引领神经科学研究的全脑近红外&脑电的多模态测量

时间:2018-06-21 编辑:mgm美高梅-官方网址医疗 浏览数:1852

随着多模态脑科学研究的发展,科研圈涌现出一批高质量的近红外功能成像和脑电结合的论文,以前在mgm美高梅-官方网址公众号就发表过:《如何用10个被试做近红外和脑电结合的研究(该文先容了利用方法学分析数据的多模态结合方案,被试数量较少,且文章质量较高)》和《使用NIRS作为基于脑电BCI性能的预测器(该文讲述了使用近红外作为脑电BCI控制的性能表现预测器,为BCI研究者提供了新的思路)》。


如今大家继续先容这种实用、低成本、非侵入式的多模态技术及其中涉及到的近红外全脑测量系统。


近期发表在NeuroImage杂志(影响因子5.835)的论文——基于全脑静息态下脑电图&全脑近红外多模态测量的自发神经活动血流相关性研究,采用了领先的近红外全脑测量系统,为近红外全脑测量的开拓者。(注:该文第二编辑是纽约州立大学医学中心,Randall Barbour,NIRX企业创始人,教授)。


文章概况

基于全脑静息态下脑电图&全脑近红外多模态测量的自发神经活动血流相关性研究。


研究目的

1、通过全脑放置fNIRS探头与EEG电极来研究神经活动,同步采用特殊设计的Holder进行固定;  

2、用fNIRS—EEG测量整个头部HbO、HbR和神经活动,同时使用EMG评估;

3、分析在休息状态下,引起整个大脑皮层同步脑电信号和血流动力学之间的关系。


研究方法

1、所有的探测器和光源都采用holder进行放置;

2、所有的脑电电极都被安装在光源和探测器之间。整体布局如下图所示


Ps:这种塑料支架设计的目的是实现最大限度的光学成像和电的耦合,并在fNIRS-EEG实验中保持距离和稳定性。


3、近红外设备推荐使用NIRSOUT XP设备(深圳mgm美高梅-官方网址独家代理,NIRX近红外),使用19 LED光源和19探测器进行测量,全脑近红外测量系统;

4、光源和探测器放置位置:大家把光源和探测器放置在国际10-20系统中(FP1, FP2, F4, C4, P4,O2, F8, T4, T6, Fz, Cz,Pz, F3, C3, P3, O1, F7, T3, and T5), EMG电极放置在F7和F8脑电图(EEG)位置附近,靠近颞肌;

5、被试群体:18名健康年轻被试,平均年龄26岁;

6、数据采集同步使用Presentation software触发同步Marker。


A: 三联体的塑料夹固定片,中间为EEG电极;

B:同步数据采集;


数据分析和结果

分析

1、利用修改后的比尔-朗伯定律,将光信号转换为含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度(HbO和HbR);

2、脑电图信号是由带通滤波的0.5-70赫兹&全脑近红外光学信号在0.01-0.5赫兹上进行预处理;

3、对于每个通道,脑电图的功率谱图是用一个1s的窗口计算的,其中有50%的重叠。然后在5赫兹的时候重新采样脑电图能量和光学时间序列。从所得到的信号中,计算出了光信号与脑电图功率之间的交叉相关性。


结果

A:三联体的塑料夹固定片,中间为EEG电极;

B:同步数据采集;




结论

1、全脑同步fNIRS-EEG记录为研究神经血管耦合及其与病理大脑生理学的关系提供了一种很有前景的技术;

2、大家的研究结果表明,血液动力学在多个频率上显示了与神经活动相关的各种时间的相关性;

3、含氧血红蛋白的显著下降点和HBR浓度的峰值时紧随其后的是脑电阿尔法活动的增加,大约是8s,特别是在枕骨和颞区。这一发现与fMRI核磁研究的结果一致,这些研究显示了脑电图阿尔法功率与血流信号响应之间的联系。


该论文使用全脑近红外测量系统(19光源和19探测器)布置在国际10-20系统中(FP1, FP2, F4, C4, P4,O2, F8, T4, T6, Fz, Cz,Pz, F3, C3, P3, O1, F7, T3, and T5),是一种全新的近红外功能成像测量研究,以往近红外结合脑电测量往往只测量一个区域或者几个电极点,没有深入研究出脑电和近红外结合的深入范式。


当然,深圳mgm美高梅-官方网址独家代理的BP脑电和NIRX近红外不仅能够实现上述的异位置脑电和近红外测量研究,还能够达成同位同步的近红外&脑电测量系统,全脑测量系统不仅仅局限于19光源*19探测器,有更高配置的64光源*32探测器激光全脑测量近红外系统。


拓展了解

目前,近红外和脑电结合的多模态研究越来越成熟,随之而生的是一些处理方法和研究方式,mgm美高梅-官方网址作为一个平台,总代理BP脑电和NIRX近红外,可为更多老师和研究人员提供更多专业的神经科学和脑科学系统的解决方案,真挚邀请您关注mgm美高梅-官方网址公众号“mgm美高梅-官方网址835259”,大家将更进一步推送更多前沿的研究文章和实验设计方案,助力您更好地进行科研研究和实验。


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