The euphotic IPS device: A novel method for diffuse intermittent photic stimulation in magnetoencephalography

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis

Authors

Date

2025-09-29

Department

Major/Subject

Bioinformatics and Digital Health

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Life Science Technologies

Language

en

Pages

83

Series

Abstract

Intermittent photic stimulation (IPS) is a clinical standard, used as an activation method in the non-invasive neurophysiological method electroencephalography (EEG). IPS stimulators produce flickering light at different frequencies and are primarily used to study abnormal neural responses, particularly in photosensitive epilepsy. In contrast, clinical guidelines for another non-invasive method, magnetoencephalography (MEG), do not include IPS since MEG-compatible IPS stimulators have not been introduced. MEG is a valuable tool, especially for epilepsy diagnosis and presurgical functional brain mapping. Its advantages over EEG lie in improved source localization and higher spatial resolution. Using IPS in MEG could provide more detailed insights into the neural mechanisms underlying epilepsy in general. This thesis investigates whether a novel MEG-compatible IPS stimulator, Euphotic IPS device, reliably elicits visual responses in healthy subjects. Euphotic IPS device enables diffuse retinal stimulation through the eyelid both in eyes closed (EC) and eyes open (EO) conditions. Nine healthy adults participated in MEG experiments involving diffuse IPS at four stimulation frequencies 8 Hz, 10 Hz, 12 Hz, and 15 Hz under both in EO and EC conditions. To further explore cortical responses beyond visual cortices, the study combined IPS with somatosensory processing, i.e., somatosensory evoked fields (SEFs) were also measured with and without concurrent 10-Hz diffuse IPS in the EC condition. Recorded MEG data were preprocessed and analyzed using MNE-python. The results demonstrate that the Euphotic IPS device elicits prominent MEG responses, e.g., peaks in the MEG amplitude spectra, high coherence values be-tween MEG data and IPS stimulation frequencies, and changes in time-frequency representations at each stimulation frequency and its harmonics. Responses were consistently stronger in EC condition across all measures, with strongest responses at 10-12 Hz. In addition, SEFs were reliably detected in both conditions, and exploratory analyses indicated that concomitant IPS may modulate somatosensory responses compared with the control condition without IPS, though source modelling showed no systematic changes in SEF source locations. Overall, these results demonstrate that diffuse IPS can be applied reliably and effectively in MEG, and suggests that the Euphotic IPS is suitable for possible clinical applications in MEG.

Välkevalotesti (IPS) on vakiintunut kliininen menetelmä, jota käytetään aktivaatiotestinä kajoamattomassa neurofysiologisessa tutkimuksessa, elektroenkefalografiassa (EEG). Välkevalotesti, jossa hyödynnetään eri taajuisia välähdyksiä, on keskeinen etenkin valoherkän epilepsian diagnosoinnissa. Sen sijaan toisen kajoamattoman menetelmän, magnetoenkefalografian (MEG), kliinisiin ohjeistuksiin IPS ei sisälly, koska MEG-yhteensopivia välkevalolaitteita ei ole ollut saatavilla. MEG on tärkeä työkalu erityisesti epilepsian diagnostiikassa ja aivotoiminnan kartoituksessa ennen leikkausta. Sen etuina EEG:hen verrattuna ovat tarkempi lähdesijainnin määrittäminen ja korkeampi spatiaalinen tarkkuus. IPS:n käyttö MEG:ssä voisi tarjota yksityiskohtaisempaa tietoa epilepsian taustalla olevista hermomekanismeista. Tässä työssä tutkittiin, tuottaako uusi MEG-yhteensopiva välkevalotestilaite, Euphotic IPS, luotettavia näkövasteita terveillä koehenkilöillä. Euphotic IPS mahdollistaa diffuusiona tapahtuvan verkkokalvon stimulaation silmäluomen kautta sekä silmät suljettuina (EC) että silmät avoinna (EO). Yhdeksän tervettä aikuista osallistui MEG-kokeisiin, joissa käytettiin diffuusia välkevalostimulaatiota neljällä taajuudella (8 Hz, 10 Hz, 12 Hz ja 15 Hz) sekä EO- että EC-tilanteissa. Tutkimuksessa selvitettiin myös, vaikuttaako välkevalostimulaatio somatosensoriseen prosessointiin: somatosensoriset herätevasteet (SEF) mitattiin samanaikaisesti 10 Hz diffuusin IPS:n kanssa EC-tilanteessa sekä kontrollitilanteessa ilman IPS:ää. Tallennetut MEG-datat esikäsiteltiin ja analysoitiin MNE-Python -ohjelmistolla. Tulokset osoittavat, että Euphotic IPS herättää selkeitä MEG-vasteita, kuten piikkejä amplitudimäärityksissä, korkeita koherenssiarvoja MEG-datan ja IPS-stimulaatiotaajuuksien välillä sekä muutoksia aika-taajuusesityksissä jokaisella stimulaatiotaajuudella ja sen harmonisilla taajuuksilla. Vasteet olivat johdonmukaisesti voimakkaampia silmät suljettuina, ja suurimmat vasteet havaittiin 10–12 Hz:n alueella. Lisäksi SEF:t havaittiin luotettavasti molemmissa olosuhteissa, ja alustavat analyysit viittaavat siihen, että samanaikainen IPS voi vaikuttaa somatosensorisiin vasteisiin verrattuna kontrollitilaan ilman IPS:ää. Lähdeanalyysit eivät kuitenkaan paljastaneet systemaattisia muutoksia SEF-lähteiden sijainnissa. Kokonaisuudessaan nämä tulokset osoittavat, että Euphotic IPS välkevalotestiä voidaan soveltaa turvallisesti ja tehokkaasti MEG-tutkimuksissa, ja että Euphotic IPS on soveltuva mahdollisiin kliinisiin käyttötarkoituksiin MEG:ssä.

Description

Supervisor

Henriksson, Linda

Thesis advisor

Jousmäki, Veikko

Keywords

intermittent photic stimulation, magnetoencephalography, electroencephalography, photosensitivity, epilepsy, somatosensory evoked fields

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202510208325

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI