Функциональные карты с одновременным МЭГ и ЭЭГ
14 июня 2010 г.
Мы используем магнитоэнцефалографии (МЭГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ) для отображения областях мозга, связанных с обработкой простых сенсорные стимулы.
Здравствуйте, я Маркам из Центра Мартино при Массачусетской больнице общего профиля. Здравствуйте, я Хан Лю, также из Центра Мартино. Сегодня мы представим вам протокол сбора и анализа данных MEC и EC с использованием слухового и соматосенсорного стимулов.
Данная процедура стимулировалась для определения первичных сенсорных COI. Мы используем этот метод в нашей лаборатории для исследования как здоровых добровольцев, так и пациентов с AP-эпилепсией, являющихся кандидатами на хирургическое вмешательство. Итак, приступим.
Начните с проверки настройки системы МЭГ. Убедитесь, что все каналы настроены правильно, а средний уровень шума составляет менее 3 фТ/см на каналах планарных градиентометров и менее 3 фТ на каналах магнитометров. Затем соберите данные пустого помещения в течение пяти минут для оценки фонового шума.
Теперь настройте соматосенсорные, слуховые и зрительные стимулы, которые будут предъявляться испытуемому во время эксперимента. Это осуществляется с помощью компьютера для подачи стимулов, проектора, установленного снаружи экранированной комнаты, и соматосенсорного электрического стимулятора. Чтобы подготовить испытуемого к эксперименту, сначала убедитесь в отсутствии у него металлических предметов, содержащих магнитные материалы, затем сопроводите его в экранированную комнату и запишите данные МЭГ, чтобы убедиться в отсутствии признаков магнитных артефактов.
Теперь, когда на теле испытуемого отсутствуют какие-либо артефакты, наденьте ЭЭГ-шлем на голову испытуемого и введите проводящий гель в каждый электрод. После того как шлем будет закреплен и готов к работе, прикрепите ЭОГ-электроды и референтный электрод, а затем убедитесь, что импеданс ЭЭГ-электродов и всех остальных электродов составляет менее 10 kΩ. Далее установите катушки индикатора положения головы (HPI) таким образом, чтобы они находились в области, охватываемой массивом датчиков МЭГ, и были удалены друг от друга.
Теперь выполните оцифровку фидуциарных маркеров, катушек HPI, электродов ЭЭГ и формы головы. Этот этап проводится за пределами магнитно-экранированной комнаты, в которой установлена система МЭГ, с использованием устройства 3D-дигитайзера. В завершение поместите испытуемого в сканер.
После завершения всех подготовительных действий приступим к сбору данных. Для начала настройте протоколы стимуляции на компьютере-стимуляторе для соматосенсорной стимуляции срединного нерва. Прикрепите стимулирующие электроды к левому и правому запястьям испытуемого и постепенно увеличивайте интенсивность стимула до уровня, не превышающего моторный порог для слуховой стимуляции.
Наденьте наушники на испытуемого и убедитесь, что уровень громкости подходит для визуальной стимуляции. Установите экран для обратной проекции перед испытуемым и проверьте правильность отображения стимула. Теперь начните сбор данных на дисплее необработанных данных.
Убедитесь, что все каналы функционируют правильно и не содержат артефактов. Предъявите стимулы испытуемому, после чего сохраните необработанные данные и онлайн-усреднения. При анализе данных мы используем данные анатомической МРТ для определения формы тканевых компартментов при прямом моделировании и для привязки данных МЭЭГ к поверхности коры головного мозга.
Мы используем как модель тока диполя, так и распределенное решение с минимальной нормой, ограниченное корой, для локализации областей мозга, реагирующих на стимуляцию. Мы только что продемонстрировали вам способ сбора и анализа данных ЭЭГ и ЭГ в ответ на визуальные, слуховые и некоторые другие сенсорные стимулы.
Мы продемонстрировали, как можно проанализировать эти данные для определения местоположения первичных сенсорных корис. На этом всё. Спасибо за просмотр и удачи в ваших экспериментах.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании используются магнитоэнцефалография (МЭГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ) для изучения областей мозга, участвующих в обработке простых сенсорных стимулов. Целью работы является расширение наших знаний о сенсорном восприятии как у здоровых людей, так и у пациентов с эпилепсией.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Электрофизиология
- Визуализация мозга
Теоретические основы
- Магнитоэнцефалография (МЭГ) и электроэнцефалография (ЭЭГ) являются неинвазивными методами.
- Эти методы позволяют осуществлять мониторинг активности мозга в режиме реального времени.
- Понимание процессов сенсорной обработки имеет решающее значение как для фундаментальной нейробиологии, так и для клинического применения.
- В исследованиях принимают участие здоровые добровольцы и пациенты с эпилепсией.
Цель исследования
- Картографирование областей мозга, участвующих в сенсорной обработке.
- Определение основных интересующих сенсорных центров (COIs).
- Изучение нейронных механизмов, лежащих в основе сенсорного восприятия.
Используемые методы
- Сбор данных МЭГ и ЭЭГ.
- Протоколы слуховой и соматосенсорной стимуляции.
- Анализ активности мозга в ответ на сенсорные стимулы.
- Сравнение данных здоровых добровольцев и пациентов с эпилепсией.
Основные результаты
- Идентификация специфических областей мозга, активируемых сенсорными стимулами.
- Различия в сенсорной обработке между здоровыми людьми и пациентами с эпилепсией.
- Представления о функциональной организации сенсорной обработки в мозге.
- Потенциальное значение для кандидатов на хирургическое лечение эпилепсии.
Выводы
- МЭГ и ЭЭГ являются эффективными инструментами для изучения сенсорной обработки.
- Полученные результаты способствуют пониманию функций мозга при норме и патологии.
- Дальнейшие исследования могут улучшить клинические подходы к лечению эпилепсии.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Функциональное картирование мозга с использованием комбинированной МЭГ/ЭЭГ обеспечивает точную локализацию сетей сенсорной обработки, что способствует валидации мишеней при поиске новых нейропсихиатрических препаратов. Данный подход позволяет получать количественные, воспроизводимые нейронные показатели, которые повышают прогностическую достоверность при снижении рисков на ранних этапах изучения механизмов действия. Метод обеспечивает трансляционную преемственность от фундаментальных исследований в области нейробиологии к доклиническим моделям сенсорных нарушений.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем картирования корковых ответов на сенсорные стимулы.
- Операционная ценность: способствует снижению биологических рисков за счет объективных, количественно определяемых паттернов нейронной активации.
- Прогностическая ценность: уточняет степень задействования путей и функциональную валидацию мишеней в нейронных цепях, имеющих значение при данном заболевании.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Подготовка валидированных нейронных систем для последующего скрининга соединений путем установления базовых профилей вызванных ответов.
- Практическая ценность: Обеспечение стандартизации и воспроизводимости анализа с помощью протоколов сбора данных МЭГ/ЭЭГ с контролем качества.
- Масштабируемость: Возможность повторного использования платформы для различных сенсорных модальностей (соматосенсорной, слуховой, зрительной) для мультиплексной оценки мишеней.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная ценность: обеспечивает согласование систем, имеющих значение для заболевания, путем картирования сенсорных кортексов как в здоровых моделях, так и в моделях эпилепсии.
- Механистическое снижение рисков: позволяет принимать взвешенные с учетом рисков решения о дальнейшем продвижении посредством локализации кортикальных источников с использованием оценок минимальной нормы, ограниченных данными МРТ.
- Прогностическая достоверность: поддерживает согласование биомаркеров через пространственно-временную динамику вызванных ответов на сенсорные стимулы.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в рабочие процессы раннего поиска лекарственных средств, обеспечивая функциональную валидацию сенсорных мишеней перед проведением скрининга соединений и оптимизацией ведущих структур.
- Фундаментальная биология: Обеспечивает проверку гипотез и уточнение путей передачи сигналов с помощью картирования активации коры, вызванной стимулами.
- Скрининг: Позволяет подготовить анализ за счет стандартизированного сбора вызванных ответов и онлайн-усреднения данных МЭГ/ЭЭГ.
- Аналитика: Обеспечивает количественные нейронные показатели с помощью моделирования эквивалентного диполя тока и оценки минимальной нормы с ограничением по коре.
- Трансляционные исследования: Связывают фундаментальные открытия с доклиническим этапом путем локализации сенсорных зон коры в моделях эпилепсии с использованием анатомической МРТ для прямого моделирования.
- Корпоративное повторное использование: Создает многократно используемую платформу нейровизуализации для кросс-функциональных групп, изучающих расстройства сенсорной обработки.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышение прогностической достоверности валидации мишени за счет снижения механистической неопределенности в сенсорных путях.
- Операционная ценность: повышение воспроизводимости и стандартизации за счет строгих процедур контроля качества, мониторинга уровня шума и контроля импеданса электродов.
- Стратегическая ценность: улучшение принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) за счет получения объективных нейронных биомаркеров взаимодействия с мишенью.
- Влияние на портфель: возможность приоритизации соединений с учетом рисков на основе дозозависимой модуляции сенсорно-вызванных потенциалов.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области нейрофизиологии, регистрации данных МЭГ/ЭЭГ и методов обратного моделирования.
- Зависит от наличия магнитно-экранированных помещений, систем 3D-дигитализации и совместимого с МРТ оборудования для подачи стимулов.
- Необходима межкомандная стандартизация протоколов стимуляции, критериев отклонения артефактов и конвейеров локализации источников.
- При переносе данных из моделей эпилепсии у людей в доклинические системы требуются соображения по адаптации между видами и моделями заболеваний.
- Ограничено необходимостью сотрудничества со стороны испытуемого и сбором данных без артефактов, особенно в клинических группах с двигательными или когнитивными нарушениями.
