EEG source reconstruction accuracy and integration of simultaneous EEG-fMRI resting state data

Gli studi di risonanza magnetica funzionale (fMRI) in resting state hanno permesso di studiare l'organizzazione del cervello umano su ampia scala, rivelando che esso può essere visto come una rete di regioni funzionalmente connesse (networks). Ad oggi, però, le basi neurali delle fluttuazioni del segnale fMRI nelle varie regioni nella condizione di resting non sono pienamente comprese e ciò impedisce di chiarire il loro ruolo funzionale. In questo scenario, l'integrazione con l'informazione derivata dall'elettroencefalografia (EEG) è molto utile poiché questa,contrariamente alla risonanza magnetica funzionale, fornisce una misura diretta dell'attività neuronale. Finora, gli studi EEG-fMRI in condizioni di riposo che valutano le correlazioni fra il segnale fMRI e le caratteristiche spettrali del segnale EEG in una singola banda di interesse hanno portato a risultati tra loro incosistenti. Questo può essere dovuto al fatto che network funzionalmente distinti possono coinvolgere più di una singola banda, e quindi andrebbe analizzato l'intero spettro delle frequenze. Alcuni studi sono stati condotti in questa direzione ma o non hanno studiato come la distribuzione delle frequenze sullo scalpo influenza i pattern di correlazioni, o non hanno individuato quali regioni dello scalpo determinano in maniera specifica il pattern dei risultati osservati. Per superare questo limite, con lo scopo di identificare gli specifici correlati spazio-spettrali dei vari networks, un primo studio è stato condotto usando un approccio analitico che permette di considerare la relazione tre le differenti bande di frequenza EEG e la corrispondente distribuzione topografica all'interno di ciascun network. Specificatamente, questo approccio è stato applicato a quattro sottocomponenti del Default Mode Network. I risultati hanno rilevato per la prima volta la presenza di specifici pattern spazio-spettrali di correlazioni tra il segnale fMRI di un network e i diversi ritmi EEG. Dato che la risoluzione spaziale dell'EEG non permette di fare precise inferenze sulla localizzazione spaziale delle sorgenti neurali corrispondenti, un ulteriore passo in avanti potrebbe essere quello di estendere questi risultati con uno studio di ricostruzione delle sorgenti corticali. Inoltre, visto che non è chiaro se il sistema EEG a 64 canali utilizzato nel primo studio possa fornire performance accettabili, è stato fatto un secondo studio volto a valutare l’adeguatezza di questo sistema allo scopo. Nello specifico, l'accuratezza nel localizzare le sorgenti EEG ottenuta con il montaggio a 64 canali è stata confrontata con quelle ottenute con montaggi a 32 canali, lo standard in clinica, a 128 e a 256 canali. Diversamente da studi precedenti, le performance sono state valutate su tutto lo scalpo. I risultati indicano che le sorgenti corticali dei correlati spazio-spettrali dei network individuati nello studio precedente possono essere localizzate con una risoluzione spaziale adeguata usando 64 canali, sebbene sia necessario uno studio confermativo con 128 o 256 canali. Inoltre, andrebbe prestata particolare attenzione nel caso vengano investigate regioni cerebrali più profonde, nelle queli le performance sono basse a prescindere dal numero di canali utilizzato.