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本文介紹了一系列電生理記錄技術的異同、電生理連接性評估的方法，以及電生理數(shù)據(jù)中計算連接性的流程。

對大腦區(qū)域之間的電生理高級連接的測量必須提供①高保真度，即足夠的信噪比(SNR)，以精確表征來自不同大腦區(qū)域的信號之間的統(tǒng)計相關性；②足夠的空間分辨率，以確保區(qū)域之間的連接性估計不會因區(qū)域之間的雜散信號交互而大幅降低。基于此，電生理測量可以分為兩類：

非侵入性方法包括腦電圖(EEG)和腦磁圖(MEG)。前者在頭皮表面測量由大腦中波動電流產(chǎn)生的電位差；后者測量同一電流波動所產(chǎn)生的相應磁感應。這兩種方法都在相對較大的神經(jīng)元群體中探測電生理活動。主要的神經(jīng)生理發(fā)生器是主要來自皮層錐體細胞的突觸后電位(局部場電位，LFPs)誘導的電流。頭皮水平電場/電位的數(shù)學建模可以實現(xiàn)電生理信號的局部化，從而對低水平(局部)網(wǎng)絡中的活動進行推斷。

侵入性測量通常統(tǒng)稱為顱內(nèi)腦電圖(iEEG)，范圍從腦電圖(ECoG)(電極陣列放置在腦表面硬腦膜下)到針對更深結構的深度電極。相對于一些參考，測量每個電極位置的局部電勢，可以直接評估低電平電路中的局部電活動。參考位置一般決定了測量所依據(jù)的神經(jīng)元群體的大小。測量通常反映皮層錐體細胞(類似于MEG/EEG)的LFPs，總計數(shù)千個神經(jīng)元。然而，一些深度電極還可以測量動作電位，包括人類的行為。

目前還沒有一種最好的技術來評估電生理連接性。事實上，技術的選擇取決于科學問題。顱內(nèi)腦電圖通常具有最高的信噪比和較高的空間分辨率，但其腦容量的空間覆蓋有限。iEEG具有很高的侵入性，因此僅限于自愿參與研究的患者的數(shù)據(jù)。植入蒙太奇的情況因每個患者的特殊性而不同，這使得研究和結果的復制具有很大的挑戰(zhàn)性。此外，收集的數(shù)據(jù)可能會受到異常神經(jīng)過程的影響，因為電極的位置是基于病理生理學考慮而決定的。排除靠近癲癇灶或癲癇樣活動性較強的電極，以及從所有電極上去除有癲癇樣活動性的時段，可以在一定程度上解決這一問題。

腦磁圖和腦電圖所測量的信號與iEEG相同，優(yōu)點是可以無創(chuàng)地對病人和健康參與者的大腦進行覆蓋。然而，由于顱外傳感器距離腦源較遠，與iEEG相比，MEG和EEG的信噪比更低(尤其是在高頻時)。對于連接體的衍生來說，重要的是，多個傳感器從大腦中相同的電源采集活動——這種效應被稱為體積傳導(EEG)或場擴散(MEG)，它會在頭皮測量點之間引入泄漏。腦電/腦磁圖生成器的逆建模(基于頭皮水平場/電位測量重建腦電流的源空間估計)改善了這一問題。然而，逆問題的不適定性質(zhì)意味著，即使在源空間，由不同區(qū)域的低階網(wǎng)絡產(chǎn)生的信號之間也會發(fā)生泄漏，這使得連接性測量變得復雜。與EEG相比，腦磁圖對頭部組織的幾何形狀和電導不太敏感，因而具有較高的空間精度。MEG也更不容易受到生物影響。然而，MEG在購買和操作上也更昂貴，因此更不容易獲得。傳感技術的重大進展為新型、更靈活、更經(jīng)濟的MEG儀器的問世提供了希望，這些儀器最近已被證明對連接性測量非常有效。

下表總結了一系列電生理記錄技術的異同。最重要的是，所有這些技術都可以提供有用的和高保真的連接測量，這很好的補充了使用MRI/fMRI測量的結構和功能連接體方面的研究。

研究方法	放置	覆蓋范圍	時間分辨率(TR)	空間分辨率(SR)	數(shù)據(jù)質(zhì)量	實際
顱內(nèi)EEG	放置在大腦表面或下面的電極，用來測量局部電位	電極貼在特定區(qū)域的皮層上。因此，覆蓋范圍相對有限	TR為1ms或更短	對于淺源，SR受到電極分離的限制。對于較深的源，體積傳導意味著可以在多個電極上檢測到單個源，因此需要建模	數(shù)據(jù)質(zhì)量的黃金標準。因為電極直接放置在大腦中，所以具有極高的信噪比	需要侵入性手術來放置電極。限于臨床病例(如：癲癇)或動物實驗
EEG	將電極置于與頭皮的導電接觸中，并測量每個電極與參考電極之間的電位差	全腦覆蓋。具有皮層敏感性，敏感度隨著深度的加深而下降	TR為1ms或更短	頭骨的導電性很低，這意味著頭皮的電勢被削弱了。難以建模，因此SR依賴于復雜的頭部模型。空間信息往往是失真的，SR非常有限	信號振幅被顱骨降低了，因此信噪比低于ECoG。EEG對生理偽影也很敏感，如肌肉電信號。這會降低對連接性的估計	與頭皮的電接觸需要大量的設置時間。在掃描過程中，被試可以自由移動(不過是以犧牲信噪比為代價的)。適應于任何頭部尺寸
MEG	磁場探測器(超導量子干涉儀)放置在靠近頭皮的地方，以測量皮層電流產(chǎn)生的磁場	可全腦覆蓋，但覆蓋可以是不均勻的。靈敏度隨深度下降	TR為1ms或更短	穿過頭骨的磁場相對來說不變形；MEG比EEG具有更好的SR。SR主要受傳感器接近頭皮的限制	受大腦對傳感器距離的影響；成人的信噪比較高，但頭較小被試的信噪比降低。對生理偽影的敏感度比EEG低，但信噪比會隨被試的運動而降低	設置和運行都很簡單。然而，被試必須長時間保持靜止不動。系統(tǒng)比較昂貴
On-scalp-MEG	相當于MEG，但在頭皮上采用了輕便的(非超導)傳感器，更接近頭皮表面	可以覆蓋全腦。靈敏度隨深度而下降	受采樣速度的限制；最常用的傳感器可達~5ms的TR	保持了簡單建模的優(yōu)點，但因為傳感器更接近頭部，場模式不太擴散。這意味著與傳統(tǒng)的MEG或EEG相比，SR有了質(zhì)的提高	比MEG或EEG有更高的信噪比，因為傳感器接近頭部(但沒有ECoG高)。在抵抗偽影方面具有更高的優(yōu)勢	設置和運行都很簡單。被試可以自由活動。系統(tǒng)能夠適應任何頭部形狀。然而，這一新興技術的使用并不廣泛
fMRI	測量血氧水平對局部代謝變化的依賴反應	覆蓋全腦，包括深層結構	血流動力學反應的潛伏期和持續(xù)時間限制在~5s以內(nèi)	具有優(yōu)秀的空間分辨率(如1mm)，因為血流動力學反應與細胞活動在空間上緊密耦合。但是，快速獲取的圖像可能會發(fā)生空間畸變	取決于場強。信噪比和對毛細血管(而不是大靜脈)的相對敏感度都隨著場強的提高而提高	設置和運行都很簡單。實驗對象必須長時間保持靜止。噪音可能會限制某些范式

目前用于電生理連接性評估的方法：廣義上來說，電生理連接性測量可以分為兩類，頻帶內(nèi)(例如，alpha-to-alpha)和頻帶間(例如，alpha-to-gamma)。目前常用的兩類頻內(nèi)連接性測量方法是固定相位關系測量和振幅相關測量。這些技術被認為能夠測量出不同的功能連接模式。對于頻率間測量，有三種典型的技術：相位-相位、幅值-幅值和相位幅值耦合，后者是最常用的。

電生理數(shù)據(jù)中計算連接性的流程：具體流程見下圖

在電生理數(shù)據(jù)中計算連接性的流程圖

參考來源：Connectomics of Human Electrophysiology.

https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2021.118788

總結

以上是生活随笔為你收集整理的电生理连接技术的比较的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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