Summary
어린이를위한 사이즈 MEG 시스템의 출현은 두뇌 개발을 연구하는 것이 중요합니다 새로운 기회를 엽니다. 함께 아이들의 용량 실험 요구 사항을 일치 프로토콜과 새로운 시스템은, 6-3 세 건강, 깨어있는 아이인지 및 언어 과정을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.
Abstract
Magnetoencephalography 대뇌 피질의 활동 [1]와 관련된 자기장을 감지하는 기술입니다. 두뇌의 electrophysiological 활동은 전기 필드를 생성 - 그들 수반하는 자기장 - - electroencephalography을 (EEG)를 사용하여 기록 수 MEG에 의해 감지. MEG 신호를 양자 간섭 장치 (오징어)을 초전도로 알려진 특수 센서에 의해 감지됩니다. 초전도 센서는 -270에서 액체 헬륨과 냉각 요구 ° C. 그들은 vacumm - 절연 헬멧 액체로 가득입니다 듀어라는 안에 포함되어 있습니다. 오징어는 헬륨 냉각수의 헬멧 듀어 내부 고정 위치에 배치하고 있으며, 주제의 머리는 MEG 측정을위한 헬멧 듀어 내부에 배치됩니다. 헬멧 듀어는 반대 제약을 모두 만족하는 크기 여야합니다. 확실히, 그것은 대부분 또는 모두 공부하게 될 인구의 머리에 맞게 충분히 크게해야합니다. 그러나 헬멧은 또한 그들이 측정되는 작은 대뇌 분야의 범위 내에서 오징어 센서의 대부분을 유지하기 위해 충분히 작은되어야합니다. 기존의 전체 헤드 MEG 시스템은 성인 머리의 90 % 이상을 수용할 수 있도록 설계되었습니다. 그러나 어른이 시스템은 잘 그의 머리가 성인보다 작은 반경 몇 cm를 미리 학교 chidren에서 뇌 기능을 측정하기에 적합하지 않습니다. 맥쿼리 대학교 KIT - 맥쿼리 브레인 연구소는 사전에 학교 아이들의 머리에 맞게 크기 MEG 시스템 사용자 정의를 사용합니다. 이 아이 시스템은 50mm의 기준 64 1 차 축 gradiometers있다 [2]와 일반 성인 사이즈 MEG 시스템과 함께 자기 (磁 气) - 차폐된 방 (MSR) 안에 포함되어있다 [3,4]. 자녀를 공부에 대한 사용자 정의 헬멧 듀어의 세 가지 주요 장점이 있습니다. 첫째, 센서 구성의 작은 반경 아이의 머리의 neuromagnetic 신호의 범위에 오징어 센서를 제공합니다. 둘째, 작은 헬멧은 듀어에 아이의 머리의 전체 삽입하실 수 있습니다. 전체 삽입 때문에 어린이 거리를 어깨에 작은 왕관의 성인 듀어 헬멧에 방지합니다. neuromagnetic 신호가 거리로 급속히 감쇠하기 때문에이 두 요소 MEG를 사용하여 두뇌 활동을 기록에 기초하고 있습니다. 셋째, 맞춤형 아동 헬멧 머리의 대칭 위치에 에이즈 및 듀어 내에서 아이의 머리 움직임의 자유를 제한합니다. 아이들의 동기 부여와 행동 용량 데이터 수집의 요구 사항을 일치 프로토콜과 함께 사용할 경우, 이러한 기능은 크게 설정, 포지셔닝 및 MEG 신호의 측정을 용이하게합니다.
Protocol
이 지침은 장비와 magnetoencephalography (MEG)를 사용하여 유아의 두뇌인지 기능을 측정하기위한 절차를 설명합니다. 첫째, 우리는 어린이인지 기능의 실험 테스트를 들고 때 고려해야 할 일반적인 지침과해야 문제를 토론합니다. 둘째, 우리는 4 년 된 아이들의 동기 부여와 행동 용량 MEG 데이터 수집의 요구 사항을 정렬하기 위해 개발된 프로토콜을 설명합니다.
1. MEG와 어린 자녀를 공부에 대한 일반적인 고려 사항
깨어 건강한 아이와 함께 작업할 때 메그 연구자들은 독특한 도전의 숫자를 얼굴. 먼저, 스탁 및 기능 실습 환경은 어린 아이들을 위협하거나 놀라게 할 가능성이 높습니다. 둘째, 실험 MEG 연구의 기본 요건은 운동의 제한을 포함하고 적극적으로 많은 성인들이 지루하고 불편 발견되는, 장기간 작업 조건을 참석. 자녀를 공부하면 그것은 자녀의 능력과 한계에 대한 실험 절차를 적응하기 위해 필수적됩니다. 이 섹션에서는, 우리는 데이터 수집 세션에 참여하기 위해 주제를 준비에 관련된 초기 단계를 설명합니다.
1.1 친하게 함 / 교육 세션 : 유치원 어린이들을위한 친하게 함 / 교육 세션 전에 실제 데이터 수집 세션 예정입니다. 이 세션은 아이가 자신의 속도로 환경 연구원에 익숙해질 수 있습니다. 우리는 연구자에 아이와 부모를 소개하고 실습 환경 및 루틴으로 그들을 숙지. 소개 세션이 끝날으로 부모와 자녀가 참여에 관련된 모든 단계를 이해하고 그들이 데이터를 기록하는 동안 기대해야하는지 알고 있습니다. 처음 방문하는 동안, 아이가 수줍음이나 불안 나타나는 경우들이 더 편안하게 때까지, 우리는 놀이의 기간이 있습니다. 그렇다면, 우리는 모든 단계의 도입과 함께 진행합니다.
환경 설명하기 1.2 : 자녀에게 MEG 환경을 설명하려면, 우리는 주변 환경에 대한 어린이 친화적인 정당화를 제공하는 테마를 사용합니다. 예를 들어, MEG 시스템은 일부 생소한 이벤트가 발생할 수 있습니다 우주 모험에 아이들을 데리고 기다리고 우주선이다. 실험실은 또한 벽 스티커, 장난감 (그림 1)으로 장식하고 있으며, 그것은 전용 놀이방이 있습니다. 자녀에게 이야기하면, 우리는 어린이들이 쉽게 이러한 대신 '마커 코일 모자'대신 '최소화 운동'의 '동결'과 '우주 비행사 헬멧'으로 이해할 수있는 그 언어를 사용합니다.
1.3 아이와 부모에게 절차를 설명 : 우리는 아이와 부모 자녀가 자기 (磁气) 차폐 실 (MSR) 내부되기 전에 촬영하는 단계를 보여줍니다. 첫 번째 단계 중 하나는 제목의 머리에 다섯 마커 - 코일 모자를 맞게되며 이러한 코일은 MEG 헬멧 안에 주제의 머리의 위치를 나타냅니다. 아이의 도움으로, 우리는 디지털 인형의 머리 모양, 그리고 우리는 아동과 MSR / 우주선에 인형을 동반 부모를 초대합니다. 일단 MSR 안에서, 우리는 영화를 감상하기 위해 헬멧 내부에 인형의 머리를 놓으십시오. 그들은 인형과 함께 영화를보고 싶은 경우 다음 아이를 부탁드립니다. 아이가 편안하고 편안하고 부모가 우리의 프로토콜에 만족하는 경우, 우리는 그들이 우주선 안에서 게임을하고 그들이 우리 실험실을 방문 다음 시간을 초대합니다.
1.4 통합 문서 : 우리 아이가 테스트 세션 동안 걸립니다 단계를 보여주는 공간 모험 테마를 기반으로 통합 문서를했습니다. 아동은 가정을 가지고 다음 방문에 대비하여 자신의 부모와 그들을 통해 작동하도록 이러한 worksbooks 제공됩니다. 통합 문서의 목적은 테스트를 위해 세 가지 주요 요구 사항의 중요성을 강조하는 것입니다 :) MSR 안에 어떤 철재료의 소지를 없애기, B) 정확한 데이터를 공동 등록 및 C를 보장하기 위해 마커 코일 모자의 배치)과 디지털화 및 데이터 수집 중에 여전히 남아의 중요성.
2. 예비 학교 세 어린이 MEG 신호를 측정 프로토콜
데이터 수집 및 실험 작업을하는 동안 사용되는 2.1 장비
마커 - 코일 총액 : 제목의 구조 정보 (예 : MRI 또는 디지털 머리 모양) 다섯 코일의 집합 MEG 데이터를 정렬하기 위해서는 자녀가 MEG 헬멧 안에 착용하는 수영 모자에 배치됩니다. 이러한 코일은 기준점 역할과 위치는 제목의 머리가 인수하는 동안 이동이 얼마나 측정하는 작업 전후 비교됩니다.
디지타이저 : 데이터 수집하기 전에 다섯 마커 코일과 피사체의 머리 모양의 위치가 Polhemus의 F를 사용하여 디지털이다astrak ® 디지타이저 (콜체스터, VT). 디지타이저는 펜 디지타이저 세 수신기, 송신기 및 모션 추적 장치로 구성되어 있습니다. 이 프로세스는 코일의 위치를 측정합니다. 나중에 해당 위치는 취득한 자기 데이터와 머리 모양을 정렬하는 MEG에 의해 얻은 위치 정보에 대해 일치하고 있습니다.
어린이 MEG 시스템 : 데이터 수집이 전체 헤드 아이 MEG 시스템 (KIT, 카나자와, 일본)를 사용하여 수행됩니다 [2]. 데이터는 0.03 Hz에서와 200Hz 사이의 필터 온라인 밴드 패스와 1000Hz의 샘플링 레이트에서 연속적으로 취득됩니다. 마커 코일 위치는 머리의 움직임을 측정하는 음반 이전과 이후를 얻을 수있다. 머리의 움직임은 5mm보다 큰 경우에는 데이터가 거부됩니다.
MEG 시스템 주변 장치 : 실험 자극은 프레 젠 테이션을 사용하여 PC와 제어 ® (Neurobehavioral 시스템, 알바니, CA). 영상 입력은 MSR 밖에 앉아 및 MSR 화면에 반영하는 프로젝터로 전달됩니다. 청각 자극이 Etymotic 연구 모델로 전달됩니다 ER - 30 아기 크기의 거품 earpieces (Etymotic 연구 주식 회사, 엘크 그로브 빌리지, IL)가 장착되어 삽입 이어폰. 아이가 지속적으로 폐쇄 회로 카메라에 의해 감시와 실험자가 마이크를 통해 자녀와 통신합니다.
2.2 데이터 수집 : 데이터 레코딩 세션은 다음 단계를 포함 :
I를 단계 : 전에 자녀의 도착
그것은 모든 컴퓨터, 소프트웨어 및 장비 마자 아이가 도착하는대로 실험을 시작할 준비를하는 것이 중요합니다. 아이와 부모가 실험실에있는 동안 일반적인 추천으로, 두 경험이 연구자들은 존재한다. 연구원, 부모와 자녀 사이에 명확한 커뮤니케이 션이 실험의 성공을 위해 매우 중요합니다.
단계 II : 아이가 도착한 후
- 동의 양식에 서명하고 부모가 질문이 있으시면 경험이 있는지 확인합니다.
- 아이가 첫 회의 동안이나 책자에 소개된 모든 단계를 기억하고 기억하지 않는 어떤 reintroduces 경우 실험자가 확인합니다. 디지털화 및 데이터 수집 동안 운동을 동결하거나 최소화의 중요성이 강조됩니다. 이것은 인형을 사용하여 시연 수 있습니다.
- 아이가 (번쩍 이는 패치 의류, 보석, 주머니 안에서 잊혀진 장난감, 머리 핀 등) 어떤 철재료를 가지고있다면 그 다음, 실험자가 확인합니다. 그들이 철재료를 포함 의복의 부분을 가지고있다면, 우리는 MEG 안전 복장으로 그들을 제공합니다. 부모가 실험 중에 자녀를 동반하고자한다면, 우리는 그들이 또한 철재료를 제거되었는지 확인합니다.
단계 III : MSR 내부 작업을 수행할 수있는 아이가 준비하기
- 실험자들은 5 마커 코일을 보유하고 뚜껑을 맞는 데요.
- 실험자의 마커 코일의 위치와 아이의 머리 모양을 디지털화. 고정된 위치에 헤드를 유지하기 위해, 우리는 세 수신기가 장착되어되었습니다 목 괄호를 사용합니다. 정기적으로 좋은 머리 모양을 얻기 위해 운동 또는 '동결'을 최소화의 개념을 강화하는 것이 중요합니다. 그 아이는 '동결'에서 좋은 일을위한 스티커로 보상을받을 수 있습니다.
- 그 아이는 MSR를 입력 초대합니다. 이어폰이 삽입되고 아이가 위로 향한 위치에 MEG 듀어 헬멧에 위치합니다.
- 아이가 MEG 헬멧 내부의 머리를 가진 편안하게 누워되면, 마커 코일들은 전원 장치에 연결되고 MSR 도어가 닫힙니다. 한 실험자는 전체 세션 동안 방에있는 (그리고 원하는 경우에도 부모) 남아 있습니다.
- 설치하는 동안 데이터 수집 블록 사이 엔터테인먼트, 영화나 만화는 MSR 다시 프로젝션 스크린에 투영 수 있습니다.
단계 IV : 실험 실행
- MSR 도어가 닫혀되면, 오징어는 약혼 및 데이터 수집이 시작됩니다.
- 어린이 영화 coregistration의 사전 시험 MEG 신호가 디지털 헤드 모양 coregistered 수 있는지 확인하기 위해 실시됩니다 시계로. 이 pretest은 MEG 시스템 표시된 위치와 디지털 동안 얻은 마커 코일의 위치를 일치로 구성되어 있습니다.
- 아이의 머리가 제대로 헬멧 내부에 위치되는 첫 번째 테스트 프로그램되면, 연구자는 실험을 시작할 수 있습니다 : (A) 영화가 음소거되어, 그들은 "게임을"준비하는 경우 (B) 연구원이 아이를 묻습니다; 게임이 시작되면 (C), 실험자 정기적으로 피드백과 어린이를 제공합니다. 예를 들어, 아이가 문장의 연속을 듣고, 그리고 바로 그들이 소리로 '치즈'같은 목표 단어를 반복하라는 요청을받을 수 있습니다. 이러한 대상 단어 잡기 트라이의 하위 집합에 포함된탐사선이 작업에 배려를 계속하지만 ALS가 최종 분석에 포함되지 않습니다.
- 작업이 완료되면, 다른 마커 코일 측정은 머리 위치와 움직임을 모니터하는 수행됩니다.
- 오징어가 해지되면, MSR 도어가 열립니다와 자녀들은 좋은 작품을위한 상품을 선택할 수있는 놀이방에 초대합니다.
3. 대표 결과
저희 연구실의 대표적인 연구는 아동 언어 논리의 개발 연구이 프로토콜을 사용합니다. 3-4년 세 스물 여섯 어린이 (4 세 세 5개월을 의미)은 적어도 하나의 인수 세션에 참여했습니다. 그 아이들의 17 두 번째 테스트 세션에 반환 다섯 세 번째 테스트 세션에 왔어요. 평균 머리의 움직임은 잘 5mm 임계값 내에서 미만 3.7 mm (SD 3.1 mm)였다. 5mm보다 큰 움직임 유사 5.5 mm에서 15mm (= 8.6mm, SD = 2.5 mm를 평균)까지로, 세션의 4.5 %에서 발생했습니다.
그림은 1. MSR과 MEG 투구는 스티커와 부드러운 장난감을 장식하고 있습니다.
그림 2. 성인 크기의 MEG (왼쪽)에서 네 살짜리 소녀. 움직임과 머리와 헬멧 사이의 거리를 최소화하기 위해 그녀의 머리의 상단에있는 패딩을 확인합니다. 오른쪽 그림은 아이 MEG에서 같은 소녀를 보여줍니다.
Discussion
이 프로토콜은 건강한 정신 사년 된 아이인지 뇌 기능의 측정을 용이하게하기 위해 설계되었습니다. 우리는 사전에 학교 세 어린이의 머리에 맞게 설계된 사용자 정의 크기 MEG 시스템을 사용합니다. 이 시스템을 통해 어린이 친화적인 실험실 환경 및 능력과 아동의 동기에 적응 프로토콜, 우리는 아주 작은 데이터가 현재가되는 연령 범위에서인지 뇌 기능을 측정 할 수 있습니다.
KIT - 맥쿼리 시스템은 사전에 학교 세 아이들과 함께 사용하기 위해 크기의 첫 번째 전체 헤드 시스템을 사용자 정의합니다. 자녀를 공부에 대한 사용자 정의 헬멧 듀어의 세 가지 주요 장점이 있습니다. 첫째, 센서 구성의 작은 반경 아이의 머리 neuromagnetic 신호의 범위에 오징어 센서를 제공합니다. 둘째, 작은 헬멧은 듀어에 아이의 머리의 전체 삽입하실 수 있습니다. 전체 삽입 때문에 (그림을 참조하십시오. 2) 어린이에 거리를 어깨에 작은 왕관의 성인 듀어 헬멧에 방지합니다. neuromagnetic 신호가 거리로 급속히 감쇠하기 때문에이 두 요소 MEG를 사용하여 두뇌 활동을 기록에 기초하고 있습니다. 셋째, 맞춤형 아동 헬멧 머리의 대칭 위치에 에이즈 및 듀어 내에서 아이의 머리 움직임의 자유를 제한합니다. 이러한 기능은 크게 설정, 포지셔닝 및 어린이 MEG 신호의 측정을 용이하게합니다.
사용자 정의 크기의 자녀 MEG 시스템의 출현은인지 신경 과학의 중요한 발전이다. 방사성 물질이나 강한 자기장을 고용 대체 기능 neuroimaging 기술은 어린 아이와 함께 일상에서 사용하기에 적합하지 않을 수 있습니다. MEG가 완전히 수동적 측정 기법이기 때문에 조직을 개발하기 위해 더 생각할 수있는 위험이 없습니다. 기존의 성인 MEG 시스템은 어린이와 함께 사용하기 위해 적합하지 않기 때문에 건강한 취학전 세 어린이의 아주 작은 MEG 데이터는 현재 있습니다. 어린이 MEG 시스템은 우리가인지 기능의 정상 및 병적인 개발에 새로운 통찰력을 제공 뇌 활동의 극적인 구조가 발생 연령에서에서 뇌의 기능을 연구하실 수 있습니다.
Acknowledgments
이 작품은 호주 연구위원회 링키지 인프라 장비 및 시설 그랜트 LEO668421 및 호주 연구위원회 링키지 프로젝트 부여 LP0669471에 의해 지원되었다. 저자는 기꺼이 KIT - 맥쿼리 브레인 연구소를 설립에 기술과 요코 전기 주식 회사의 가나자와 연구소의 협력을 인정합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Whole head child MEG | Kanazawa Institute of Technology (Kanazawa) and Yokogawa Electric Corporation (Tokyo) | Model PQ1064R-N2m | |
| Magnetically shielded room | Fujihara Co. Ltd. | ||
| Digitiser | Polhemus (Colchester, VT) | Fastrack | |
| Experimental control software | Neurobehavioral Systems | Presentation | |
| Earphones | Etymotic Research Inc. | ER-30 |
References
- Hämäläinen, M., Hari, R., Ilmoniemi, R. J., Knuutila, J., Lounasmaa, O. V. Magnetoencephalography- theory, instrumentation, and applications to noninvasive studies of the working human brain. Rev. Mod. Physics. 65 (2), 413-497 (1993).
- Johnson, B. W., Crain, S., Thornton, R., Tesan, G., Reid, M. Measurement of brain function in pre-school children using a custom sized whole-head MEG sensor array. Clin. Neurophysiol. , (2009).
- Kado, H., Higuchi, M., Shimogawara, M., Haruta, Y., Adachi, Y., Kawai, J., Ogata, H., Uehara, G. Magnetoencephalogram system developed at KIT. IEEE Trans. Appl. Supercond. 9, 4057-4062 (1999).
- Uehara, G., Adachi, Y., Kawai, J., Shimogawara, M., Higuchi, M., Haruta, Y., Ogata, H., Kado, H. Multi-Channel SQUID Systems for Biomagnetic Measurement. IEICE Trans. Electr. E86-C, 43-54 (2003).
