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心拓视点:高密度脑电助力天津大学利用脑电技术探索儿童人工耳蜗康复评估

来源:心拓视点 编辑:心拓视点 发布时间:2021-03-25

2021年2月18日,《Hearing Research》国际听力领域最具权威及影响力的专业学术期刊之一,属于SJR、JCR一区,中科院SCI期刊听力学与言语病理学、耳鼻喉科学一区杂志接收并发表了由天津大学研究团队以及首都医科大学附属北京儿童医院研究团队合作发表的文章《Objective electroencephalography-based assessment for auditory rehabilitation of pediatric cochlear implant users》。利用高密度脑电设备探讨了如何有效客观的评估人工耳蜗植入儿童听觉康复的方法。

 

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研究团队利用高密度脑电设备进行采集并结合“Oddball”听觉实验范式对植入的人工耳蜗进行评估,采集和分析了91名年龄在3-7岁的儿童(其中66名人工耳蜗组和25名对照组),分别探讨了他们在时间尺度上的皮层听觉诱发电位(Cortical auditory evoked potential, CAEP)和失匹配负波(Mismatch negativity, MMN),和在空间尺度上应用源定位(Source localization)CI植入后听觉皮层的可塑性。

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研究结论是使用不同的实验范式听觉声对评估植入后的听觉康复状况,并通过估计源定位来评估听觉皮层可塑性。我们发现植入后3到6个月是简单语音重建快速发展的关键阶段,植入后12个月代表了成熟期。结果表明,CAEP更适合于早期听觉系统重建的评估,而 MMN 更适合于早期听觉功能的评估。此外,声源定位已被证明是探索听觉皮层可塑性的有效工具,特别是对儿童人工耳蜗的使用者。


该研究的发现将为脑机接口在儿童听觉康复方面的应用奠定了基础,有助于为人工耳蜗调试和听觉言语康复训练提供更准确的参考依据。



实验设备采集:

采用MagStimEGI NA400 128通道盐水电极帽(Geodesic Sensor Net, GSN)记录脑电信号,并通过放大脑电信号进行采集。128个电极使用国际10-20系统和附加位置的基础上进行排布。在实验过程中,保证了电极阻抗小于50 kΩ。CI 听觉设备调整到最舒适的设置,用于日常听力。用 Net Station 软件记录脑电数据时,物理参考电极为 Cz,接地电极位于 CPz 和 Pz 之间的 COM 点,采样率为1khz。

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高密度脑电在开展神经科学研究中的优势:

足够的空间分辨率

传统的脑电图可能只有几个导联,空间分布非常大导致分辨率差,在传统的10-20系统中,仅仅只有21个导联,这对于当前的研究需求是远远不够的,在先前的研究中,已有研究表明EEG信号的空间采样只有达到1-2cm才能确保不丢失信号,要保证达到这样的空间采样,就需要高密度导联来进行空间采样。

 

预处理方法的准确性

EEG信号旨在记录头皮表面的电信号活动,来评估由大脑引起的电位活动。但是要获得比较干净的信号,在一般情况下,都需要进行EEG信号的预处理过程,在此过程中我们通常会经过的预处理步骤,重参考、伪迹剔除等。

 

源定位的准确性

传统的脑电图只能在脑部传播到头皮表面时显示其电活动,而无法估计发生源的位置。在现在的分析方法中,源定位信号也是探索大脑功能的重要指标之一。找到准确的神经元活动将是病理解剖学的重要标志。而现在验证脑部解剖结构的一种方法是通过MRI图像来评估源定位,MRI技术将是一个非常耗时的过程,现在通过高密度脑电图进行反向计算将能有效得到准确的源定位。从而给像临床上的癫痫定位或者是病理学定位的脑部功能提供更好的准确性。

 

时间成本

在传统的32、64导电极帽上,打导电膏的时间将是20-30分钟以上,这对于高密度脑电图来说,将是一个噩梦,EGI高密度脑电图采用网状盐水帽将128、256导电极帽的准备时间降低到几分钟以内,这将时间成本来说,将是一个巨大的优势。