神经科学家定义了 EEG-fMRI 成像的安全协议

近年来，一种叫做多波段multi-band (MB) 成像的新型扫描技术在功能性磁共振成像(fMRI)领域取得了巨大的进步。功能磁共振成像(fMRI)是一种新兴的神经影像学方式，其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。该项技术实施起来比较缓慢。由心理学助理教授Sepideh Sadaghiani领导的心理学家和神经科学家团队发表了一项研究，以确定安全使用脑电图与新开发的功能性磁共振成像序列。


而有了新的MB fMRI成像序列，科学家可以更快、更高分辨率地扫描大脑，从而更详细地了解大脑的组织和功能。
Sadaghiani 助理教授实验室正在将这种更快的fMRI 扫描与 EEG 数据结合起来，以快速获取有关大脑中电信号的信息。
由于MB fMRI 成像是一项新技术，因此安全地使用它需要重新检查现有协议。实验表明，增加MB序列的速度可以比单波段序列更快地加热身体和脑电图电极。这与电极放置在受试者头部的时间有关，当fMRI 成像与 EEG数据采集相结合时会发生这种情况。
上图为不同条件下连续测量的总过程用颜色编码，分别为MB序列(红色)、SB序列(蓝色)和无扫描的休息时间(绿色)。从A到C的三个实验中ECG 电极具有最长的引线和最高的加热电位。实验 A、B 和 C 分别另外测量了 TP7、TP8 和 FP2 的温度。可以看到，在所有实验中，电极的温度在扫描期间升高。
这使得更快的MB成像成为一把双刃剑，虽然加快了成像过程，然而需要通过控制脑电图电极的加热来保持安全使用。
研究人员通力合作，为神经科学评估技术建立了安全和数据质量标准，这将允许科学家能够使用MB EEG-fMRI 在使用这种技术时预测加热输出，并设计协议以将加热降低到单波段水平。
为了预测用新的操作序列实现的加热，研究小组使用单波段和MB序列进行了比较加热研究。对比研究表明，在使用特定的操作序列时，MB成像中看到的加热与单波段成像中看到的加热相当。该团队还减少了由于采用这些复杂成像技术而观察到的伪影的存在，帮助使用安全的多波段成像序列定义可接受数据的标准。
在使用 MB 序列同时进行 fMRI 记录，单个人类受试者在闭眼静息状态下的 EEG 对数功率谱图。
上图频谱图显示为 (A) 未去除伪影的原始 EEG 数据，(B) 剔除了GA伪影但在 BCG 校正之前的 EEG 数据，以及 (C) GA 和 BCG 伪影校正后的干净 EEG 数据。每个道对应60个头皮通道中的一个(1个由于噪声过大而被排除在外)。(D)显示清洗后的脑电图数据在10Hz下的头皮地形图。伪影校正(C)和后部地形(D)后出现的~10Hz显著功率峰更清晰，与闭眼静息状态下α节律的光谱优势一致。虚线表示射频重复伪影在15.9 Hz的频率。该主题对应于下图中的主题 2。
在使用 MB 序列同时进行 fMRI 记录期间，所有人类受试者在闭眼静息状态下的 EEG 对数功率谱图和地形图。
(A)每个受试者8个后通道的平均功率谱密度(O1, O2, Oz, PO3, PO4, PO7, PO8, POz)。星点代表个体受试者在α波段(8-12 Hz)内的最大值，即个体α峰值。虚线表示扫描器在15.9 Hz时的伪影。(B) 9名受试者在单个alpha峰值频率下使用所有通道的相应头皮地形图。
Sadaghiani表示“这项安全性研究通过同时记录 EEG 和加速 fMRI，促进了对大脑功能的全面了解。例如，我们的实验室使用这种方法以前所未有的空间和时间分辨率研究人脑的连接组(全脑神经连接模式)。”
参考文献Egan MK, Larsen R, Wirsich J, Sutton BP, Sadaghiani S (2021) Safety and data quality of EEG recorded simultaneously with multi-band fMRI. PLOS ONE 16(7): e0238485. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0238485https://medicalxpress.com/news/2021-09-neuroscientists-safe-protocol-eeg-fmri-imaging.html

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