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Using the MoBI motion capture system to rapidly and accurately localize EEG electrodes in anatomic space
European Journal of Neroscience ( IF 3.4 ) Pub Date : 2020-10-25 , DOI: 10.1111/ejn.15019
Kevin A Mazurek 1 , Eleni Patelaki 2 , John J Foxe 1 , Edward G Freedman 1
Affiliation  

During mobile brain/body imaging (MoBI) experiments, electroencephalography and motion capture systems are used in concert to record high temporal resolution neural activity and movement kinematics while participants perform demanding perceptual and cognitive tasks in a naturalistic environment. A typical MoBI setup involves positioning multi-channel electrode caps based on anatomical fiducials as well as experimenter and participant intuition regarding the scalp midpoint location (i.e., Cz). Researchers often use the “template” electrode locations provided by the manufacturer, however, the “actual” electrode locations can vary based on each participant's head morphology. Accounting for differences in head morphologies could provide more accurate clinical diagnostic information when using MoBI to identify neurological deficits in patients with motor, sensory, or cognitive impairments. Here, we asked whether the existing motion capture system used in a MoBI setup could be easily adapted to improve spatial localization of electrodes across participants without requiring additional or specialized equipment that might impede clinical adoption. Using standard electrode configurations, infrared markers were placed on a subset of electrodes and anatomical fiducials, and the remaining electrode locations were estimated using spherical or ellipsoid models. We identified differences in event-related potentials between “template” and “actual” electrode locations during a Go/No-Go task (p < 9.8e–5) and an object-manipulation task (p < 9.8e–5). Thus, the motion capture system already used in MoBI experiments can be effectively deployed to accurately register and quantify the neural activity. Improving the spatial localization without needing specialized hardware or additional setup time to the workflow has important real-world implications for translating MoBI to clinical environments.

中文翻译:

使用 MoBI 动作捕捉系统在解剖空间中快速准确地定位 EEG 电极

在移动脑/体成像 (MoBI) 实验中,脑电图和动作捕捉系统协同使用,以记录高时间分辨率的神经活动和运动运动学,同时参与者在自然环境中执行要求苛刻的感知和认知任务。典型的 MoBI 设置涉及基于解剖基准以及实验者和参与者对头皮中点位置(即 Cz)的直觉定位多通道电极帽。研究人员经常使用制造商提供的“模板”电极位置,但是,“实际”电极位置可能会根据每个参与者的头部形态而有所不同。当使用 MoBI 识别运动、感觉或认知障碍患者的神经功能缺损时,考虑头部形态的差异可以提供更准确的临床诊断信息。在这里,我们询问了 MoBI 设置中使用的现有动作捕捉系统是否可以轻松调整以改善参与者之间电极的空间定位,而不需要可能阻碍临床采用的额外或专门设备。使用标准电极配置,将红外标记放置在电极和解剖基准的子集上,并使用球形或椭圆形模型估计剩余的电极位置。我们发现了在 Go/No-Go 任务期间“模板”和“实际”电极位置之间的事件相关电位差异(或认知障碍。在这里,我们询问了 MoBI 设置中使用的现有动作捕捉系统是否可以轻松调整以改善参与者之间电极的空间定位,而不需要可能阻碍临床采用的额外或专门设备。使用标准电极配置,将红外标记放置在电极和解剖基准的子集上,并使用球形或椭圆形模型估计剩余的电极位置。我们发现了在 Go/No-Go 任务期间“模板”和“实际”电极位置之间的事件相关电位差异(或认知障碍。在这里,我们询问了 MoBI 设置中使用的现有动作捕捉系统是否可以轻松调整以改善参与者之间电极的空间定位,而不需要可能阻碍临床采用的额外或专门设备。使用标准电极配置,将红外标记放置在电极和解剖基准的子集上,并使用球形或椭圆形模型估计剩余的电极位置。我们发现了在 Go/No-Go 任务期间“模板”和“实际”电极位置之间的事件相关电位差异(我们询问在 MoBI 设置中使用的现有动作捕捉系统是否可以轻松调整以改善电极在参与者之间的空间定位,而无需可能阻碍临床采用的额外或专门设备。使用标准电极配置,将红外标记放置在电极和解剖基准的子集上,并使用球形或椭圆形模型估计剩余的电极位置。我们发现了在 Go/No-Go 任务期间“模板”和“实际”电极位置之间的事件相关电位差异(我们询问在 MoBI 设置中使用的现有动作捕捉系统是否可以轻松调整以改善电极在参与者之间的空间定位,而无需可能阻碍临床采用的额外或专门设备。使用标准电极配置,将红外标记放置在电极和解剖基准的子集上,并使用球形或椭圆形模型估计剩余的电极位置。我们发现了在 Go/No-Go 任务期间“模板”和“实际”电极位置之间的事件相关电位差异(p  < 9.8e–5) 和对象操作任务 ( p  < 9.8e–5)。因此,已经在 MoBI 实验中使用的动作捕捉系统可以有效地部署以准确记录和量化神经活动。在不需要专门的硬件或额外的工作流程设置时间的情况下改进空间定位对于将 MoBI 转化为临床环境具有重要的现实意义。
更新日期:2020-10-25
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