Kim, Joong Il;Park, Bumhee;Youn, Tak;Park, Hae-Jeong
Sleep Medicine and Psychophysiology
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v.25
no.2
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pp.82-91
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2018
Objectives: Synchronous electroencephalogram (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) has been used to explore sleep stage dependent functional brain networks. Despite a growing number of sleep studies using EEG-fMRI, few studies have conducted network analysis on whole night sleep due to difficulty in data acquisition, artifacts, and sleep management within the MRI scanner. Methods: In order to perform network analysis for whole night sleep, we proposed experimental procedures and data processing techniques for EEG-fMRI. We acquired 6-7 hours of EEG-fMRI data per participant and conducted signal processing to reduce artifacts in both EEG and fMRI. We then generated a functional brain atlas with 68 brain regions using independent component analysis of sleep fMRI data. Using this functional atlas, we constructed sleep level dependent functional brain networks. Results: When we evaluated functional connectivity distribution, sleep showed significantly reduced functional connectivity for the whole brain compared to that during wakefulness. REM sleep showed statistically different connectivity patterns compared to non-REM sleep in sleep-related subcortical brain circuits. Conclusion: This study suggests the feasibility of exploring functional brain networks using sleep EEG-fMRI for whole night sleep via appropriate experimental procedures and signal processing techniques for fMRI and EEG.
Kim, Ju Ho;Choi, Dae Seob;Park, Sung Eun;Choi, Ho Cheol;Kim, Seong Hu
Investigative Magnetic Resonance Imaging
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v.21
no.2
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pp.91-96
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2017
Purpose: To describe technical methods for functional magnetic resonance imaging (fMRI) study with arterial spin labeling (ASL) compared to blood oxygenation level-dependent (BOLD) technique and discuss the potential of ASL for research and clinical practice. Materials and Methods: Task-based (n = 1) and resting-state fMRI (rs-fMRI) (n = 20) were performed using ASL and BOLD techniques. Results of both techniques were compared. Results: For task-based fMRI with finger-tapping, the primary motor cortex of the contralateral frontal lobe and the ipsilateral cerebellum were activated by both BOLD and ASL fMRI. For rs-fMRI of sensorimotor network, functional connectivity showed similar results between BOLD and ASL. Conclusion: ASL technique has potential application in clinical and research fields because all brain perfusion imaging, CBF measurement, and rs-fMRI study can be performed in a single acquisition.
Functional MRI (fMRI) provides an indirect mapping of cerebral activity, based on the detection of the local blood flow and oxygenation changes following neuronal activity (Blood Oxygenation Level Dependent). fMRI allows us to study noninvasively the normal and pathological aspects of functional cortical organization. Each fMRI study compares two different states of activity. Echo-Planar Imaging is the technique that makes it possible to study the whole brain at a rapid pace. Activation maps are calculated from a statistical analysis of the local signal changes. fMRI is now becoming an essential tool in the neurofunctional evaluation of normal volunteers and many neurological patients as well as the reference method to image normal or pathologic functional brain organization.
Objective : The authors investigated the changes of cortical sensorimotor activity in functional MRI (fMRI) and functional recovery in spinal cord injury (SCI) patients who had been treated by bone marrow cell transplantation. Methods : Nineteen patients with SCI were included in this study; ten patients with clinical improvement and nine without. The cortical sensorimotor activations were studied using the proprioceptive stimulation during the fMRI. Results : Diagnostic accuracy of fMRI with neurological improvement was 70.0% and 44.4% for sensitivity and specificity, respectively. Signal activation in the ipsilateral motor cortex in fMRI was commonly observed in the clinically neurological improved group (p-value=0.002). Signal activation in the contralateral temporal lobe and basal ganglia was more commonly found in the neurological unimproved group (p-value<0.001). Signal activation in other locations was not statistically different. Conclusion : In patients with SCI, activation patterns of fMRI between patients with neurologic recovery and those without varied. Such plasticity should be considered in evaluating SCI interventions based on behavioral and neurological measurements.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2007.11a
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pp.7-10
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2007
많은 과학자들은 인간의 사고를 functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), Time Resolved Spectroscopy(TRS), Electroencephalography(EEG)등을 이용해서 두뇌 활동 영역을 연구하고 있다. 주로 의학 분야와 심리학의 영역에서 두뇌의 활동을 연구하여 간질이나 발작을 알아내고 거짓말 탐지 분야에서도 사용된다. 본 논문에서는 사람의 두뇌활동을 측정하여 인간의 감정을 인식하는 연구에 중점을 두었다. 특히 fMRI와 TRS 그리고 EEG를 이용해서 사람의 두뇌활동을 측정하는 연구를 하였다. 많은 연구자들이 한 가지 측정 장치만을 사용하여서 측정하거나 fMRI와 EEG를 동시에 측정하는 연구를 진행하고 있다. 현재에는 단순히 두뇌의 활동을 측정하거나 측정시 발생하는 잡음들을 제거하는 연구들에 중점을 두고 진행되고 있다. 본 연구에서는 fMRI와 TRS를 동시에 측정하여 얻은 두뇌 활동 데이터를 가지고 감정에 따른 활동영역의 EEG신호를 측정하였다. EEG 신호분석에 있어서 기존의 뇌파만을 가지고 특정을 찾아내는 것을 넘어서 각각의 채널에서 기록되는 뇌파의 파형을 주파수에 따라서 분류하고 정확한 측정을 위해 낮은 주파수를 제거하고 연구자가 필요한 부분의 뇌파를 분석하였다.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.17
no.6
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pp.832-837
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2007
Many researchers are studying brain activity to using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), Time Resolved Spectroscopy(TRS), Electroencephalography(EEG), and etc. They are used detection of seizures or epilepsy and deception detection in the main. In this paper, we focus on emotion recognition by recording brain waves. We specially use fMRI, TRS, and EEG for measuring brain activity Researchers are experimenting brain waves to get only a measuring apparatus or to use both fMRI and EEG. This paper is measured that we take images of fMRI and TRS about brain activity as human emotions and then we take data of EEG signals. Especially, we focus on EEG signals analysis. We analyze not only original features in brain waves but also transferred features to classify into five sections as frequency. And we eliminate low frequency from 0.2 to 4Hz for EEG artifacts elimination.
Lee, Jun Ki;Oh, Chang Hyun;Kim, Ji Yong;Park, Hyung-Chun;Yoon, Seung Hwan
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.58
no.3
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pp.242-247
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2015
Objective : The purpose of this study is to determine whether the changes of contralateral sensorimotor cortical activation on functional magnetic resonance imaging (fMRI) can predict the neurological outcome among spinal cord injury (SCI) patients when the great toes are stimulated without notice. Methods : This study enrolled a total of 49 patients with SCI and investigated each patient's preoperative fMRI, postoperative fMRI, American Spinal Injury Association (ASIA) score, and neuropathic pain occurrence. Patients were classified into 3 groups according to the change of blood oxygenation level dependent (BOLD) response on perioperative fMRI during proprioceptive stimulation with repetitive passive toe movements : 1) patients with a response of contralateral sensorimotor cortical activation in fMRI were categorized; 2) patients with a response in other regions; and 3) patients with no response. Correlation between the result of fMRI and each parameter was analyzed. Results : In fMRI data, ASIA score was likely to show greater improvement in patients in group A compared to those belonging to group B or C (p<0.001). No statistical significance was observed between the result of fMRI and neuropathic pain (p=0.709). However, increase in neuropathic pain in response to the signal change of the ipsilateral frontal lobe on fMRI was statistically significant (p=0.030). Conclusion : When there was change of BOLD response at the contralateral sensorimotor cortex on perioperative fMRI after surgery, relief of neurological symptoms was highly likely for traumatic SCI patients. In addition, development of neuropathic pain was likely to occur when there was change of BOLD response at ipsilateral frontal lobe.
The development of functional magnetic resonance imaging (fMRI) has significantly contributed to mapping brain functions and understanding brain networks during rest. This paper proposes a CNN-LSTM-based classification model to classify the progression stages of Alzheimer's disease. Firstly, four preprocessing steps are performed to remove noise from the fMRI data before feature extraction. Secondly, the U-Net architecture is utilized to extract spatial features once preprocessing is completed. Thirdly, the extracted spatial features undergo LSTM processing to extract temporal features, ultimately leading to classification. Experiments were conducted by adjusting the temporal dimension of the data. Using 5-fold cross-validation, an average accuracy of 96.4% was achieved, indicating that the proposed method has high potential for identifying the progression of Alzheimer's disease by analyzing fMRI data.
The higher cognitive functions of the human brain including teaming are hypothesized to be selectively distributed across large-scale neural networks interconnected to the cortical and subcortical areas. Recently, advances in functional imaging have made it possible to visualize the brain areas activated by certain cognitive activities in vivo. Neural substrates for teaming and motivation have also begun to be revealed. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides a non-invasive indirect mapping of cerebral activity, based on the blood- oxygen level dependent (BOLD) contrast which is based on the localized hemodynamic changes following neural activities in certain areas of the brain. The fMRI method is now becoming an essential tool used to define the neuro-functional mechanisms of higher brain functions such as memory, language, attention, learning, plasticity and emotion. Further research in the field of education will accelerate the verification of the effects on loaming or help in the selection of model teaching strategies. Thus, the purpose of this study was to review brain study methods using fMRI in science education. In conclusion, a number of possible strategies using fMRI for the study of elementary science education were suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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