[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究基于17名健康对照者的脑电图（EEG）相对频带功率，建立了一套规范性脑图谱框架，展示了良好的时间稳定性，并与脑磁图（MEG）及颅内EEG高度相似，尤其在α频带表现突出。该方法可实现癫痫患者癫痫灶的侧化，表明其在非侵入性识别异常脑区方面具有临床应用潜力。

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.

研究动机与目标

• 建立健康人群中头皮EEG相对频带功率的规范性图谱。
• 评估EEG基脑图谱在重复记录中的时间稳定性。
• 评估头皮EEG图谱与MEG和颅内EEG等成熟神经影像模态的相似性。
• 探索规范性EEG图谱在癫痫患者中侧化癫痫灶的临床应用价值。

提出的方法

• 从17名健康对照者获取高密度静息态头皮EEG记录。
• 利用标准EEG逆解方法对EEG信号进行脑源定位，以估计区域脑活动。
• 计算皮层区域的相对频带功率（如：δ、θ、α、β、γ）。
• 使用空间相关性度量比较规范性EEG图谱与MEG及颅内EEG对应图谱的相似性。
• 通过识别与规范性模式的偏离，应用规范性图谱对癫痫患者中的异常脑区进行侧化。
• 采用统计阈值法检测相对于规范性模型显著改变的脑区。

实验结果

研究问题

• RQ1 在健康个体中，头皮EEG基相对频带功率图谱在时间上的稳定性如何？
• RQ2 头皮EEG规范性图谱与MEG及颅内EEG图谱的相似程度如何？
• RQ3 规范性EEG图谱能否可靠识别癫痫患者的癫痫灶区域？
• RQ4 在规范性模型中，不同频带的功率模式在空间上的一致性如何？

主要发现

• 健康对照者中，头皮EEG规范性相对频带功率图谱在重复记录中表现出高度的时间稳定性。
• 在α频带，该图谱与MEG及颅内EEG图谱的相似性最高。
• 规范性图谱中的相对频带功率模式与既有的神经生理学文献结果总体一致。
• 在癫痫患者中，异常区域通过规范性模型被一致地侧化至癫痫半球的同侧颞叶。
• 规范性EEG图谱捕捉到了可重复且与其他成熟神经影像模态可比的空间脑活动模式。
• 该方法展示了仅使用头皮EEG即可实现癫痫灶非侵入性临床侧化的可行性。