[論文レビュー] Normative brain mapping using scalp EEG and potential clinical application

Vytene Janiukstyte, Rhys H. Thomas+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2023

EEG and Brain-Computer InterfacesNeuroscience被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、17名の健常者から得られた頭皮EEGの相対的バンドパワーを用いて、規範的脳マッピングフレームワークを構築した。このフレームワークは時間的安定性を示し、特にアルファバンドにおいてMEGおよび脳内EEGと強く類似している。この手法によりてんかん患者の病巣巻き込み側の側性を特定でき、非侵襲的かつ臨床的応用が可能なことが示唆された。

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.

研究の動機と目的

• 健常者における頭皮EEG相対バンドパワーの規範的マップを確立すること。
• 繰り返し記録されたEEGベースの脳マップの時間的安定性を評価すること。
• MEGや脳内EEGといった既存の神経画像法と比較して、頭皮EEGマップの類似度を評価すること。
• 規範的EEGマッピングの臨床的応用、特にてんかん患者における病巣巻き込み側の側性特定を検討すること。

提案手法

• 17名の健常者から高密度の安静状態頭皮EEG記録を取得した。
• 標準的なEEG逆問題解法を用いてEEG信号の源局在化を行い、脳領域ごとの活動を推定した。
• 皮質領域ごとの相対的バンドパワー（例：デルタ、テータ、アルファ、ベータ、ガンマ）を計算した。
• 空間相関係数を用いて、規範的EEGマップとMEGおよび脳内EEGの対応するマップを比較した。
• 規範的マップを用いて、てんかん患者の異常脳領域の側性を、規範的パターンからの逸脱を特定することで特定した。
• 統計的閾値処理を用いて、規範的モデルと比較して著しく変化したバンドパワー領域を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 健常者において、頭皮EEGベースの相対的バンドパワーマップは時間経過でどの程度安定しているか？
• RQ2 頭皮EEGの規範的マップは、MEGおよび脳内EEGから得られたマップとどの程度類似しているか？
• RQ3 規範的EEGマップは、てんかん患者の病巣巻き込み領域を信頼性高く特定できるか？
• RQ4 規範的モデルにおいて、異なる周波数バンドでバンドパワーのパターンはどの程度空間的一致性を示すか？

主な発見

• 健常者における頭皮EEGの規範的マップは、繰り返し記録において高い時間的安定性を示した。
• 特にアルファ周波数帯において、MEGおよび脳内EEGマップと最も類似していた。
• 規範的マップにおける相対的バンドパワーのパターンは、既存の神経生理学的文献と広く整合した。
• てんかん患者では、異常領域が常に病巣巻き込み側の側頭葉に一致して側性特定された。
• 規範的EEGマップは、再現可能で、他の確立された神経画像法と同等の脳動態の空間パターンを捉えていた。
• 本手法は、頭皮EEGのみを用いて非侵襲的にてんかん巣の側性を特定する可能性を示した。