Mappatura funzionale con EEG e MEG simultaneo
14 giugno 2010
Noi usiamo magnetoencefalografia (MEG) e elettroencefalografia (EEG) per mappare aree del cervello coinvolte nella elaborazione di semplici stimoli sensoriali.
Ciao, sono Markham del Martino Center del Massachusetts General Hospital. Ciao, sono Han Liu, anch'io del Martino Center. Oggi vi mostreremo un protocollo per raccogliere e analizzare dati MEC e EC utilizzando stimolazione somatosensoriale uditiva.
E questo è stato stimolato per localizzare le aree corticali sensoriali primarie. Utilizziamo questa procedura nel nostro laboratorio per studiare sia i volontari sani che i pazienti con epilessia farmacoresistente candidati all'intervento chirurgico. Cominciamo dunque.
Cominciare verificando la taratura del sistema MEG. Assicurarsi che tutti i canali siano correttamente tarati e che il livello medio di rumore sia inferiore a tre femto Tesla per centimetro nei canali del gradiometro Plano e inferiore a tre femto Tesla nei canali del magnetometro. Successivamente, acquisire un segmento di dati della stanza vuota per cinque minuti al fine di ottenere una stima del rumore di fondo.
Ora configurare gli stimoli somatosensoriali, uditivi e visivi che verranno presentati al soggetto durante l'esperimento. Questo viene realizzato mediante un computer per la presentazione degli stimoli, un proiettore installato all'esterno della stanza schermata e uno stimolatore elettrico somatosensoriale. Per preparare il soggetto all'esperimento, innanzitutto accertarsi che non indossi materiali magnetici, quindi farlo entrare nella stanza schermata ed acquisire alcuni dati di MEG per verificare l'assenza di artefatti magnetici.
Ora che il soggetto è privo di artefatti, posizionare il casco EEG sulla testa del soggetto e iniettare il gel conduttivo in ciascun elettrodo. Una volta che il casco è posizionato e pronto, collegare gli elettrodi EOG e l'elettrodo di riferimento e verificare che le impedenze degli elettrodi EEG e di tutti gli altri elettrodi siano inferiori a 10 kiloohm. Successivamente, posizionare le bobine dell'indicatore di posizione della testa (HPI), sistemando in modo che si trovino sotto la zona coperta dall'array di sensori MEG e siano distanti tra loro.
Ora digitalizzare i punti fiduciali, le bobine HPI, gli elettrodi EEG e la forma della testa. Questo passaggio viene eseguito all'esterno della stanza schermata magneticamente, che contiene il sistema MEG, utilizzando un dispositivo digitalizzatore 3D. Infine, posizionare il soggetto all'interno dello scanner.
Terminate i preparativi, iniziamo l'acquisizione dei dati. Per cominciare, configura i protocolli di stimolazione sul computer di stimolazione per la stimolazione del nervo mediano somatosensoriale. Applica gli elettrodi di stimolazione ai polsi sinistro e destro del soggetto e aumenta gradualmente l'intensità dello stimolo a un livello inferiore alla soglia motoria per la stimolazione uditiva.
Posizionare le cuffie sulle orecchie del soggetto e verificare che il volume sia appropriato per la stimolazione visiva. Posizionare lo schermo di proiezione posteriore di fronte al soggetto e verificare che lo stimolo venga presentato correttamente. Iniziare ora l'acquisizione dei dati sul display dei dati grezzi.
Verificare che tutti i canali funzionino correttamente e non contengano alcun artefatto. Presentare gli stimoli al soggetto, quindi salvare i dati grezzi su medie online. Nell'analisi dei dati, utilizziamo dati di risonanza magnetica anatomica per determinare le forme dei compartimenti tissutali per la modellizzazione diretta e per vincolare i dati M-E-E-G-E-E-G alla superficie corticale.
Utilizziamo sia il modello del dipolo corrente sia una soluzione distribuita a norma minima vincolata alla corteccia. Localizzazione delle aree cerebrali che rispondono alla stimolazione. Vi abbiamo appena mostrato come raccogliere e analizzare dati EG e EG in risposta a stimoli visivi, uditivi e ad altri stimoli sensoriali.
Abbiamo dimostrato come questi dati possano essere analizzati per localizzare le principali aree sensoriali. È tutto. Grazie per aver guardato e buona fortuna nei vostri esperimenti.
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Panoramica
Questo studio utilizza la magnetoencefalografia (MEG) e l’elettroencefalografia (EEG) per analizzare le aree cerebrali coinvolte nell’elaborazione di stimoli sensoriali semplici. La ricerca ha lo scopo di approfondire la comprensione dell’elaborazione sensoriale sia in individui sani che in pazienti con epilessia.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Elettrofisiologia
- Immagini del cervello
Sfondo
- La magnetoencefalografia (MEG) e l'elettroencefalografia (EEG) sono tecniche non invasive.
- Questi metodi permettono un monitoraggio in tempo reale dell'attività cerebrale.
- Comprendere l'elaborazione sensoriale è fondamentale sia per le neuroscienze di base sia per le applicazioni cliniche.
- La ricerca include volontari sani e pazienti con epilessia.
Scopo dello studio
- Mappare le aree cerebrali coinvolte nell'elaborazione sensoriale.
- Identificare i centri primari di interesse (COI) sensoriali.
- Fornire informazioni sui meccanismi neurali alla base della percezione sensoriale.
Metodi Utilizzati
- Acquisizione dei dati MEG ed EEG.
- Protocolli di stimolazione uditiva e somatosensoriale.
- Analisi dell'attività cerebrale in risposta a stimoli sensoriali.
- Confronto dei dati tra individui sani e pazienti con epilessia.
Risultati principali
- Identificazione di specifiche aree cerebrali attivate da stimoli sensoriali.
- Differenze nell'elaborazione sensoriale tra individui sani e pazienti con epilessia.
- Informazioni sull'organizzazione funzionale dell'elaborazione sensoriale nel cervello.
- Ripercussioni potenziali per i pazienti candidati a interventi chirurgici per l'epilessia.
Conclusioni
- La MEG e l'EEG sono strumenti efficaci per lo studio dell'elaborazione sensoriale.
- I risultati contribuiscono alla comprensione del funzionamento cerebrale in condizioni fisiologiche e patologiche.
- Ulteriori ricerche potrebbero migliorare gli approcci clinici per il trattamento dell'epilessia.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Metodo
La mappatura funzionale del cervello mediante l'uso combinato di MEG/EEG consente una localizzazione precisa delle reti di elaborazione sensoriale, supportando la validazione degli obiettivi nella scoperta di farmaci neuropsichiatrici. Questo approccio fornisce letture neurali quantitative e riproducibili che aumentano la fiducia predittiva nella riduzione del rischio meccanicistica nelle fasi iniziali. Il metodo favorisce una continuità traslazionale dalle neuroscienze di base ai modelli preclinici di disfunzione sensoriale.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione dell'Obiettivo
- Valore scientifico: Consente l'analisi di ipotesi terapeutiche mediante la mappatura delle risposte corticali a stimoli sensoriali.
- Valore operativo: Supporta la riduzione del rischio biologico attraverso schemi di attivazione neurale oggettivi e quantificabili.
- Valore predittivo: Chiarisce l'attivazione dei percorsi e la validazione funzionale della proteina bersaglio in circuiti neurali rilevanti per la malattia.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Prepara sistemi neurali validati per lo screening di composti successivi, stabilendo profili di risposta evocata di base.
- Valore operativo: Garantisce standardizzazione e riproducibilità del saggio attraverso protocolli di acquisizione MEG/EEG controllati per la qualità.
- Scalabilità: Facilita il riutilizzo della piattaforma attraverso diverse modalità sensoriali (somatosensoriale, uditiva, visiva) per la valutazione multiplex di bersagli.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore traslazionale: Fornisce un allineamento del sistema rilevante per la patologia mappando le cortecce sensoriali sia in modelli sani che epilettici.
- De-risking meccanicistico: Permette decisioni di avanzamento corrette per il rischio mediante la localizzazione della sorgente corticale tramite stime minimo-norma vincolate da MRI.
- Conferma predittiva: Sostiene l'allineamento dei biomarcatori attraverso la dinamica spaziotemporale delle risposte evocate a stimoli sensoriali.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nei flussi di lavoro della fase iniziale di scoperta fornendo una validazione funzionale dei bersagli sensoriali prima dello screening dei composti e dell'ottimizzazione del composto promettente.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi mediante la mappatura dell'attivazione corticale evocata da stimoli.
- Screening: Permette la prontezza del saggio attraverso l'acquisizione standardizzata di risposte evocate e la media online dei dati MEG/EEG.
- Analisi: Fornisce letture neurali quantitative mediante modellazione del dipolo elettrico equivalente e stima corticale vincolata a norma minima.
- Ricerca traslazionale: Collega la scoperta alla continuità preclinica localizzando le cortecce sensoriali in modelli di epilessia mediante risonanza magnetica anatomica per la modellazione diretta.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma di neuroimmagini riutilizzabile per team interfunzionali che studiano i disturbi del processamento sensoriale.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nella validazione dell'obiettivo riducendo l'ambiguità meccanicistica nei percorsi sensoriali.
- Valore operativo: Migliora la riproducibilità e la standardizzazione attraverso rigorose procedure di controllo qualità, monitoraggio del rumore di fondo e controlli dell'impedenza degli elettrodi.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione dello sviluppo fornendo biomarcatori neurali oggettivi dell'interazione con l'obiettivo.
- Impatto sul portafoglio: Permette la priorizzazione dei composti in base al rischio, basandosi sulla modulazione dose-dipendente dei potenziali evocati sensorialmente.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in neurofisiologia, acquisizione di MEG/EEG e tecniche di modellazione inversa.
- È vincolato alla disponibilità di camere schermate magneticamente, sistemi di digitalizzazione 3D e hardware per la presentazione degli stimoli compatibile con la risonanza magnetica.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro riguardo ai protocolli di stimolazione, ai criteri di esclusione degli artefatti e alle procedure di localizzazione delle sorgenti.
- Comporta considerazioni relative all'adattamento tra specie e modelli di malattia quando si passa da modelli umani di epilessia a sistemi preclinici.
- È limitato dalla necessità di cooperazione da parte del soggetto e dalla raccolta di dati privi di artefatti, particolarmente in popolazioni cliniche con deficit motori o cognitivi.
