评估放射源定位精度的黄金标准之一是评估因临床目的植入皮质下或颅内电极的患者的颅内记录。最常见的情况是,在药物耐受性癫痫患者中,在手术前通过使用颅内记录来确定癫痫病灶的定位。 a)术后CT扫描与MRI的叠加,说明颅内DBS电极在其与内囊的过渡处的位置,显示为蓝点(即伏隔核)。 b)表示四个颅内电极点的顶部,中间和底部中的三个双极导数,来显示功率谱密度(PSD)和示例性时程。 重建alpha信号和颅内实际alpha信号之间的相关性在接近颅内电极位置时最高,与颅内电极位置距离越远相关越低(图3b)。 a) 分别以浅灰色/深灰色显示在左/右半球伏隔核(OCD)和中央丘脑(GTS)中的颅内电极处记录的实际信号和脑电溯源重建信号的alpha包络之间的相关。黑色显示了两个半球中颅内电极之间的相关。 在皮层下,计算颅内电极位置与ESI相关最大值之间的欧式距离,单位为毫米。此外,报告了颅内电极周围相关值显著的空间范围。
植入式皮质内微电极可以记录神经元快速变化的动作电位。在体神经活动记录方法通常具有较高的时间或空间分辨率,但通常不能兼顾。在更长时间内记录更多的神经元活动的需求日益增加。 本文基于对一种理想的可植入皮质内微电极器件的需求,分别讨论了可植入电极的特性,按重要性排序: (1)高质量记录神经信号的能力,这是对可植入电极的基本要求; (2)长时间记录时保持稳定的能力,这是慢性种植的必要条件 其次,由于植入式设备体积要求小,电极不能太大:较小的设备造成较小的损伤。为了在有限尺寸内获得更大的暴露表面积,通常对电极界面进行修饰。 为了便于计算电极周围需要记录的神经元,使用边长为100 μm的立方体代替球体。 高通量电极首先面临的挑战是尺寸的增加。MEMS或CMOS工艺是首选,以保持高通量电极的尺寸在可接受的范围内。 结论 目前可植入皮质内微电极还远未达到长期应用于人体的目标,但在每个阶段,可植入电极在科学研究中都有自己的应用。传统的植入式电极,如微丝电极、密歇根探针和犹他阵列,已广泛应用于急性记录。
来自荷兰的研究团队提供了一个数据集,补充了这方面的空缺,通过10名参与者读出单词同时测量总共1103个电极的颅内脑电图。 一共采集了10名参与者的语言数据,在参与者大声说提示单词的同时记录音频和颅内EEG数据(iEEG)。 每个参与者在其自身解剖MRI表面重建中的电极位置。每个红色球体代表一个植入的电极通道。 语音神经数据采集实验设计 当参与者阅读笔记本电脑屏幕提示的荷兰语时,颅内脑电图和声学数据被同时记录下来。右侧轨迹代表30秒的iEEG、音频和刺激数据,iEEG痕迹中的颜色代表不同的电极轴。 所有参与者皮质和皮质下区域的电极接触数,不同颜色表示不同参与者。色条越长代表该区域内电极数量越多。电极主要位于颞上沟、海马和顶下回。 无论如何,该团队通过采集人类语音任务时丰富的颅内EEG信号提供了人类语音神经数据,且获得了较好的重建结果,这极大地方便了研究人员开发以语音解码为基础的BCI设备,扩展了BCI的发展方向,未来的工作可能指向以更先进的方式精确解码这些语音信号以实现高效准确的神经反馈
来自荷兰的研究团队提供了一个数据集,补充了这方面的空缺,通过10名参与者读出单词同时测量总共1103个电极的颅内脑电图。 一共采集了10名参与者的语言数据,在参与者大声说提示单词的同时记录音频和颅内EEG数据(iEEG)。 每个参与者在其自身解剖MRI表面重建中的电极位置。每个红色球体代表一个植入的电极通道。 语音神经数据采集实验设计 当参与者阅读笔记本电脑屏幕提示的荷兰语时,颅内脑电图和声学数据被同时记录下来。右侧轨迹代表30秒的iEEG、音频和刺激数据,iEEG痕迹中的颜色代表不同的电极轴。 所有参与者皮质和皮质下区域的电极接触数,不同颜色表示不同参与者。色条越长代表该区域内电极数量越多。电极主要位于颞上沟、海马和顶下回。 无论如何,该团队通过采集人类语音任务时丰富的颅内EEG信号提供了人类语音神经数据,且获得了较好的重建结果,这极大地方便了研究人员开发以语音解码为基础的BCI设备,扩展了BCI的发展方向,未来的工作可能指向以更先进的方式精确解码这些语音信号以实现高效准确的神经反馈
Highlights: 文章采用了端到端(end-to-end)的网络架构,建立了沟通颅内皮层电信号与语音信息解码的技术。能够达到最低3%的文字错误率。 正文 ▲▲▲ 这项研究借助癫痫病人病灶定位的ECoG技术,在病人语音处理相关的皮层上放置数百个微电极,记录颅内脑电信号。 在阅读材料的同时,覆盖在被试颅内外侧裂周区(peri-Sylvian)的ECoG电极阵列同时记录信号(见图5)。 电极覆盖脑区和贡献示意图 图5更直观的介绍了四名被试的ECoG电极位置和各个电极的贡献情况。其中被试a电极覆盖区域为右半球,与其他三位被试相反。 Encoder或decoder序列同一行内的所有层具有相同的传入和传出权重。
作者使用颅内脑电图(iEEG)记录,并评估了静息状态下的网络内和跨网络相互作用,及其在涉及情景记忆形成的认知任务中的调节情况。 在这里,作者使用深度颅内脑电图(iEEG)记录来解决这个问题,并研究DMN的神经生理学基础,以及其在静息状态和认知过程中的动态频谱-时间特性。 然而,DMN的大规模电生理组织和记忆编码和检索期间的因果网络动力学并不清楚,关键是没有颅内研究探究DMN的内在组织及其与其他大规模大脑网络的互动是如何被任务相关的表象记忆过程所改变。 作者的发现与基于经颅磁刺激的发现一致并进行了扩展,这些发现表明关键DMN节点在情景记忆形成过程中的因果作用。 在分析紧密间隔的颅内电极之间的相互作用时,两个主要问题是体积传导和与参比电极的混杂相互作用。
导读 ---- 目的:颅内脑电图(iEEG)指导癫痫手术的有效性取决于iEEG电极的植入位置。该决定是通过非侵入性记录方式(例如头皮脑电图)得出的。 启示:该框架可以帮助临床医生在决策过程中确定在哪里植入电极以进行颅内监测。 前言 ---- 最近的研究使用癫痫的数学模型来更好地查询iEEG数据,并对癫痫手术进行预测。 在本研究中,研究人员试图探讨将这种方法应用于头皮脑电图是否有助于确定癫痫的侧化,是否可用于告知颅内电极植入。 个体FR253做了双侧颅内电极植入,在右半球做了手术,且个体获得了癫痫发作自由(Engelclass Ia)。 相比之下,个体FR 273将颅内电极植入左半球,手术以左半球为目标,患者术后继续出现癫痫发作(Engel class IIIa)。
那么问题来了,如何才能采集或检测到动物脑内的神经电信号呢?这里研究者就需要借助于神经微电极,神经微电极采集颅内神经电信号的示意图如下所示。 在之前的一篇文章中(《为了需要我们不得不在它们脑内植入这些东西》),小编带大家了解了常见的神经微电极,主要包括金属微丝电极、玻璃微电极以及传统的硅基微电极(Michigan硅基微电极和Utah硅基微电极 传统的神经微电极主要存在以下三个问题:空间分辨率低(即微电极同时只能采集少数几个位置的神经元放电信号)、严重的慢性免疫反应(即电极的生物兼容性较差,随着微电极植入颅内的时间增加,微电极与脑组织之间会产生炎症反应 研究证明,当用两个Neuropixels神经电极同时植入大鼠的脑内,可以同时采集来自于5个脑区大于700个神经元的动作电位。 例如,美国California San Francisco大学的Jason研究团队以生物兼容性良好的柔性聚合物膜而不采用传统的硅材料来制作神经电极,并通过实验证明这种神经电极在植入动物脑内长达283天的时间内不会发生过于严重的免疫反应
EEG与秒级fMRI数据的时空对齐,精准捕捉发作期BOLD信号变化;双模分析策略:结合GLM模型(定位敏感性78%)与ICA方法(复杂模式识别),显著提升致痫灶检出率;临床转化成果:5例患者通过颅内电极验证 关键词:BrainVoyager;EEG-fMRI同步;癫痫发作起始区;GLM分析;独立成分分析(ICA);BOLD信号;多模态神经影像;精准神经外科;颅内电极验证;时空动力学分析一、 研究背景与技术挑战 2.3 金标准验证颅内电极(SEEG):5例患者术后靶区对比;手术预后:Engel分级评估疗效。 三、 关键结果与临床价值3.1 定位效能对比分析方法检出率假阳性率颅内电极一致性GLM7/9例1/7例6/7例ICA2/2例*02/2例注:GLM阴性的2例患者中ICA成功检出3.2 典型病例案例 相关标签:#癫痫定位 #BrainVoyager #EEG-fMRI #GLM建模 #ICA分析 #发作起始区 #精准神经外科 #颅内电极 #时空动力学 #医学影像Python
△人类大脑皮质的细胞分层和纤维分层 由外到内分别为Ⅰ分子层、Ⅱ外颗粒层、Ⅲ外锥体细胞层、Ⅳ内颗粒层、Ⅴ内锥体细胞层以及Ⅵ多型细胞层。 △无损方法:Noninvasive-scalp EEG(非侵入式颅外脑电) △EEG和fNIRS共同采集 损伤方法包括:手术中的颅内技术、脑损伤或脑局部切除患者的颅外记录、动物模型的急慢性埋藏电极记录等 △损伤方法:Electrocorticography(ECOG)-intracranial EEG (IEEG)颅内脑皮质电位 由于损伤方法均有一定的创伤性,在目前的研究中无损伤方法使用比较广泛,易被大众接受 ↓ △NE3D建模功能 SAGA 荷兰TMSi生产的 SAGA脑电测试系统,主要为湿电极,且都为金属电极,包括环形电极(可以与经颅磁刺激共同采用)、杯状电极(Ag/AgCI杯状电极,耐久性好)、盐水电极 为了方便客户的使用,市场上的脑电设备均配有一体式电极帽。可与fNIRS(功能性近红外光谱)和tDCS(经颅直流电刺激)同步采集。
考虑到TMS脉冲是在μ频率振荡的正(峰)或负(谷)相位时发出,刺激效应取决于在感觉运动网络的同源区域内c-c同步。 根据应用TMS脉冲的时间(峰或谷),其对脑内神经网络同步性的影响有明显的变化。研究发现,谷刺激试次与峰值刺激试次相比,在μ频带进行TMS脉冲后(0-200ms)的M1-M1相位锁值同步更高。 在电极水平分析方面,计算受刺激半球各电极的欧氏距离,选取距离阈值电场质心最近的电极进行连通性分析。 结果 左右半球之间的源水平相位连接 为了研究运动网络内的c-c同步,使用阈值电场图作为种子分别计算源水平PLV图。如图2A所示,谷试次对侧躯体运动网络个体μ波段的PLV值高于峰试次。 在对侧半球(图3A右侧),电极最接近白质纤维的终端的电极为C4、FC4、C2、CP4、FC2、C6和P4。
与需要开颅手术的MEAs和颅内平面阵列不同,血管内电极阵列是通过常规的血管通路部位,如颈内静脉,使用导管插入颅内血管系统。 由于该手术的微创性,与其他颅内入路相比,理论安全风险降低。使用支架电极消除了开颅手术的需要,从而减少了设备植入过程中感染、出血或组织损伤的风险。 此外,大量文献已经描述了永久性经静脉导联和颅内静脉窦支架置入术的长期安全性。 一项对静脉窦支架植入术结果的系统回顾发现,主要并发症发生率(颅内出血)在0.07%-3%之间,这取决于钢丝和导管进入颅内腔的技术。 这类病例在血管内脑的情况下可能不太可能,因为微血栓形成与特发性颅内高压的病理生理学有关,这是脑静脉支架植入术的主要指征。
人类颅内神经科学:不寻常的嫌疑人最近神经科学研究的一个特别富有成果的路线来自于人类颅内研究,它利用了功能性神经外科干预。 在这里,我们讨论了最常用的颅内方法(深部脑刺激DBS和颅内脑电图iEEG)(术语表见表1,每种方法的解剖目标和患者群体见表2)。 表1.人类颅内神经生理学术语表表2.颅内干预、解剖目标和临床/研究应用本表概述了目前用于治疗神经和精神疾病的颅内干预措施,包括最常见的解剖靶点。 在癫痫手术中,使用专门的研究电极(即LFP)电极与多电极探针(即Behnke-Fried电极)或以研究为重点的植入。 3.2 对颅内神经生理学的好处目前,颅内干预通常是针对单一或少量的基于功能定位理念(即每个心理功能特定位于大脑的特定部位)的解剖目标(如PD的丘脑底核)。
近年来,多电极阵列技术的发展使得在动物模型中以细胞分辨率监测大规模神经元集群成为可能。 不过在人类中,目前的方法限制每个穿透电极只能记录几个神经元的信号,或者在局部场电位(LFP)记录中结合数千个神经元的信号。 下图a-d,Neuropixels 1.0-S 探头示意图,带有探头,接地和参考垫(左图青色轮廓)和无菌区准备,青色轮廓(a)中的探针,在电极插入之前设置好,包括打开包装中的无菌电极 (b)、操作和连接电线以及目视检查 不同类型的最先进的颅内皮层微电极植入图 a,不同类型的最先进的颅内微电极植入皮质的示意图,右下角插入框中临床深度引线和皮质电极的放大视图。
今天将分享BraTS2023颅内脑膜瘤分割挑战赛完整实现版本,为了方便大家学习理解整个流程,将整个流程步骤进行了整理,并给出详细的步骤结果。感兴趣的朋友赶紧动手试一试吧。 一、BraTS2023-MEN介绍 脑膜瘤是成人最常见的原发性颅内肿瘤,可导致患者显着的发病率和死亡率。 脑膜瘤虽然通常比神经胶质瘤更受限制,但鉴于其轴外位置和颅底受累的倾向,给分割带来了额外的技术挑战。此外,与其他颅内肿瘤不同,脑膜瘤通常仅通过影像学诊断,这增加了 MRI 对治疗计划的重要性。 二、BraTS2023-MEN任务 颅内脑膜瘤的多室分割。 三、BraTS2023-MEN数据集 BraTS 脑膜瘤挑战赛的 MRI 数据由美国主要学术医疗中心提供。 包含任何放射学或病理学上与脑膜瘤不相符的颅内肿瘤的 MRI 研究被排除在外。
为了解决这个问题,我们使用了16例耐药癫痫患者的颅内立体脑电图(SEEG)和静息状态功能磁共振成像(fMRI)数据。 在一项具有里程碑意义的研究中,Betzel等人证明颅内电生理FC(定义为来自两个ECoG电极的LFP时间序列之间的相关性)与灰质中的BOLD FC具有相似的网络结构。 在这项研究中,我们旨在利用SEEG数据为白质BOLD FC的颅内电生理基础提供证据。 结果1.1 BOLD和SEEG白质FC我们研究了16例需要SEEG定位癫痫发作的耐药癫痫患者间歇期的颅内SEEG记录。每个参与者有6-12个电极,每个电极有5-16个接触点。 我们的研究结果表明,白质BOLD FC反映了白质中潜在的颅内神经活动(即LFPs)的同步,为这些研究提供了颅内电生理基础。
我们对42名受试者采用了颅内脑电图技术,以表征默认模式网络(DMN)、额顶叶网络(FPN)和突显网络(SN)中的局部场电位。 这些发现为支持人类大脑内在组织网络模型提供了颅内电生理证据,并揭示了大脑网络在静息状态下进行通信的方式。1. 引言网络视角被视为全面理解大脑作为一个综合系统以及阐明大脑综合功能的关键。 最后,将颅内EEG(iEEG)数据重新参考为共同平均值。为了减少边界和延续效应,我们从每个iEEG数据的开头丢弃了500个样本点。 为了描述网络内和网络间的耦合模式,选择了包含两个网络内电极和一个网络外电极的电极三元组。这些电极三元组的LFP信号作为输入来计算连接性指标。 讨论本研究利用颅内局部场电位记录探究了静息态脑网络内部及其之间的耦合模式。具体而言,我们采用功率相关性、相位同步性、跨频率耦合和隐马尔可夫模型等方法来表征这些模式。
摘 要 本次研究的目的是量化经颅直流电刺激引起的视觉处理振荡动力学方面的变化。为此,作者采用枕额电极配置进行了有效或假的经颅直流电刺激,然后在视觉诱导任务期间离线记录脑磁图(MEG)。 利用波束成形技术在时频域对显著的振荡反应进行成像,并评估经颅直流电刺激对绝对功率和相对功率的影响。 使用 5×7 厘米的电极片。在观看动画电影的同时接受20分钟,2mA的直流电刺激。在刺激结束后,进行MEG记录。在进行MEG记录时,被试保持静止状态,注视一个以15Hz闪烁的白色小圆点,背景为黑色。 作者发现阳极刺激增加了枕叶皮质内的基础阿尔法功率,但这种增加并未显著影响振荡的阿尔法反应。 这些结果也凸显了仔细考虑不同电极配置对全脑动力学影响的重要性。本研究的局限包括在视觉刺激期间没有对注意力的测量进行量化,以及两组都缺乏基线(刺激前)活动情况。
为了阐明VPC在事件编码中的作用,本研究比较了24例留置电极癫痫患者在缘上回(SmG)和角回(AnG)多个频段颅内脑电的SME。 在fMRI中,这表现为血氧水平依赖激活的增加,而在颅内脑电图(iEEG)研究中,VPC的激活表现为低频功率减少和高频功率增加,这种现象被称为“频谱倾斜”。 2.3 颅内脑电图记录 颅内记录包括深度电极、条状电极和栅极电极,使用Nihon-Kohden EEG-1200、Natus XLTek EMU 128或Grass Aura-LTM64系统收集记录,采样率 在记录过程中,数据参考常见的颅内、头皮或乳突触点。根据临床神经生理学家的说法,如果电极位于癫痫发作区或出现棘波,则不在分析之列。 2.4 电极定位 在电极植入前,对每个受试者进行T1和T2加权MRI。 2.5 电极和患者选择 在初始的274名患者中,只有当患者在左SmG和左AnG内都有至少2个物理电极触点时才用于后续分析,见图1B。排除了位于癫痫发作或刺激区域的电极触点。
evokedpotential, VEP)是在枕部皮肤记录的视觉皮层信号,广泛用于评估视觉传导通路功能检测,但其在临床诊断和基础研究中的应用尚不能令人满意,主要原因有:(1)由于视网膜-外侧膝状体通路的调控和皮层内的抑制作用 ,VEP信号十分微弱[1-3];(2)受颅内其他神经元电活动干扰,VEP信号缺乏可重复性[4]。 图 1 f-OCP和f-VEP电极放置示意图及波形图 (图源:YikuiZhang, et al., Theranostics, 2022) 作者通过该植入电极记录闪光视交叉电位(flash-OCP)检测并将其与传统 植入电极不仅有记录功能,还可以发出电刺激,可发展为视神经电刺激治疗装置。 ,并探讨了多种基于视交叉电位和微创植入颅底BMI的潜在应用。