差動熱感覚に対する注目の注意提案時における同時fMRI/EEGデータ収集の方法

こんにちは。私はUCLA Semi Instituteのポストドクトラル研究員であり、認定催眠術師のPamela Douglasです。本プレゼンテーションでは、EEG-fMRIデータの同時収集法と、差動温度計測用のMR互換デバイスについて実演します。ここでは、「コールドグローブ実験」と呼ばれる独自のパラダイムを用いてこの手法を提示し、催眠誘導の前後でデータを記録します。

まず、被験者にMRI対応ヘッドホンを介してオーディオテープを聴かせ、左手が冷たくなっていくところを想像させる（いわゆるコールドグローブ・パラダイム）状態で、同時EEG-fMRIデータと手の温度測定を行います。次に、催眠誘導中に単一モダリティのEEGデータを記録します。催眠誘導後、再び同時EEG-fMRIコールドグローブデータを記録し、実験全体を通してMR対応の差動温度計を用いて手の温度測定を行います。

最終的に、我々のEEG-fMRIデータ収集法は、非侵襲的に高い時間分解能と空間分解能を持つマルチモーダルデータを提供できるため、多くの実験パラダイムにおいて有用であると考えられます。重要な点として、脳信号処理の非定常的な側面があるため、逐次的なデータ収集よりも同時記録を行う方が非常に有利になります。こんにちは、私はUCLAのSemial Institute for Neuroscience and Human Behavior内にあるStaglin Center for Cognitive Neuroscienceのテクニカルディレクター、Mark Cohenです。

このビデオでは、催眠状態で定量的に変化する脳波（EEG）データ、機能的磁気共鳴画像（fMRI）、および手の温度測定を同時に記録する方法を実演します。これらの測定のために、実験プロトコルに合わせて特別に設計された催眠導入手順と併せて、専用の技術を開発し活用しました。EEGとfMRIの同時収集は、それぞれの装置が互いにアーチファクトを生成するため、特に困難です。

MRIがEEGに及ぼす影響は特に困難な課題です。なぜなら、撮像システムのRF部は数百ボルトに達する信号を利用し、勾配磁場は毎秒45 Teslaを超える時間変動磁場を印加するためです。一方で、頭皮で計測される微小なEEG信号はわずか数マイクロボルトに過ぎません。また、MRI内での温度測定でさえ困難が伴います。

電子機器を流れる寄生高周波電流は、あらかじめ安全上の懸念事項となっており、デジタル温度記録装置からの低レベル放射はMR画像にノイズを混入させる可能性があります。EEGアンプは、撮像用マグネットの極めて至近距離で動作するように、Electrical Geodesics社によって特別に設計されています。アンプの強磁性部品はほぼすべて取り除かれ、その後、電磁場遮蔽コンテインメントシステム（隔離容器）に封入されました。

同社製の標準的なEEG AMPとサイズを比較することで、固定エンクロージャの感覚を把握することができます。各EEG入力は、バッテリー駆動のアンプへの高周波エネルギーの結合を排除するために、電気的にフィルタリングされています。EEGとFMRIを同時に収集するには、両方の機器のタイミングをナノ秒精度の精度で同期させる必要があります。

しかし、遮蔽を維持するため、有線電気信号をスキャン室に持ち込んだり、室外へ出したりしてはいけません。これを確実にするため、Electrical Geodesics社のエンジニアは、タイミング信号とデジタル化データの両方がこれらのポートを介して光ファイバーで伝送されるように、我々の同時E-E-G-F-M-R-Iシステムを構築しました。催眠誘導は、催眠療法士による短い面接から始まります。

次に、催眠誘導プロセスに腕上げ法として知られる観念運動暗示を用いる。EEGデータは、256チャンネルのMRI適合GEODESICセンサーネットを使用して記録する。電極のインピーダンスレベルは、実験を通じて約20分間隔でモニタリングする必要がある。

次に、催眠感受性フォームCの12段階スタンフォード催眠感受性尺度を用いて、催眠感受性を評価します。その後、被験者はMRIスキャン室に入り、EEG-fMRIデータの同時収集を行います。催眠導入後、催眠的な冷感手袋の暗示に伴う同時EEG-fMRI測定中に、手の温度差を測定するための装置を開発しました。この装置は、アンプとデジタルディスプレイに接続された2つのL 34温度センサーで構成されています。

2本の9V電池が内部電子回路に電力を供給します。生理学的範囲内での温度応答が線形であるため、LN 34センサーを選択しました。コンポーネントの非線形性に対処するため、キャリブレーション工程を実施しました。

実験の直前に、両方の温度センサーをウォーターバスに浸し、装置のゼロ点を決定しました。実験中、ゼロ点からの偏差は被験者の両手の温度差を示しました。この記録された温度差により、コールドグローブ暗示の効果を定量化することができました。そして、「指先から指、手、手首までが完全に浸かっている様子を視覚化し、想像してください」と伝えました。

左手は氷水に完全に浸かっています。イメージを維持しながら、左手が完全に冷たく、しびれている、しびれていて冷たい、手には全く感覚がないという素晴らしい感覚を作り出してください。感じようとすればするほど感覚は失われ、一方で右手はさらに温かくなっていく様子を想像してください。

左手が氷のように冷たくなり、まるで手が青くなるかのような感覚になります。実際にそうなると信じられるほどであり、その感覚は指先から指、そして手首へと広がっていきます。本研究では、通常では不可視である認知プロセスの電気生理学的、運動学的、および神経血管的な関連性を明らかにするためのマルチモーダル記録法を提示しました。

fMRIやEEGを個別に収集し分離するという従来の手法とは異なり、超高密度256チャンネルEEGと組み合わせた統合手法を用いることで、2つの脳信号間の関連性を明らかにすることができます。これにより、信号の共局在化が可能となり、磁気共鳴研究で血流の変化として現れる領域の電気的な発生源について、妥当な推論を導き出すことができます。