Korelace simultánních výkonových spekter EEG signálu s BOLD signálem během vizuálního oddball experimentu

Correlation of simultanoues EEG spectral power with BOLD signal during a visual oddball experiment

abstract

Czech

Úvod: V předešlých letech byly publikovány převážně negativní korelace časových změn absolutního výkonu alfa pásma EEG signálu s BOLD signálem na resting-state datech. Jiné datasety byly zkoumány jen zřídka a přitom by mohly podávat průkaznější výsledky než default mode sítě resting-state dat. Předpokládá se, že by se mozková aktivita vyvolaná visuálními stimuly při oddball experimentu měla projevit v obou typech dat. Pokud spolu měřené veličiny korelují korektně, měly by být statisticky signifikantní ve visuálních kortexech. Druhá oblast zájmu jsou senzomotorická a motorická centra, neboť po stimulaci cílovým podnětem (targetem) pacienti stlačovali signalizační tlačítko, držené v pravé ruce. Metody: Z EEG signálů byly počítány časové změny absolutních a relativních výkonů ve třech frekvenčních pásmech zájmu (alfa = <8,12>Hz, beta = <12,20>Hz, gama = <20-40>Hz). Relativní výkon znamená podíl absolutního výkonu pásma zájmu s absolutním výkonem celého EEG signálu. Byly vybrány tři skupiny elektrod zájmu: O1-O2-Oz, C3-CP1-CP5 a všechny elektrody (30). Zapojení elektrod bylo referenční. Pro každý vektor změny výkonu EEG při daném výběru elektrod byl spočítán samostatný obecný lineární model spolu s fMRI daty (BOLD signál), kde výkon EEG vystupoval jako regresor v modelové matici. Takto byla zpracována data 22 pacientů (15 mužů, 7 žen). Skupinové analýzy byly realizovány jedno-výběrovým t-testem. Výsledky: Oba předpoklady byly potvrzeny, EEG signál negativně koreloval s BOLD signálem jak ve visuálních kortexech (absolutní a relativní výkon alfa pásma), tak v senzomotorických a motorických centrech (relativní výkon gama pásma). Relativní výkon se ukazuje jako lepší ukazatel změn mozkové aktivity než absolutní. Absolutní výkon EEG signálu disponoval patrnou širokospektrální komponentou, která korelovala s BOLD signálem velmi podobně ve všech frekvenčních pásmech zájmu.

Introduction: Predominantly negative correlation between temporal changes of the EEG absolute alpha power and BOLD signal were published on resting-state data in previous years. Other datasets were examined only rarely, yet they could give more conclusive results than the default-mode networks of resting-state data. It is assumed that the brain activity induced by visual stimuli during oddball experiment should occur in both types of measured data. If the measured signals correlates together correctly, they should be statistically significant in the visual cortices. The second area of interest are sensorimotor and motor centers, because the response on target stimuli was the button pressing held in the right hand. Methods: From EEG signals, temporal changes of absolute and relative power in three frequency bands of interest (alpha = <8.12> Hz, beta = <12.20> Hz, gamma = <20-40> Hz) were counted. Relative power means the ratio of absolute power of frequency band of interest divided by absolute power of the whole EEG signal for a given temporal period. Three group electrodes of interest were selected: O1-O2-Oz, C3-CP1-CP5 and all electrodes (30); the wiring was per one reference electrode. For each EEG power vector of temporal changes in the given selection of electrodes and given frequency range was calculated separate general linear model with the fMRI data (BOLD signal), where the power of EEG performed as a regressor in the model matrix. Thus data of 22 subjects (15 men, 7 women) were processed. Group analyzes were performed as one-sample t-test. Results: Both assumptions were confirmed, the EEG signal is negatively correlated with BOLD signal in both the visual cortices (absolute and relative power of the alpha band) and the sensorimotor and motor centers (relative power of gamma band). Relative power proves to be a better indicator of changes in brain activity than absolute. Absolute EEG power possessed apparent widespectrum component that correlated with the BOLD signal is very similar areas in all frequency bands of interest.

EEG, fMRI, BOLD signál, spektrální výkon, vízuální oddball experiment, event-related

EEG, fMRI, BOLD signal, spectral power, visual oddball experiment, event-related

LABOUNEK, R.; LAMOŠ, M.; MAREČEK, R.; JAN, J.

4. 4. 2013

Univerzita Palackého v Olomouci

Olomouc

34

34

1