Mapowanie funkcjonalne z jednoczesną rejestracją MEG i EEG
14 czerwca 2010
Stosujemy magnetoencefalografię (MEG) oraz elektroencefalografię (EEG) w celu zmapowania obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych.
Cześć, jestem Markham z Centrum Martino w Massachusetts General Hospital. Cześć, jestem Han Liu, również z Centrum Martino. Dzisiaj zaprezentujemy protokół zbierania i analizy danych z MEC i EC przy użyciu somatosensoryki słuchowej.
Krok ten został zastosowany w celu zlokalizowania głównych sensorycznych COI. Procedurę tę stosujemy w naszym laboratorium do badań zarówno zdrowych ochotników, jak i pacjentów z padaczką AP, którzy są kandydatami do operacji. Zatem zacznijmy.
Zacznij od sprawdzenia strojenia systemu MEG. Upewnij się, że wszystkie kanały są odpowiednio nastrojone, a średni poziom szumów jest niższy niż 3 fT/cm w kanałach gradiometru planarnego oraz niższy niż 3 fT w kanałach magnetometru. Następnie zbierz dane z pustego pomieszczenia przez pięć minut, aby uzyskać szacunkową wartość szumu tła.
Teraz należy skonfigurować bodźce somatosensoryczne, słuchowe i wzrokowe, które zostaną zaprezentowane badanemu podczas eksperymentu. Jest to realizowane za pomocą komputera sterującego bodźcami, projektora zainstalowanego na zewnątrz pomieszczenia ekranowanego oraz elektrycznego stymulatora somatosensorycznego. Aby przygotować badanego do eksperymentu, najpierw należy upewnić się, że nie posiada on przy sobie żadnych materiałów magnetycznych, a następnie wprowadzić go do pomieszczenia ekranowanego i zebrać dane MEG, aby sprawdzić, czy nie występują oznaki artefaktów magnetycznych.
Po upewnieniu się, że badany jest wolny od wszelkich artefaktów, załóż czepkę EEG na głowę badanego i wstrzyknij żel przewodzący do każdej elektrody. Po prawidłowym założeniu i przygotowaniu czepki, podłącz elektrody EOG oraz elektrodę referencyjną, a następnie sprawdź, czy impedancje elektrod EEG oraz wszystkich pozostałych elektrod są niższe niż 10 kΩ.
Następnie przeprowadź digitalizację punktów orientacyjnych, cewek HPI, elektrod EEG oraz kształtu głowy. Krok ten wykonuje się poza ekranowaną magnetycznie pomieszczeniem, w którym znajduje się system MEG, przy użyciu urządzenia do digitalizacji 3D. Na koniec umieść badanego w skanerze.
Po zakończeniu przygotowań możemy przystąpić do gromadzenia danych. W pierwszej kolejności należy skonfigurować protokoły stymulacji na komputerze stymulującym dla stymulacji somatosensorycznej nerwu pośrodkowego. Przymocuj elektrody stymulujące do lewego i prawego nadgarstka badanego, a następnie stopniowo zwiększaj intensywność bodźca, tak aby poziom ten nie przekroczył progu motorycznego dla stymulacji słuchowej.
Załóż słuchawki na uszy badanego i upewnij się, że poziom głośności jest odpowiedni dla stymulacji wizualnej. Umieść ekran do projekcji tylnej przed badanym i sprawdź, czy bodziec jest prezentowany prawidłowo. Następnie rozpocznij pozyskiwanie danych na wyświetlaczu danych surowych.
Należy sprawdzić, czy wszystkie kanały funkcjonują prawidłowo i nie zawierają artefaktów. Następnie należy przedstawić bodźce badanemu, a potem zapisać surowe dane oraz średnie online. W analizie danych wykorzystujemy dane anatomiczne z MRI do określenia kształtów przedziałów tkankowych na potrzeby modelowania w przód oraz do ograniczenia danych M-E-E-G-E-E-G do powierzchni kory mózgowej.
Stosujemy zarówno model dipola prądowego, jak i rozproszone rozwiązanie o minimalnej normie z ograniczeniem korowym. Lokalizujemy obszary mózgu reagujące na stymulację. Właśnie pokazaliśmy Państwu, jak gromadzić i analizować dane EEG i EG w odpowiedzi na bodźce wzrokowe, słuchowe oraz niektóre inne bodźce sensoryczne.
Przedstawiliśmy sposób analizy tych danych w celu zlokalizowania pierwotnych kory sensorycznej. To wszystko. Dziękujemy za oglądanie i życzymy powodzenia w przeprowadzaniu eksperymentów.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
W niniejszym badaniu wykorzystano magnetoencefalografię (MEG) oraz elektroencefalografię (EEG), aby zbadać obszary mózgu zaangażowane w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych. Celem badań jest pogłębienie wiedzy na temat przetwarzania sensorycznego zarówno u zdrowych osób, jak i u pacjentów z padaczką.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektrofizjologia
- Obrazowanie mózgu
Wstęp
- Magnetoencefalografia (MEG) i elektroencefalografia (EEG) to techniki nieinwazyjne.
- Metody te umożliwiają monitorowanie aktywności mózgu w czasie rzeczywistym.
- Zrozumienie przetwarzania sensorycznego jest kluczowe zarówno dla podstawowej neuronauki, jak i dla zastosowań klinicznych.
- Badania obejmują zdrowych ochotników oraz pacjentów z epilepsją.
Cel badania
- Zmapowanie obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie sensoryczne.
- Zidentyfikowanie głównych ośrodków sensorycznych będących obszarami zainteresowania (COIs).
- Zapewnienie wglądu w mechanizmy neuronalne leżące u podstaw percepcji sensorycznej.
Zastosowane metody
- Gromadzenie danych MEG i EEG.
- Protokoły stymulacji słuchowej i somatosensorycznej.
- Analiza aktywności mózgu w odpowiedzi na bodźce sensoryczne.
- Porównanie danych osób zdrowych i pacjentów z epilepsją.
Główne wyniki
- Identyfikacja konkretnych obszarów mózgu aktywowanych przez bodźce sensoryczne.
- Różnice w przetwarzaniu sensorycznym pomiędzy osobami zdrowymi a pacjentami z epilepsją.
- Wnioski dotyczące organizacji funkcjonalnej przetwarzania sensorycznego w mózgu.
- Potencjalne implikacje dla kandydatów do zabiegów chirurgicznych w przypadku epilepsji.
Wnioski
- MEG i EEG są skutecznymi narzędziami do badania przetwarzania sensorycznego.
- Uzyskane wyniki przyczyniają się do zrozumienia funkcji mózgu w stanie zdrowia i choroby.
- Dalsze badania mogą usprawnić podejścia kliniczne w leczeniu padaczki.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Funkcjonalne mapowanie mózgu z wykorzystaniem połączonej MEG/EEG umożliwia precyzyjną lokalizację sieci przetwarzania sensorycznego, co wspiera walidację celu w procesie odkrywania leków neuropsychiatrycznych. Podejście to dostarcza ilościowych, reprodukowalnych odczytów neuronalnych, które zwiększają pewność prognostyczną w ramach wczesnego etapu ograniczania ryzyka mechanistycznego. Metoda ta zapewnia ciągłość translacyjną od podstawowych badań neuronaukowych do przedklinicznych modeli dysfunkcji sensorycznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez mapowanie odpowiedzi korowych na bodźce sensoryczne.
- Wartość operacyjna: Wspiera biologiczne ograniczanie ryzyka dzięki obiektywnym, mierzalnym wzorcom aktywacji neuronalnej.
- Wartość prognostyczna: Wyjaśnia zaangażowanie szlaków i walidację funkcjonalną celów w obwodach neuronalnych istotnych dla danej choroby.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Przygotowuje zwalidowane układy neuronalne do późniejszego przesiewu związków poprzez ustalenie bazowych profili odpowiedzi wywołanych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność testów dzięki protokołom akwizycji MEG/EEG z kontrolą jakości.
- Skalowalność: Umożliwia ponowne wykorzystanie platformy w różnych modalnościach sensorycznych (somatosensorycznej, słuchowej, wzrokowej) w celu multipleksowej oceny celów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość translacyjna: Zapewnia dopasowanie systemu istotne dla schorzenia poprzez mapowanie kory sensorycznej zarówno w modelach zdrowych, jak i epilepticznych.
- Minimalizacja ryzyka mechanistycznego: Umożliwia podejmowanie decyzji o rozwoju projektu w oparciu o ocenę ryzyka dzięki lokalizacji źródeł korowych z wykorzystaniem szacunków minimalnej normy z ograniczeniem MRI.
- Pewność predykcyjna: Wspiera dopasowanie biomarkerów poprzez analizę dynamiki czasoprzestrzennej odpowiedzi wywołanych na bodźce sensoryczne.
Integracja potoków i przepływów pracy
Metoda ta integruje się z wczesnymi etapami procesów odkrywania leków, zapewniając funkcjonalną walidację celów sensorycznych przed rozpoczęciem screeningu związków i optymalizacji wiodących struktur.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez mapowanie aktywacji korowej wywołanej bodźcem.
- Przesiew: Umożliwia przygotowanie analizy dzięki standaryzowanemu pozyskiwaniu odpowiedzi wywołanych oraz uśrednianiu danych MEG/EEG w trybie online.
- Analityka: Zapewnia ilościowe odczyty neuronalne poprzez modelowanie równoważnych dipoli prądowych oraz szacowanie normy minimalnej z ograniczeniem korowym.
- Badania translacyjne: Łączy etap odkryć z ciągłością przedkliniczną poprzez lokalizację kory sensorycznej w modelach epilepsji z wykorzystaniem anatomicznego MRI do modelowania forward.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielokrotnego użytku platformę neuroobrazowania dla zespołów interdyscyplinarnych badających zaburzenia przetwarzania sensorycznego.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celu poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w szlakach sensorycznych.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność i standaryzację dzięki rygorystycznym procedurom QA, monitorowaniu poziomu szumów oraz kontroli impedancji elektrod.
- Wartość strategiczna: Usprawnia decyzje go/no-go poprzez dostarczenie obiektywnych biomarkerów neuronalnych zaangażowania celu.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację związków z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o zależną od dawki modulację potencjałów wywołanych sensorycznie.
Kwestie dotyczące implementacji
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna z zakresu neurofizjologii, akwizycji MEG/EEG oraz technik modelowania odwrotnego.
- Metoda zależy od dostępności ekranowanych magnetycznie pomieszczeń, systemów digitalizacji 3D oraz sprzętu do podawania bodźców kompatybilnego z MRI.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów stymulacji, kryteriów odrzucania artefaktów oraz potoków lokalizacji źródeł pomiędzy zespołami.
- Proces obejmuje rozważania dotyczące adaptacji międzygatunkowej i modeli chorobowych podczas przenoszenia modeli ludzkiej epilepsji do systemów przedklinicznych.
- Ograniczeniem jest konieczność współpracy pacjenta oraz gromadzenia danych wolnych od artefaktów, szczególnie w populacjach klinicznych z zaburzeniami ruchowymi lub poznawczymi.
