脳波検査機能的磁気共鳴画像

EEG-fMRI （ EEG相関fMRIまたは脳波相関機能的磁気共鳴画像の略）は、 EEGとfMRIのデータを同期して記録し、正常な機能か障害に関連するかを問わず、電気活動中の脳の血行動態変化と相関する脳の電気的活動を研究するマルチモーダル神経画像技術です。

原理

頭皮EEG は脳の電気活動、特に大脳皮質のシナプス後電位 (抑制性シナプス後電流と興奮性シナプス後電位を参照) を反映しますが、fMRI はBOLD効果を通じて脳全体の血行動態の変化を検出することができます。したがって、EEG-fMRI では、神経血管結合メカニズムの 2 つの重要な要素であるニューロン活動と血行動態活動の両方を測定できます。

方法論

十分な品質のEEGデータとfMRIデータを同時に取得するには、潜在的な健康リスク (被験者と EEG 記録システムによって作成された回路内のMR画像形成プロセスによって誘導される電流による) と EEG および fMRI データの品質に関連する問題に対する解決策が必要です。データ取得の統合には 2 つのレベルがあり、EEG 機器と MR 機器間の干渉に関連する技術的な制限を反映しています。これらは、各取得モダリティが交互に (定期的に) 中断され、もう一方のモダリティによって十分な品質のデータが記録されるインターリーブ取得と、両方のモダリティが十分な品質のデータを継続的に記録できる連続取得です。後者は、リアルタイムまたは後処理の EEG アーティファクト削減ソフトウェアを使用して実現できます。EEG は、1993 年頃に MR 環境で初めて記録されました。いくつかのグループが、EEG 信号と fMRI 信号の相互汚染の問題を解決するための独立した手段を見つけました。最初の連続 EEG-fMRI 実験は、数値フィルタリングアプローチを使用して1999 年に実行されました^[1] 。その後すぐに、主にソフトウェアベースの方法が実装されました。^[2] EEG-fMRIセットアップに追加されたのは、EEGとfMRIのデータ品質に影響を与えることなく、同時に同期したビデオ録画を行うことです。^[3]

ほとんどの場合、同時 EEG-fMRI データの取得は解決済みの問題として扱われており、大手メーカー (Electrical Geodesics, Inc.、NeuroScan/Compumedics, Inc.、Brain Products、Advanced Neuro Technology など) から市販のデバイスが入手可能ですが、問題は残っています。たとえば、EEG には心拍ごとに発生する重大な残留アーティファクトがあります。これを記録する EEG のトレースは、心拍ごとに発生する磁場内での EEG リードの動きに由来すると考えられるため、「心弾動図(BCG)」と呼ばれることがよくあります。

同時EEG-fMRI信号からBCGアーティファクトを除去するための多くの方法が開発されている。初期の方法の大部分は、独立成分分析を使用したノイズ成分の手動識別に基づいていた。しかし、最近の方法は、低ランクスパース分解（LRSD）を使用してノイズ成分を自動的に識別し、BCGノイズをより徹底的に「除去」する^[4]

アプリケーション

原理的には、この技術は、高い時間分解能で特定の脳の状態を特徴づけ、病理学的パターンを明らかにするEEGの十分に文書化された能力と、高い空間分解能で脳全体の血液動態を画像化するfMRI (最近発見され、あまり理解されていない) の能力を組み合わせたものです。これまで、EEG-fMRI は主に、同期して取得されたEEGを使用して時間の経過に伴う脳の活動 (「脳の状態」) を特徴づけ、関連する血行動態の変化をマッピング (たとえば、統計的パラメトリックマッピングを通じて) できる fMRI 技術と見なされてきました。

EEG-fMRI が最初に開発された動機は、てんかんの研究分野、特に発作間欠期てんかん性放電(IED、または発作間欠期スパイク) とその発生源、および発作の研究でした。IED は、てんかん患者に起こる予測不可能な亜臨床的事象であり、EEG (またはMEG ) を使用してのみ観察できます。したがって、fMRI取得中にEEG を記録することで、その血行動態相関を研究することができます。この方法は、IED および発作に関連する血行動態の変化を明らかにすることができ、強力な科学的ツールであることが証明されています。同時かつ同期されたビデオ録画により、臨床発作活動とともに EEG 上の電気生理学的活動が特定され、発作中の脳内の相関する血行動態の変化を調査するのに役立ちます。

これらの知見の臨床的価値は現在も調査が続けられていますが、最近の研究では、EEG-fMRI研究の信頼性は許容範囲内であり、高磁場スキャナーでは感度が向上することが示唆されています。 ^[5]てんかん分野以外では、EEG-fMRIはイベント関連（外部刺激によって引き起こされる）脳反応の研究に使用されており、安静時の覚醒時と睡眠時のベースライン脳活動に関する重要な新しい知見を提供してきました。

参考文献

^ Bonmassar G; Anami K; Ives JR; Belliveau JW) (1999). 「同時64チャンネルEEGと3T fMRIで測定した視覚誘発電位（VEP）」。NeuroReport . 10 (11): 1893–1897. doi :10.1097/00001756-199906230-00018. PMID 10501528.
^ Lemieux L、Salek-Haddadi A、Josephs O、他 (2001 年 9 月)。「同時かつ連続的な EEG によるイベント関連 fMRI: 方法の説明と最初の症例報告」。NeuroImage。14 ( 3 ) : 780–7。doi : 10.1006 /nimg.2001.0853。PMID 11506550。S2CID 17232865。
^ Chaudhary UJ、Kokkinos V、Carmichael DW、Rodionov R、Gasston D、Duncan JS、Lemieux L (2010 年 3 月)。「同時ビデオ脳波記録 (ビデオ EEG) と機能的磁気共鳴画像 (fMRI) の実装と評価」( PDF)。磁気共鳴画像。28 (8): 1192–1199。doi :10.1016/ j.mri.2010.01.001。PMID 20233646 。
^ Gilles J; Meyer T; Douglas PK (2014)。「スパース性の活用: 低ランク+スパース分解 (LR+ SD) 法による EEG アーティファクトの自動除去」。MICCAIワークショップ「スパース性技術」。
^ Gholipour T、Moeller F、Pittau F、他 (2010 年 11 月)。「てんかん患者における発作間欠期 EEG-fMRI 結果の再現性」。てんかん。52 ( 3 ) : 433–442。doi :10.1111 / j.1528-1167.2010.02768.x。PMC 3792085。PMID 21054351。

さらに読む

Ritter P、Villringer A (2006)。「同時 EEG-fMRI」。神経科学と生物行動レビュー。30 (6): 823–38。doi :10.1016/ j.neubiorev.2006.06.008。PMID 16911826。S2CID 1032514 。
Laufs H、Duncan JS (2007 年 8 月)。「ヒトてんかんにおける脳波/機能的MRI : 現在できることとできないこと」。Current Opinion in Neurology 20 ( 4): 417–23。doi : 10.1097 /WCO.0b013e3282202b92。PMID 17620876。S2CID 9119312 。

[1] Bonmassar G; Anami K; Ives JR; Belliveau JW) (1999). 「同時64チャンネルEEGと3T fMRIで測定した視覚誘発電位（VEP）」。NeuroReport . 10 (11): 1893–1897. doi :10.1097/00001756-199906230-00018. PMID 10501528.

[2] Lemieux L、Salek-Haddadi A、Josephs O、他 (2001 年 9 月)。「同時かつ連続的な EEG によるイベント関連 fMRI: 方法の説明と最初の症例報告」。NeuroImage。14 ( 3 ) : 780–7。doi : 10.1006 /nimg.2001.0853。PMID 11506550。S2CID 17232865。

[3] Chaudhary UJ、Kokkinos V、Carmichael DW、Rodionov R、Gasston D、Duncan JS、Lemieux L (2010 年 3 月)。「同時ビデオ脳波記録 (ビデオ EEG) と機能的磁気共鳴画像 (fMRI) の実装と評価」( PDF)。磁気共鳴画像。28 (8): 1192–1199。doi :10.1016/ j.mri.2010.01.001。PMID 20233646 。

[4] Gilles J; Meyer T; Douglas PK (2014)。「スパース性の活用: 低ランク+スパース分解 (LR+ SD) 法による EEG アーティファクトの自動除去」。MICCAIワークショップ「スパース性技術」。

[5] Gholipour T、Moeller F、Pittau F、他 (2010 年 11 月)。「てんかん患者における発作間欠期 EEG-fMRI 結果の再現性」。てんかん。52 ( 3 ) : 433–442。doi :10.1111 / j.1528-1167.2010.02768.x。PMC 3792085。PMID 21054351。