Functionele Mapping met gelijktijdige MEG en EEG
14 juni 2010
We maken gebruik van magneto (MEG) en elektro-encefalogram (EEG) tot hersengebieden die betrokken zijn bij het verwerken van eenvoudige zintuiglijke prikkels kaart.
Hoi, ik ben Markham van het Martino Center van het Massachusetts General Hospital. Hoi, ik ben Han Liu, ook van het Martino Center. Vandaag tonen we u een protocol voor het verzamelen en analyseren van MEC- en EC-gegevens met behulp van auditieve somatosensoriek.
En dit werd gestimuleerd om de primaire sensorische COI's te lokaliseren. We gebruiken deze procedure in ons laboratorium om zowel gezonde vrijwilligers als patiënten met AP-epilepsie die in aanmerking komen voor een operatie te bestuderen. Laten we beginnen.
Begin met het controleren van de afstemming van het MEG-systeem. Zorg ervoor dat alle kanalen correct zijn afgestemd en dat het gemiddelde ruisniveau lager is dan 3 fT/cm op de Plano-gradiometerkanalen, en lager dan 3 fT op de magnetometerkanalen. Verzamel vervolgens gedurende vijf minuten een segment met data van een lege kamer om een schatting van de achtergrondruis te verkrijgen.
Stel nu de somatosensorische, auditieve en visuele stimuli in die tijdens het experiment aan de proefpersoon zullen worden gepresenteerd. Dit wordt gerealiseerd met een stimuluscomputer, een projector die buiten de afgeschermde ruimte is geïnstalleerd en een somatosensorische elektrische stimulator. Om de proefpersoon op het experiment voor te bereiden, moet eerst worden gecontroleerd of zij geen magnetische materialen bij zich hebben; breng hen vervolgens naar een afgeschermde ruimte en verzamel MEG-gegevens om te controleren of er geen tekenen zijn van magnetische artefacten.
Nu de proefpersoon vrij is van alle artefacten, plaatst u de EEG-kap op het hoofd van de proefpersoon en injecteert u geleidingsgel in elke elektrode. Zodra de kap op zijn plaats is en gereed is, bevestigt u de EOG-elektroden en de referentie-elektrode en controleert u of de impedanties van de EEG en alle andere elektroden lager zijn dan 10 kΩ. Plaats vervolgens de hoofdpositie-indicatoren of HPI-spoelen; positioneer deze zodanig dat ze zich onder het gebied bevinden dat wordt gedekt door de MEG-sensorarray en ver van elkaar vandaan liggen.
Digitaliseer nu de fiduciaire referentiepunten, de HPI-spoelen, de EEG-elektroden en de hoofdvorm. Deze stap wordt uitgevoerd buiten de magnetisch afgeschermde kamer waarin het MEG-systeem zich bevindt, met behulp van een 3D-digitaliseerapparaat. Plaats tenslotte de proefpersoon in de scanner.
Nu de voorbereidingen zijn voltooid, kunnen we beginnen met het verzamelen van gegevens. Begin met het instellen van de stimulatieprotocollen op de stimuluscomputer voor somatosensorische stimulatie van de nervus medianus. Bevestig de stimulatie-elektroden aan de linker- en rechterpols van de proefpersoon en verhoog geleidelijk de stimulusintensiteit tot het niveau de motorische drempel voor auditieve stimulatie overschrijdt.
Plaats de oortjes in de oren van de proefpersoon en controleer of het volume geschikt is voor de visuele stimulatie. Positioneer het projectiescherm achter de proefpersoon en controleer of de stimulus correct wordt gepresenteerd. Begin nu met het verzamelen van gegevens op het scherm voor ruwe data.
Controleer of alle kanalen correct functioneren en geen artefacten bevatten. Presenteer de stimuli aan de proefpersoon en sla vervolgens de ruwe data op als online gemiddelden. Bij de data-analyse gebruiken we anatomische MRI-data om de vormen van de weefselcompartimenten voor forward modeling te bepalen en om de M-E-E-G-E-E-G-data te beperken tot het corticale oppervlak.
We maken gebruik van zowel het huidige dipoolmodel als een gedistribueerde, corticaal beperkte minimumnorm-oplossing om de hersengebieden te lokaliseren die reageren op de stimulatie. We hebben zojuist gedemonstreerd hoe u EEG- en MEG-gegevens verzamelt en analyseert in reactie op visuele, auditieve en enkele andere zintuiglijke prikkels.
We hebben aangetoond hoe deze gegevens kunnen worden geanalyseerd om de primaire sensorische cortex te lokaliseren. Dat was het. Bedankt voor het kijken en veel succes met uw experimenten.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie maakt gebruik van magnetoencefalografie (MEG) en electroencefalografie (EEG) om de hersengebieden te onderzoeken die betrokken zijn bij de verwerking van eenvoudige sensorische stimuli. Het onderzoek heeft tot doel ons begrip van de sensorische verwerking bij zowel gezonde individuen als patiënten met epilepsie te verbeteren.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Hersenbeeldvorming
Achtergrond
- Magnetoencefalografie (MEG) en elektroencefalografie (EEG) zijn non-invasieve technieken.
- Deze methoden maken real-time monitoring van hersenactiviteit mogelijk.
- Inzicht in sensorische verwerking is cruciaal voor zowel de fundamentele neurowetenschap als voor klinische toepassingen.
- Het onderzoek omvat gezonde vrijwilligers en patiënten met epilepsie.
Doel van de studie
- Om hersengebieden in kaart te brengen die betrokken zijn bij sensorische verwerking.
- Om primaire sensorische centra van belang (COI's) te identificeren.
- Om inzicht te verschaffen in de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan sensorische perceptie.
Gebruikte methoden
- Verzameling van MEG- en EEG-gegevens.
- Auditieve en somatosensorische stimuleringsprotocollen.
- Analyse van hersenactiviteit in reactie op sensorische stimuli.
- Vergelijking van gegevens tussen gezonde individuen en epilepsiepatiënten.
Belangrijkste resultaten
- Identificatie van specifieke hersengebieden die worden geactiveerd door sensorische stimuli.
- Verschillen in sensorische verwerking tussen gezonde individuen en patiënten met epilepsie.
- Inzichten in de functionele organisatie van sensorische verwerking in de hersenen.
- Potentiële implicaties voor chirurgische kandidaten met epilepsie.
Conclusies
- MEG en EEG zijn effectieve instrumenten voor het bestuderen van sensorische verwerking.
- De bevindingen dragen bij aan het begrip van hersenfuncties bij gezondheid en ziekte.
- Verder onderzoek kan klinische benaderingen voor de behandeling van epilepsie verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Functionele hersenmapping met gecombineerde MEG/EEG maakt een precieze lokalisatie van sensorische verwerkingsnetwerken mogelijk, wat bijdraagt aan de validatie van targets bij de ontdekking van neuropsychiatrische geneesmiddelen. Deze benadering biedt kwantitatieve, reproduceerbare neurale read-outs die het voorspellende vertrouwen bij mechanistische risicoreductie in een vroeg stadium vergroten. De methode ondersteunt translationele continuïteit van fundamentele neurowetenschappen naar preklinische modellen van sensorische dysfunctie.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door corticale reacties op sensorische stimuli in kaart te brengen.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door objectieve, kwantificeerbare neurale activatiepatronen.
- Voorspellende waarde: Verduidelijkt de activatie van signaalpaden en functionele targetvalidatie in ziekterelateerde neurale circuits.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde neurale systemen voor op downstream compound-screening door baseline-profielen van opgewekte responsen vast te stellen.
- Operationele waarde: Garandeert standaardisatie en reproduceerbaarheid van de assay via kwaliteitsgecontroleerde MEG/EEG-acquisitieprotocollen.
- Schaalbaarheid: Faciliteert hergebruik van het platform over verschillende sensorische modaliteiten (somatosensorisch, auditief, visueel) voor gemultiplexte target-assessment.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele waarde: Biedt ziekterelateerde systeemuitlijning door het in kaart brengen van sensorische cortices in zowel gezonde als epileptische modellen.
- Mechanistische risicoreductie: Maakt risicogebaseerde beslissingen over verdere voortgang mogelijk via corticale bronlokalisatie met behulp van MRI-beperkte minimum-norm schattingen.
- Voorspellend vertrouwen: Ondersteunt de uitlijning van biomarkers via de spatiotemporele dynamiek van opgewekte responsen op sensorische uitdagingen.
Pijplijn- & Workflowintegratie
De methode wordt geïntegreerd in vroege discovery-workflows door functionele validatie van sensorische targets te bieden voorafgaand aan compound screening en lead-optimalisatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van pathways via mapping van stimulus-evokeerde corticale activatie.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk via gestandaardiseerde acquisitie van evokeerde responsen en online middeling van MEG/EEG-data.
- Analytics: Levert kwantitatieve neurale read-outs via equivalent current dipole modeling en corticaal beperkte minimum-norm schatting.
- Translational Research: Verbindt discovery met preklinische continuïteit door sensorische cortices te lokaliseren in epilepsiemodellen met behulp van anatomische MRI voor forward modeling.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar neuroimaging-platform voor cross-functionele teams die onderzoek doen naar sensorische verwerkingsstoornissen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij de validatie van targets door mechanische ambiguïteit in sensorische paden te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie door strikte QA-procedures, monitoring van de ruisvloer en controles van de elektrode-impedantie.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door het leveren van objectieve neurale biomarkers van target-engagement.
- Impact op portfolio: Maakt risicogebaseerde prioritering van verbindingen mogelijk op basis van dosis-responsieve modulatie van sensorisch-opgeroepen potentialen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in neurofysiologie, MEG/EEG- acquisitie en inverse modelleringstechnieken.
- Is afhankelijk van magnetisch afgeschermde ruimtes, 3D-digitalisatiesystemen en MRI-compatibele hardware voor stimulusaanbieding.
- Necessiteert standaardisatie tussen teams van stimulusprotocollen, criteria voor artefactverwijdering en pipelines voor bronlokalisatie.
- Houdt rekening met aanpassingen tussen soorten en ziektemodellen bij de vertaling van menselijke epilepsiemodellen naar preklinische systemen.
- Wordt beperkt door de noodzaak van medewerking van de proefpersoon en artefactvrije gegevensverzameling, in het bijzonder bij klinische populaties met bewegings- of cognitieve stoornissen.
