[논문 리뷰] Normative brain mapping using scalp EEG and potential clinical application

Vytene Janiukstyte, Rhys H. Thomas외 7명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 06.

EEG and Brain-Computer InterfacesNeuroscience인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 17명의 건강한 대조군의 두피 뇌파 상대 대역역할을 사용하여 정규화된 뇌 지ap 프레임워크를 개발하였으며, 시간적 안정성과 특히 알파 대역에서 MEG 및 뇌내 EEG와 강한 유사성을 보이며, 간질 환자에서 간질성 병소의 측면화를 가능하게 하여 비침습적 방법으로 비정상 뇌 영역을 식별하는 임상적 유용성을 시사한다.

ABSTRACT

A normative electrographic activity map could be a powerful resource to understand normal brain function and identify abnormal activity. Here, we present a normative brain map using scalp EEG in terms of relative band power. In this exploratory study we investigate its temporal stability, its similarity to other imaging modalities, and explore a potential clinical application. We constructed scalp EEG normative maps of brain dynamics from 17 healthy controls using source-localised resting-state scalp recordings. We then correlated these maps with those acquired from MEG and intracranial EEG to investigate their similarity. Lastly, we use the normative maps to lateralise abnormal regions in epilepsy. Spatial patterns of band powers were broadly consistent with previous literature and stable across recordings. Scalp EEG normative maps were most similar to other modalities in the alpha band, and relatively similar across most bands. Towards a clinical application in epilepsy, we found abnormal temporal regions ipsilateral to the epileptogenic hemisphere. Scalp EEG relative band power normative maps are spatially stable across time, in keeping with MEG and intracranial EEG results. Normative mapping is feasible and may be potentially clinically useful in epilepsy. Future studies with larger sample sizes and high-density EEG are now required for validation.

연구 동기 및 목표

• 건강한 개인에서 두피 EEG 상대 대역역할의 정규화 지도를 수립하기 위해.
• 반복 기록 간 EEG 기반 뇌 지도의 시간적 안정성을 평가하기 위해.
• MEG 및 뇌내 EEG와 같은 기존 신경영상 기법과의 유사성을 평가하기 위해.
• 정규화된 EEG 지도의 임상적 응용을 간질에서 간질성 병소의 측면화에 적용하기 위해.

제안 방법

• 17명의 건강한 대조군으로부터 고해상도 휴식 상태 두피 EEG 기록을 확보하기 위해.
• 표준 EEG 역해석 솔루션을 사용하여 EEG 신호의 원천 국지를 특정하여 지역 뇌 활동을 추정하기 위해.
• 피각 영역 전역에서 상대 대역역할(예: 델타, 테타, 알파, 베타, 감마)을 계산하기 위해.
• 공간 상관관계 지표를 사용하여 정규화된 EEG 지도를 MEG 및 뇌내 EEG의 해당 지도와 비교하기 위해.
• 정규화된 지도를 사용하여 간질 환자에서 비정상 영역을 정상 패턴에서의 편차를 식별함으로써 비정상 영역의 측면화를 수행하기 위해.
• 통계적 임계값을 사용하여 정규화 모델 대비 상당히 변화된 대역역할을 보이는 영역을 탐지하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 건강한 개인에서 시간이 지남에 따라 두피 EEG 기반 상대 대역역할 지도는 얼마나 안정적인가?
• RQ2 두피 EEG 정규화 지도는 MEG 및 뇌내 EEG에서 유도된 지도와 어느 정도 유사한가?
• RQ3 정규화된 EEG 지도는 간질 환자에서 간질성 영역을 신뢰성 있게 식별할 수 있는가?
• RQ4 정규화 모델에서 다양한 주파수 대역에서 대역역할 패턴의 공간 일관성은 어떠한가?

주요 결과

• 건강한 대조군에서 두피 EEG 정규화 지도의 상대 대역역할는 반복 기록 간에 높은 시간적 안정성을 보였다.
• 정규화 지도에서 MEG 및 뇌내 EEG 지도와 가장 높은 유사성을 보인 것은 알파 주파수 대역이었다.
• 정규화 지도의 상대 대역역할 패턴은 기존 신경생리학 문헌과 광범위하게 일치하였다.
• 간질 환자에서 비정상 영역은 정규화 모델을 사용하여 간질성 반구의 대응하는 측면의 편측성 편측성으로 일관되게 측면화되었다.
• 정규화된 EEG 지도는 재현 가능하고 다른 기존 신경영상 기법과 비교 가능했던 뇌 동역학의 공간 패턴을 포착하였다.
• 두피 EEG만으로도 비침습적 임상적 측면화가 가능하다는 점을 입증하였다.