[論文レビュー] Feasibility of simultaneous EEG-fMRI at 0.55 T: Recording, Denoising, and Functional Mapping

Parsa Razmara, Takfarinas Medani+7 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2026

Functional Brain Connectivity Studies被引用数 0

ひとこと要約

この研究は、0.55Tでの同時EEG-fMRIが実現可能であることを示し、BCGアーチファクトの低減と実用的なEEGデノイジング、視覚BOLD活性とEEG-fMRI結合の検出可能性を示しています。

ABSTRACT

Simultaneous recording of electroencephalography (EEG) and functional MRI (fMRI) can provide a more complete view of brain function by merging high temporal and spatial resolutions. High-field ($\geq$3T) systems are standard, and require technical trade-offs, including artifacts in the EEG signal, reduced compatibility with metallic implants, high acoustic noise, and artifacts around high-susceptibility areas such as the optic nerve and nasal sinus. This proof-of-concept study demonstrates the feasibility of simultaneous EEG-fMRI at 0.55T in a visual task. We characterize the gradient and ballistocardiogram (BCG) artifacts inherent to this environment and observe reduced BCG magnitude consistent with the expected scaling of pulse-related artifacts with static magnetic field strength. This reduction shows promise for facilitating effective denoising while preserving the alpha rhythm and signal integrity. Furthermore, we tested a multimodal integration pipeline and demonstrated that the EEG power envelope corresponds with the hemodynamic BOLD response, supporting the potential to measure neurovascular coupling in this environment. We demonstrate that combined EEG-fMRI at 0.55T is feasible and represents a promising environment for multimodal neuroimaging.

研究の動機と目的

• 0.55Tでの同時EEG-fMRI時におけるEEGデータ品質とアーティファトプロファイルを評価する。
• 0.55Tでの視覚皮質におけるタスクベースのBOLD活性検出能力を評価する。
• 0.55T用のEEG情報を用いたマルチモーダル統合パイプラインを開発・検証する。
• EEG由来の予測因子とBOLD信号との対応を示し、0.55Tでの神経血管結合を検証する。

提案手法

• 視覚チェッカーボード課題を用いた0.55Tでの同時EEG-fMRIを2名の健常成人で実施する。
• 3.0 sのTR、3.3×3.3×4 mm3体素のMR適合EEG（32チャネル）と0.55T fMRIを記録する。
• Outside / Scanner OFF / Scanner ON条件で勾配誘発アーティファクトとBCGアーティファクトを特徴づける。
• GA補正にはAAS、BCGにはパルスアーチファクト除去、残存アーティファクトにはICAを適用する。
• fMRIはBrainSuiteとSPM12で処理し、2つの5分ランを結合して10分間の解析を行う。
• Ozにおける12 Hz SSVEPパワーからEEG情報を用いた予測子を構築し、HRFと畳み込んでボクセルごとのBOLDと相関させる。
• EEG情報予測マップを標準のボックスカーHRFモデルと比較してマルチモーダル結合を評価する。

Figure 1: (A) Schematic of the simultaneous EEG-fMRI setup showing synchronization between the MRI trigger and the BrainVision recorder. (B) Protocol overview for Outside, Scanner OFF, and Scanner ON conditions.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.55TのMRI環境でEEGデータを信頼性高くデノイジングし、解析のために保持できるか。
• RQ2 extended（10分）ランを用いた場合、視覚皮質で顕著なBOLD活性が現れるか（0.55T fMRI課題）。
• RQ3 EEG由来の12 Hzパワーエンベロープは0.55Tの視覚皮質のBOLD信号を信頼性高く予測できるか。
• RQ4 EEG情報予測子と標準GLMモデルは0.55T設定で空間的な対応を示すか。

主な発見

• 0.55TではBCGアーティファクトの大きさが高磁場系と比較して低減され、デノイジングを助ける。
• 10分結合ランはV1および周囲領域に局在する視覚皮質活性を有意に検出（平均t約9.0、p<0.05 FDR）。
• アーティファクト除去後のEEGスペクトル解析はアルファ帯域（8–13 Hz）の保存を示し、12 Hzの課題関連応答（24 Hzおよび36 Hzの高調波含む）が明確に現れる。
• 12 Hzパワーに基づくEEG情報予測子は、標準のボックスカー型モデルと同様にBOLDマップと相関し、機能的神経血管結合を示唆する。
• トップグラフィカルSSVEP活性は後頭部電極（Oz, O1, O2）上で焦点化され、デノイジング後も空間特異性を維持する。
• 本研究は、0.55Tでの同時EEG-fMRIが実現可能であり、多モーダルな機能マッピングと神経血管結合をサポートするという概念実証を提供する。

Figure 2: Representative example of EEG signal showing the raw signal across conditions: (A) Outside scanner, (B) Scanner OFF, (C) Scanner ON, and (D) Final cleaned data after artifact subtraction.