Открытый

Научные данные, том 10, Номер статьи: 554 (2023) Цитировать эту статью

199 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой работе мы представляем набор данных, который сочетает в себе функциональную магнитную визуализацию (фМРТ) и электроэнцефалографию (ЭЭГ), чтобы использовать его в качестве ресурса для понимания функции человеческого мозга в этих двух методах визуализации. Набор данных также можно использовать для оптимизации методов предварительной обработки одновременно собранных данных изображений. Набор данных включает в себя одновременно собранные записи от 22 человек (возраст: 23–51 год) с различными визуальными и натуралистическими стимулами. Кроме того, наряду с данными нейровизуализации были собраны физиологические данные, данные отслеживания глаз, электрокардиографии, а также когнитивные и поведенческие данные. Визуальные задачи включают мерцающую шахматную доску, собранную снаружи и внутри сканера МРТ (только для ЭЭГ), и одновременную запись ЭЭГ-фМРТ. Одновременные записи включают отдых, визуальную парадигму Inscapes и несколько коротких видеофильмов, представляющих натуралистические стимулы. Необработанные и предварительно обработанные данные доступны для скачивания в открытом доступе. Мы представляем этот набор данных как часть усилий по предоставлению данных в открытом доступе, чтобы расширить возможности для открытий и понимания человеческого мозга, а также оценить корреляцию между электрической активностью мозга и сигналами, зависящими от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ шрифт).

Одновременный сбор данных электроэнцефалографии (ЭЭГ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) является привлекательным подходом к визуализации, поскольку он сочетает в себе высокое пространственное разрешение фМРТ с высоким временным разрешением ЭЭГ. Объединение модальностей позволяет исследователям интегрировать пространственную и временную информацию, преодолевая при этом ограничения одного модальности визуализации1,2. Тем не менее, одновременный сбор мультимодальных данных требует специального опыта, и исследователям приходится преодолевать различные технические проблемы для успешного сбора данных. Такие проблемы могут ограничить его более широкое использование в исследовательском сообществе.

При одновременном сборе изображений с использованием различных методов визуализации возникает несколько технических проблем. Основная проблема ЭЭГ связана с различными источниками шума, влияющими на записываемый сигнал. Градиентный артефакт является наиболее значимым источником шума при одновременной записи, вызванного градиентами магнитного поля во время регистрации фМРТ, которые наводят ток на электроды ЭЭГ3. Другим источником шума является сигнал баллистокардиограммы (БКГ), который фиксирует баллистические силы крови в сердечном цикле4,5. Артефакт БЦЖ возникает из-за пульсации артерий кожи головы, которая вызывает движение электродов ЭЭГ и генерирует напряжение. Артефакт БЦЖ более выражен в сильном магнитном поле и увеличивается с увеличением силы поля6. Помимо артефактов градиента и БЦЖ, к другим источникам шума относятся гелиевый компрессор МРТ7, моргание глаз8, движение головы и респираторные артефакты9. Кроме того, при сборе данных фМРТ одной из основных проблем является дискомфорт пациента при ношении шапочки ЭЭГ в сканере, что может вызвать повышенное движение головы. Аналогичным образом, время подготовки к сбору обоих наборов данных также может увеличить нагрузку на участников. Одновременный сбор фМРТ и ЭЭГ требует решения множества технических проблем, но также требует передовых методов предварительной обработки для преодоления этих неизбежных артефактов и получения более чистого сигнала. В этой статье мы подробно описываем, как мы решали различные технические проблемы, возникающие при одновременной записи ЭЭГ-фМРТ, включая стратегии по улучшению качества данных.

Для этого набора данных большинство задач, выполняемых участниками, представляют собой задачи натуралистического просмотра. Натуралистические стимулы представляют собой парадигмы, которые считаются более сложными и динамичными, чем стимулы, основанные на задачах10,11. Натуралистический просмотр обеспечивает более физиологически релевантные условия и вызывает реакции мозга, близкие к реальным12,13,14. Натуралистические стимулы также содержат повествовательную структуру и обеспечивают контекст, отражающий реальный жизненный опыт14,15. Более того, было обнаружено, что фильмы имеют высокую межсубъектную корреляцию и надежность16,17, удерживают внимание субъектов18 и улучшают податливость, связанную с движением и бодрствованием19. Натуралистические фильмы также являются идеальным стимулом для мультимодальных наборов данных и могут быть полезны для связывания реакций на разных уровнях20,21 и видах22.