DOT、fMRI、EEG、およびMEGの感度に対する脳活動の空間パターンスケールの影響

この作業の目的は、異なる空間スケールでの皮質活動のパターンが、非侵襲的機能性ニューロイメージングセンサーによってどのように測定されるかを定量化することです。現実的なヘッドモデルの9つの異なる空間スケールで皮質活性化パターンをシミュレートし、この活動を磁気脳波（MEG）、脳波（EEG）、びまん性光断層撮影（DOT）、および機能的磁気共鳴イメージング（FMRI）センサーに浸透性の磁気共鳴画像（FMRI）に伝播しました。コントラスト伝達関数（CTF）、センサー空間の相関距離、および各モダリティの皮質活動の最小解決可能な空間スケールを推定しました。CTFは、皮質活動の空間的範囲が減少すると減少し、近くのセンサー間の相関は皮質活動の空間範囲に依存することがわかりました。6.7 cm（2）の中間空間スケールでの皮質活動では、相関距離（r> 0.5）はfMRIで1.0 cm、DOTで2.0 cm、EEGで12.8、メグ磁気計で9.5 cm、Meg勾配勾配計で9.7 cmでした。分解可能な空間パターンスケールは、メグ磁気計で1.43 cm（2）、メググレジオメーターで0.88 cm（2）、EEGでは376 cm（2）、DOTで0.75 cm（2）、FMRIで0.072 cm（2）であることがわかりました。これらの発見は、皮質活動に対する感受性は、異なるイメージングモダリティ内および異なるイメージングモダリティ間の空間スケールの関数として大きく異なることを示しています。この情報は、ニューロイメージングデータを解釈するとき、およびセンサースペースのネットワーク分析用のノードの数を選択する際に考慮する必要があります。

The objective of this work is to quantify how patterns of cortical activity at different spatial scales are measured by noninvasive functional neuroimaging sensors. We simulated cortical activation patterns at nine different spatial scales in a realistic head model and propagated this activity to magnetoencephalography (MEG), electroencephalography (EEG), diffuse optical tomography (DOT), and functional magnetic resonance imaging (fMRI) sensors in arrangements that are typically used in functional neuroimaging studies. We estimated contrast transfer functions (CTF), correlation distances in sensor space, and the minimum resolvable spatial scale of cortical activity for each modality. We found that CTF decreases as the spatial extent of cortical activity decreases, and that correlations between nearby sensors depend on the spatial extent of cortical activity. For cortical activity on the intermediate spatial scale of 6.7 cm(2), the correlation distances (r>0.5) were 1.0 cm for fMRI, 2.0 cm for DOT, 12.8 for EEG, 9.5 cm for MEG magnetometers and 9.7 cm for MEG gradiometers. The resolvable spatial pattern scale was found to be 1.43 cm(2) for MEG magnetometers, 0.88 cm(2) for MEG gradiometers, 376 cm(2) for EEG, 0.75 cm(2) for DOT, and 0.072 cm(2) for fMRI. These findings show that sensitivity to cortical activity varies substantially as a function of spatial scale within and between the different imaging modalities. This information should be taken into account when interpreting neuroimaging data and when choosing the number of nodes for network analyses in sensor space.