[论文解读] 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

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一句话总结

该研究表明在0.55T下同时进行EEG-fMRI是可行的，显示BCG伪影减少、EEG降噪可行，并可检测到视觉相关的BOLD激活和EEG-fMRI耦合。

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.

研究动机与目标

• 评估0.55T下同时EEG-fMRI时EEG数据质量和伪影特征。
• 评估在0.55T下检测视觉皮层任务相关BOLD激活的能力。
• 开发并测试面向EEG信息的0.55T多模态整合流程。
• 证明EEG派生预测因子与BOLD信号之间的一致性，以验证0.55T的神经血管耦合。

提出的方法

• 在两名健康成人于0.55T进行带视觉棋盘刺激的同时EEG-fMRI。
• 记录32通道MR兼容EEG和0.55T fMRI，TR=3.0 s，体素尺寸为3.3x3.3x4 mm3。
• 在Outside、Scanner OFF、Scanner ON条件下表征梯度诱导伪影与BCG伪影。
• 对伪影使用AAS进行GA校正，对脉搏伪影进行BCG扣除，并对残留伪影使用ICA去除。
• 用BrainSuite和SPM12处理fMRI；将两个5分钟的扫描整合成10分钟分析。
• 从Oz处的12 Hz SSVEP功率构建EEG信息 predictor并与HRF卷积后与体素级BOLD相关。
• 将EEG信息化maps与标准盒形HRF模型进行比较，以评估多模态耦合。

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.

实验结果

研究问题

• RQ1 在0.55T MRI环境下，EEG数据是否能够被可靠降噪并保留供分析？
• RQ2 在扩展的（10分钟）任务下，0.55T fMRI任务中视觉皮层是否存在显著的BOLD激活？
• RQ3 EEG源自12 Hz功率包络是否可靠地预测0.55T视觉皮层的BOLD信号？
• RQ4 在0.55T环境中，EEG信息化预测因子与基于标准GLM的模型是否在空间上显示一致性？

主要发现

• 与高场系统相比，0.55T的BCG伪影幅度降低，有助于降噪。
• 10分钟拼接的扫描在视觉皮层显示显著激活，定位于V1及其周围区域（平均t值约9.0，p<0.05 FDR）。
• EEG频谱分析在去伪影后保留了α节律（8–13 Hz），并且清晰显示12 Hz任务相关响应（包含24 Hz和36 Hz的谐波）。
• 基于12 Hz功率的EEG信息预测因子与BOLD图地图的相关性与标准盒形模型相似，表明存在功能性神经血管耦合。
• 拓扑学上的SSVEP激活集中在枕部电极（Oz、O1、O2），在降噪后仍保持空间特异性。
• 本研究提供了在0.55T下同时进行EEG-fMRI可行性的概念验证，支持多模态功能映射与神经血管耦合。

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.