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Dati scientifici, volume 10, numero articolo: 554 (2023) Citare questo articolo

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In questo lavoro, presentiamo un set di dati che combina l'imaging magnetico funzionale (fMRI) e l'elettroencefalografia (EEG) da utilizzare come risorsa per comprendere la funzione del cervello umano in queste due modalità di imaging. Il set di dati può essere utilizzato anche per ottimizzare i metodi di preelaborazione per i dati di imaging raccolti simultaneamente. Il set di dati include registrazioni raccolte simultaneamente da 22 individui (età: 23-51) attraverso vari stimoli visivi e naturalistici. Inoltre, insieme ai dati di neuroimaging sono stati raccolti dati fisiologici, di tracciamento oculare, elettrocardiografici e cognitivi e comportamentali. Le attività visive includono una scacchiera tremolante raccolta all'esterno e all'interno dello scanner MRI (solo EEG) e registrazioni simultanee EEG-fMRI. Le registrazioni simultanee includono il riposo, il paradigma visivo Inscapes e diversi brevi filmati video che rappresentano stimoli naturalistici. I dati grezzi e preelaborati sono liberamente disponibili per il download. Presentiamo questo set di dati come parte di uno sforzo per fornire dati ad accesso aperto per aumentare le opportunità di scoperte e comprensione del cervello umano e valutare la correlazione tra l'attività elettrica del cervello e i segnali dipendenti dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD).

La raccolta simultanea di dati di elettroencefalografia (EEG) e di risonanza magnetica funzionale (fMRI) è un approccio interessante all'imaging in quanto combina l'elevata risoluzione spaziale della fMRI con l'elevata risoluzione temporale dell'EEG. La combinazione delle modalità consente ai ricercatori di integrare le informazioni spaziali e temporali superando i limiti di una singola modalità di imaging1,2. Tuttavia, la raccolta simultanea di dati multimodali richiede competenze specifiche e i ricercatori devono superare varie sfide tecniche per raccogliere dati con successo. Tali sfide potrebbero limitarne l’utilizzo più ampio nella comunità di ricerca.

Esistono diverse sfide tecniche incontrate durante la raccolta simultanea delle modalità di imaging. Con l'EEG, la sfida principale è dovuta alle varie fonti di rumore che influiscono sul segnale registrato. L'artefatto da gradiente è la fonte più significativa di rumore nelle registrazioni simultanee, causato dai gradienti del campo magnetico durante l'acquisizione fMRI, che inducono corrente negli elettrodi EEG3. Un'altra fonte di rumore è il segnale del balistocardiogramma (BCG), che cattura le forze balistiche del sangue nel ciclo cardiaco4,5. L'artefatto BCG nasce dalla pulsazione delle arterie del cuoio capelluto che provoca il movimento degli elettrodi EEG e genera tensione. L'artefatto BCG è più pronunciato in un forte campo magnetico e aumenta con l'intensità del campo6. Oltre agli artefatti del gradiente e del BCG, altre fonti di rumore includono il compressore dell'elio della MRI7, il battito delle palpebre8, il movimento della testa e gli artefatti respiratori9. Inoltre, durante la raccolta dei dati fMRI, uno dei problemi principali è il disagio del paziente mentre indossa la cuffia EEG nello scanner, che può causare un aumento del movimento della testa. Allo stesso modo, anche il tempo di preparazione per la raccolta di entrambi i set di dati può aumentare il carico dei partecipanti. La raccolta simultanea di fMRI ed EEG richiede il superamento di una serie di sfide tecniche, ma richiede anche tecniche di preelaborazione avanzate per superare questi inevitabili artefatti e produrre un segnale più pulito. In questo articolo, descriviamo in dettaglio come abbiamo affrontato le varie sfide tecniche incontrate durante la registrazione simultanea di EEG-fMRI, comprese le strategie per migliorare la qualità dei dati.

Per questo set di dati, la maggior parte dei compiti svolti dai partecipanti sono compiti di visualizzazione naturalistica. Gli stimoli naturalistici rappresentano paradigmi considerati più complessi e dinamici rispetto agli stimoli basati su compiti10,11. La visione naturalistica fornisce condizioni più rilevanti dal punto di vista fisiologico e produce risposte cerebrali più vicine al mondo reale12,13,14. Gli stimoli naturalistici contengono anche una struttura narrativa e forniscono un contesto che riflette le esperienze di vita reale14,15. Inoltre, è stato riscontrato che i film presentano un'elevata correlazione intersoggettiva e affidabilità16,17, catturano l'attenzione dei soggetti18 e migliorano la compliance relativa al movimento e alla veglia19. I filmati naturalistici sono anche uno stimolo ideale per set di dati multimodali e possono essere utili per collegare le risposte tra livelli20,21 e specie22.