanistischen Ent-Risikobewertung in frühen Entwicklungsstadien verbessern. Die Methode gewährleistet eine translationale Kontinuität von der Grundlagenforschung bis hin zu präklinischen Modellen sensorischer Funktionsstörungen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch die Abbildung kortikaler Reaktionen auf sensorische Reize.
- Operationaler Wert: Unterstützt die biologische Risikominimierung durch objektive, quantifizierbare neuronale Aktivierungsmuster.
- Prädiktiver Wert: Klärt die Beteiligung von Signalwegen und die funktionelle Zielstrukturvalidierung in krankheitsrelevanten neuronalen Schaltkreisen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte neuronale Systeme für die anschließende Wirkstoff-Screening-Phase vor, indem Referenzprofile der evozierten Reaktionen etabliert werden.
- Operativer Wert: Gewährleistet Standardisierung und Reproduzierbarkeit des Assays durch qualitätsgesicherte MEG-/EEG-Aufnahmeprotokolle.
- Skalierbarkeit: Ermöglicht die Wiederverwendung der Plattform über verschiedene Sinnesmodalitäten hinweg (somatosensorisch, auditiv, visuell) zur multiplexen Zielstruktur-Bewertung.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationeller Nutzen: Bietet eine krankheitsrelevante Systemabstimmung durch die Abbildung sensorischer Kortices sowohl in gesunden als auch in epileptischen Modellen.
- Mechanistische Risikominimierung: Ermöglicht risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung durch kortikale Quellenlokalisation mittels MRT-beschränkter Minimum-Norm-Schätzungen.
- Prädiktive Zuverlässigkeit: Unterstützt die Biomarkerabstimmung durch die räumlich-zeitlichen Dynamiken hervorgerufener Antworten auf sensorische Reize.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode integriert sich in frühe Entdeckungsworkflows, indem sie vor der Verbindungsscreening und der Leitstruktur-Optimierung eine funktionelle Validierung sensorischer Zielstrukturen ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung und Klärung von Signalwegen durch die Abbildung stimulusausgelöster kortikaler Aktivierung.
- Screening: Ermöglicht die Bereitschaft für Assays durch standardisierte Erfassung von evozierten Reaktionen und Online-Mittelwertbildung von MEG/EEG-Daten.
- Analytik: Liefert quantitative neuronale Messgrößen durch Modellierung äquivalenter Stromdipole und kortikal beschränkte Minimum-Norm-Schätzung.
- Translationale Forschung: Verbindet die Entdeckung mit präklinischer Kontinuität, indem sensorische Kortices in Epilepsiemodellen unter Verwendung anatomischer MRT-Daten für die Vorwärtsmodellierung lokalisiert werden.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare neurobildgebende Plattform für interdisziplinäre Teams, die sensorische Verarbeitungsstörungen untersuchen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Zielvalidierung, indem mechanistische Unklarheiten in sensorischen Signalwegen verringert werden.
- Operationaler Wert: Verbessert die Reproduzierbarkeit und Standardisierung durch strenge Qualitätskontrollverfahren, Überwachung der Rauschuntergrenze und Kontrolle der Elektrodenimpedanz.
- Strategischer Wert: Verbessert Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch von Projekten, indem objektive neuronale Biomarker für die Zielinteraktion bereitgestellt werden.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung von Wirkstoffen basierend auf dosisabhängiger Modulation sensorisch evozierter Potentiale.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in Neurophysiologie, MEG/EEG-Aufnahme und inversen Modellierungstechniken.
- Ist abhängig von magnetisch abgeschirmten Räumen, 3D-Digitalisierungssystemen und MRT-kompatibler Stimulationspräsentations-Hardware.
- Erfordert die Standardisierung von Stimulationsprotokollen, Kriterien zur Ablehnung von Artefakten und Quelllokalisations-Pipelines über Teamgrenzen hinweg.
- Beinhaltet Anpassungsüberlegungen über verschiedene Arten und Krankheitsmodelle hinweg, wenn von menschlichen Epilepsiemodellen auf präklinische Systeme übertragen wird.
- Ist durch die Notwendigkeit der Mitarbeit der Probanden und die artefaktfreie Datenerfassung begrenzt, insbesondere bei klinischen Populationen mit Bewegungs- oder kognitiven Einschränkungen.
