Samanaikaisen magnetoenkefalografian ja korkeatiheyksisen diffuusin optisen tomografian herätevasteanalyysi

Neurovascular coupling refers to the relationship between neural activation and the related hemodynamics in the brain. While several methods exist to measure either of them independently, a simultaneous measurement of both has proven to be difficult. Thus the exact nature of their relationship is still shrouded. One possible method for simultaneous measurement is to use diffuse optical tomography (DOT) combined with magnetoencephalography (MEG), since a non-magnetic DOT measurement probe does not produce disturbances in the MEG signal, and it thus can be used inside a MEG helmet. Neurovascular coupling and response habituation in the human somatosensory cortex was examined, using median nerve stimulation in 22 healthy adults during simultaneous MEG and DOT measurements. The right-hand median nerve was electrically stimulated using four different stimulus frequencies. MEG data was used to model neuronal activation, employing equivalent current dipole modelling to locate the center of neuronal activity in the primary somatosensory cortex (SI). The hemodynamic response in the same cortical area was modelled with DOT, using a head model-based image reconstruction. Group-wise voxel-level correlation analysis was performed on the sum of the 35-ms SI responses’ peak values and the area under curve of the total hemoglobin concentration change. Cluster analysis of the results revealed two areas in the left hemisphere with significant correlation between the selected MEG feature and the sum of hemodynamic activation. Overall, the results demonstrate the feasibility of simultaneous MEG and DOT measurements, and their potential in addressing the physiological background of neurovascular coupling.Neurovaskulaarinen kytkentä kuvaa aivojen hermosolutoiminnan ja siihen liittyvien paikallisten verenkierrollisten muutosten yhteyttä. Vaikka sekä hermosoluaktivaation että verenkiertomuutosten mittaukseen on useita menetelmiä, molempien samanaikainen mittaaminen on osoittautunut haastavaksi. Yhteyden tarkka luonne on tästä syystä vielä laajalti tuntematon. Yksi mahdollinen tapa kyseisten signaalien samanaikaiselle mittaukselle on diffuusi optinen tomografia (DOT) magnetoenkefalografiaan (MEG) yhdistettynä: ei-magneettinen DOT-mittauspääte ei aiheuta häiriötä MEG-signaaliin jolloin sitä voidaan käyttää MEG-mittauslaitteen sisällä. Tässä työssä tarkasteltiin neurovaskulaarista kytkentää ja herätevasteiden vaimenemista tuntoaivokuorella stimuloimalla 22:n terveen koehenkilön medianushermoa samanaikaisen MEG- ja DOT-mittauksen aikana. Oikean käden medianushermoa stimuloitiin sähköisesti neljällä eri taajuudella. MEG-vasteita käytettiin mallintamaan hermosolujen summa-aktivaatiota primaarilla tuntoaivokuorella (SI). DOT-signaalin avulla mallinnettiin vastaavan aivokuorialueen verenkiertovastetta päänmalliin perustuvalla kuvan rekonstruktiolla. Tuntoherätevasteen voimakkuuden summia korreloitiin ryhmätasolla totaalihemoglobiinin muutoksen vokselikohtaisten arvojen kanssa. Tulosten klusterointianalyysi paljasti kaksi aluetta vasemmalla aivopuoliskolla, joissa valittu MEG:n piirre korreloi merkitsevästi verenkierrollisten muutosten kanssa. Tulokset osoittavat, että MEG- ja DOT-mittausten yhdistäminen onnistuu luotettavasti, ja mittauksia voidaan käyttää neurovaskulaarisen kytkennän tutkimiseen