Retinotopic mapping paradigm for investigating the spatial resolution of MEG
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
52
Series
Abstract
Visual information is conveyed from the retina to the primary visual cortex (V1) via the primary visual pathway. The primary visual pathway is retinotopically organized, which means that adjacent regions in the visual field project to adjacent regions in V1. Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive brain imaging method that measures weak magnetic fields generated by the electrical activity of neurons. A typical MEG-device contains superconducting quantum interference device (SQUID) sensors placed in liquid helium, with a layer of insulation between the head and the sensors. In contrast, a new MEG-sensor type, optically pumped magnetometer (OPM), can be placed within close proximity of the scalp. The shorter distance from brain to sensors should provide a better spatial resolution in OPM-MEG compared to SQUID-MEG, but experimental evidence supporting this claim is currently scarce. The spatial resolution of MEG is often defined as the ability to separate two estimated cortical sources. However, MEG source estimation adds a new layer of complexity to the analysis. Due to the retinotopic organization of the visual pathway, a dense grid of close-by cortical locations can be stimulated by showing small stimulus patches in the corresponding locations of the visual field, a method known as retinotopic mapping. The spatial resolution of MEG can be assessed by examining the discriminability of the resulting response patterns, without need for source estimation. In this thesis, an MEG experiment using multifocal retinotopic stimulation was developed. Radial, cortically scaled checkerboards were used as multifocal stimuli. The stimuli varied by the number (1, 24, 32, 36 or 60) and size of stimulated regions as well as the total size of the stimulus. Multifocal SQUID-MEG responses were measured from two participants and analyzed with linear deconvolution regression. The results showed responses peaking around 100 ms after stimulus onset for most stimulated regions in all experimental conditions. The responses varied according to the stimulated visual field region and were more clear for stimuli with larger cortical areas. Obtained results were consistent between the corresponding overlapping stimulus variants and in line with previous studies using similar stimuli. The results suggest that the developed setup can be used for assessing the spatial resolution of OPM- and SQUID-MEG.Primaarinen näkörata välittää näköinformaation verkkokalvolta primaariselle näköaivokuorelle (V1). Näkörata on retinotooppisesti järjestynyt, eli vierekkäiset alueet näkökentässä käsitellään vierekkäisissä osissa näköaivokuorta. Magnetoenkefalografia (MEG) on ei-invasiivinen aivotutkimusmenetelmä, joka mittaa aivojen sähköisen toiminnan tuottamia heikkoja magneettikenttiä. Tyypillisessä MEG-laitteessa pään ja nestemäiseen heliumiin upotettujen SQUID (superconducting quantum interference device) -antureiden välissä on eristekerros. Uusi MEG-anturi, optisesti pumpattu magnetometri (OPM), voidaan sen sijaan sijoittaa hyvin lähelle päätä. Lyhyempi etäisyys aivoista antureihin oletetusti parantaa menetelmän paikkatarkkuutta verrattuna SQUID-MEG:hen, mutta kokeellinen näyttö OPM-MEG:n paremmasta tarkkuudesta puuttuu. MEG:n paikkatarkkuus määritellään usein kykynä erotella estimoituja lähdealueita aivoissa. MEG:n lähde-estimointi kuitenkin lisää analyysin monimutkaisuutta. Näköradan retinotooppisen järjestyksen ansiosta useita lähekkäisiä näköaivokuoren lähteitä voi stimuloida näyttämällä pieniä ärsykkeitä vastaavissa kohdissa näkökenttää. Tutkimalla saatujen vasteiden eroteltavuutta voi MEG:n paikkatarkkuutta arvioida ilman tarvetta lähde-estimointiin. Tässä työssä kehitettin multifokaalista retinotooppista stimulaatiota hyödyntävä MEG-koe. Käytetyt multifokaaliset ärsykkeet olivat säteittäisiä, kortikaalisesti skaalattuja ruudukoita. Ärsykkeet erosivat toisistaan alueiden määrän (1, 24, 32, 36 or 60) ja koon sekä ärsykkeen kokonaiskoon mukaan. Ärsykkeitä esitettiin kahdelle koehenkilölle ja mitatut SQUID-MEG herätevasteet analysoitiin käyttäen dekonvoluutiomallinnusta. Lähes kaikki stimuloidut alueet tuottivat selkeät vasteet, joiden huippu oli noin 100 ms ärsykkeen esityksestä. Vasteet olivat selkeämpiä ärsykkeille, joiden alueiden kortikaalinen ala oli suurempi. Tulokset olivat yhtenevät eri ärsykevarianttien välillä sekä linjassa aiemman tutkimuksen kanssa. Saatujen tulosten perusteella kehitetty menetelmä soveltuu käytettäväksi MEG:n paikkatarkkuuden vertailuun eri anturityyppien välillä.Description
Supervisor
Henriksson, LindaThesis advisor
Henriksson, LindaIivanainen, Joonas