Summary
MEG küçük çocuklar için ölçekli sistemleri gelişiyle beyin gelişimini incelemek için önemli yeni fırsatlar açılır. Çocukların kapasitelerini deneysel gereksinimleri hizalar bir protokol ile birlikte yeni sistem, üç ila altı yaş arasındaki sağlıklı, uyanık çocukların bilişsel ve dil süreçleri incelemek için kullanılabilir.
Abstract
Manyetoensefalografi kortikal aktivite [1] ile ilgili manyetik alanları algılar bir tekniktir. Beynin elektrofizyolojik aktiviteyi elektrik alanları oluşturur ve eşlik eden manyetik alanlar - - elektroensefalografi (EEG) ile kaydedilebilir MEG tarafından tespit. MEG sinyalleri süperiletken kuantum girişim cihazlar (mürekkep balığı) olarak da bilinen özel sensörler tarafından tespit edilir. Süperiletken sensörleri -270 sıvı helyum soğutma gerektiren ° C Bu sıvı ile dolu bir Dewar adlı bir vacumm yalıtımlı kask içinde yer alır. Squids helyum soğutma suyu kask Dewar içinde sabit pozisyonlarda yerleştirilir ve MEG ölçümler için bir konu kafasına kask Dewar içine yerleştirilir. Kask Dewar karşı kısıtlamalar karşılamak için boyutta olması gerekir. Açıkçası, çoğunu veya tamamını ele alınacaktır nüfus başkanları sığacak büyüklükte olmalıdır. Bununla birlikte, kask da SQUID sensörleri ölçmek için küçük serebral alanları aralığında tutmak için yeterince küçük olmalıdır. Konvansiyonel tüm kafa MEG sistemleri yetişkin başkanlarının% 90'dan daha fazla uyum sağlamak için tasarlanmıştır. Ancak yetişkin sistemler, kafaları yetişkinlerden daha küçük bir yarıçap birkaç cm, okul öncesi chidren beyin fonksiyonu ölçmek için uygun değildir. KIT-Macquarie Macquarie Üniversitesi Beyin Araştırmaları Laboratuvarı, okul öncesi çocukların kafaları uygun büyüklükte bir MEG sistemi özel kullanır. Bu alt sistem, 50 mm bazal ile 64 birinci dereceden eksenel gradyometreleri [2] ve geleneksel bir yetişkin ölçekli MEG sistemi ile birlikte manyetik korumalı bir oda (MSR) içinde yer alır [3,4]. Özelleştirilmiş kask Dewar çocukların eğitimi için üç ana avantajı vardır. Birincisi, sensör yapılandırma küçük bir yarıçap çocuk başkanları neuromagnetic sinyallerinin aralığı içine SQUID sensörleri getiriyor. İkincisi, küçük kask Dewar içine bir çocuğun başının tam ekleme sağlar. Tam ekleme, çünkü küçük çocuklarda mesafe omuz taç, yetişkin Dewar kask önlenmiş olur. Bu iki faktör neuromagnetic sinyaller mesafe ile hızla zayıflatır, çünkü beyin aktivitesini MEG kullanarak kayıt esastır. Üçüncüsü, özelleştirilmiş çocuk kask başın simetrik konumlandırma yardımcıları ve Dewar içinde çocuğun başını hareket özgürlüğünü sınırlar. Çocukların motivasyon ve davranış kapasiteleri ile veri toplama hizalar bir protokol ile birlikte kullanıldığında, bu özellikler kurulum, konumlandırma, MEG sinyaller ölçülmesi ve önemli ölçüde kolaylaştırır.
Protocol
Bu kurallar, ekipman ve manyetoensefalografi (MEG) kullanarak okulöncesi bilişsel beyin fonksiyonu ölçmek için prosedürler açıklanmaktadır. İlk olarak, genel kurallar ve sorunlar çocuklarda bilişsel işlev deneysel testler yaparken dikkate alınmalıdır tartışıyorlar. İkincisi, dört yaşındaki çocuklar, motivasyon ve davranışsal kapasiteleri ile MEG veri toplama gereksinimlerini hizalamak için geliştirilen bir protokoldür açıklar.
1. MEG ile küçük çocukların eğitimi için Genel hususlar
MEG araştırmacılar, uyanık sağlıklı çocuklar ile çalışırken, benzersiz zorlukların bir dizi yüz. Birincisi, yalın ve işlevsel bir laboratuvar ortamında, genç çocukları korkutmak ya da korkutmak için muhtemeldir. İkincisi, hareket kısıtlanması, deneysel bir MEG çalışmanın temel gereksinimleri içerir ve birçok yetişkin aktif sıkıcı ve rahatsız edici buluyorum, uzun bir süre için bir görev koşulları katılıyor. Çocuk eğitim çocukların kapasitelerini ve sınırlamalar deneysel prosedürleri uyarlamak için önem kazanmaktadır. Bu bölümde, veri toplama oturumuna katılmak üzere konu hazırlanmasında yer alan ilk adımları açıklar.
1.1 konularda bilgilendirilme / Eğitim Oturum: Okul öncesi çocuklar için bir alışma / eğitim oturumu öncesinde gerçek veri toplama oturumuna planlanıyor. Bu oturumda, kendi hızlarında çevre ve araştırmacılar ile çocuk sahibi olmak için izin verir. Biz araştırmacılar, çocuk ve ebeveyn tanıtmak ve laboratuar çevresi ve rutinleri onları tanımak için. Tanıtım oturumun sonuna kadar üst ve alt katılımcı olarak yer alan tüm adımları anlamak ve veri kayıt sırasında beklemek gerektiğini anlamak. Ilk ziyaret sırasında, bir çocuğun çekingen ya da endişeli görünürse daha rahat hissedene kadar, biz bir süre çalma süresi var. Sonra, biz tüm adımları tanıtılması ile devam edin.
Çevre açıklanması 1.2: MEG ortamda çocuğa açıklamak için, çevresi için bir çocuk dostu bir gerekçe sağlayan bir tema istihdam etmektedir . Örneğin, MEG sistemi, bazı alışılmadık olaylar oluşabilir bir uzay macera çocukları almak için bekleyen bir uzay gemisi. Laboratuvarı duvar çıkartmaları ve oyuncaklar (Şekil 1) ile dekore edilmiş, ve özel bir oyun odası vardır. Çocuk konuşurken, biz çocuk 'marker-coil kap' yerine 'en aza indirerek hareketi' yerine 'dondurma', ve 'astronot kask' gibi kolayca anlayabileceği bir dil kullanırım.
1.3 çocuk ve ebeveynler için prosedürlerin açıklanması: Biz çocuk ve ebeveyn çocuk manyetik korumalı odası (MSR) içinde gitmeden önce alınır adımları göstermektedir. Ilk adımlardan biri konu kafasını beş marker-coil kapağı sığacak şekilde; bu bobinler konu MEG kask içinde başın bir konumda olduğunu göstermektedir. Çocuk yardımı, biz dijitalleştirmek bir kukla kafa şekli, ve o zaman çocuk ve kukla MSR / uzay gemisi eşlik edecek ana davet ediyoruz. Sonra MSR içinde kukla kafası, biz bir film izlemek için kask içine yerleştirin. Kukla ile film izlemek istiyorum o çocuk isteyin. Çocuk, konforlu ve rahat ve ebeveynlerinin protokolleri memnun olduğunu, onlara uzay gemisi içinde bir oyun oynamak bizim laboratuvar ziyaret dahaki sefere davet ediyoruz.
1.4 Çalışma Kitapları: Biz çocukların test oturumu sırasında götürecek adımları göstermektedir uzay macera tema dayalı çalışma kitapları var. Çocuklar, ev almak ve bir sonraki ziyaret için hazırlık ebeveynleri ile çalışmak için bu worksbooks verilmiştir. Çalışma kitaplarının amacı, test etmek için üç temel gereksinimleri önemini vurgulamak için: a) MSR içinde herhangi bir demir malzeme kaçınma, b), doğru veri co-kayıt ve c sağlamak için işaretleyici bobin kap yerleştirme) ve sayısallaştırma ve veri toplama sırasında hareketsiz kalan önemi.
2. Okul öncesi eğitim çağındaki çocukların MEG sinyalleri ölçmek için bir protokol
Veri toplama ve deneysel görev sırasında kullanılan 2.1 Ekipman
Marker-coil kap: MEG veri konusu yapısal bilgiler (örneğin, MR ya da sayısallaştırılmış kafa şekli), bir dizi beş bobinler hizalamak için çocuk MEG kask içine giydiği bir yüzme kap konur . Bu bobinler, referans noktaları olarak hareket ve konumlarını konu kafası satın alma sırasında ne kadar taşındı ölçmek için görev öncesi ve sonrası karşılaştırılır.
Sayısallaştırıcı: veri toplama önce, beş işaretleyici rulo ve bu konuda kafa şekli bir Polhemus F ile dijitalastrak ® sayısallaştırıcı (Colchester, VT). Sayısallaştırıcı bir kalem sayısallaştırıcı, üç adet alıcı, bir verici ve bir hareket izleme birimi oluşur. Bu süreç, bobinler konumunu ölçer. Daha sonra bu konumlardan elde edilen manyetik veri ve kafa şekli hizalamak için MEG ile elde edilen konum bilgileri karşı eşleştirilir.
Çocuk MEG sistemi: Veri toplama bir bütün kafa çocuk MEG sistemi (KIT, Kanazawa, Japonya) kullanılarak yapılır [2]. Veri 0.03 Hz ve 200Hz arasında bir bant geçiren filtre ile 1000Hz bir örnekleme hızı sürekli olarak elde edilir. Marker bobin pozisyonları baş hareketleri ölçmek kayıt öncesi ve sonrasında elde edilir. Baş hareketi 5 mm'den büyükse veri reddedilir.
MEG sistemi çevre birimleri: Deneysel uyaranlara Sunum kullanarak bir PC ile kontrol edilir ® (nörodavranışsal Sistemleri, Albany, CA). Görsel girişleri MSR dışında oturur ve MSR ekrana yansıyan bir projektör ile teslim edilir. Etymotic Araştırma Modeli işitsel uyaranlar tarafından teslim edilir ER-30 bebek ölçekli köpük kulaklık (Etymotic Research Inc, Elk Grove Village, IL) ile donatılmış eklemek kulaklık. Çocuk kapalı devre kamera tarafından sürekli izlenir ve deneyci, bir mikrofon aracılığı ile çocuk ile iletişim kurar.
2.2 Veri toplama: Veri kayıt oturumları aşağıdaki aşamaları içerir:
Evre I: çocuk gelişinden önce
Tüm bilgisayar, yazılım ve donanımları, en kısa sürede çocuk geldiğinde deney başlamak için hazır olması önemlidir. Çocuk ve ebeveyn için genel bir tavsiye olarak, iki deneyimli araştırmacıların, laboratuvarda mevcut olmalıdır. Araştırmacı, ebeveyn ve çocuk arasında açık bir iletişim deneyinin başarısı için çok önemlidir.
Evre II: çocuk geldiğinde sonra
- Onam Formları imzalanmış ve deneyciler ebeveynlerin sorunuz varsa kontrol edilir.
- Çocuk, ilk toplantısında veya kitapçıklar tanıtılan tüm adımları hatırlar ve herhangi bir reintroduces hatırlamakla kalmayıp olduğunu, deneyci kontrol eder. Sayısallaştırma ve veri toplama sırasında hareket dondurma ya da en aza indirmek önemi vurgulandı. Bu bir kukla ile ortaya konabilir.
- Daha sonra, çocuk (glitter yamaları giysi, takı, cepler içinde unutulmuş oyuncak, saç tokası, vb) her türlü demir malzeme taşıyan ise deneyci kontrol eder. Demir malzeme içeren bir parça giysi taşıyorsanız, MEG güvenli bir giysi ile bunları sağlamak. Ebeveyn çocuk deney sırasında eşlik edecek isterse, biz de demir malzeme çıkarmak emin olun.
Evre III: çocuk MSR içindeki görevi gerçekleştirmek için hazırlanmak
- Deneyci 5 işaretleyici bobinleri tutan kap uyuyor.
- Deneyci marker bobinleri konumu ve çocuğun kafa şekli kutula. Sabit bir pozisyonda başlarını korumak için, biz üç alıcıları ile monte edilmiştir boyun ayraç kullanın. Düzenli olarak iyi bir kafa şekli elde etmek için, hareket veya 'dondurma' en aza indirmek fikrini pekiştirmek için önemlidir. Çocuk 'dondurma' iyi bir iş yapmak için bir etiket ile ödüllendirilir olabilir.
- Çocuk MSR girmek için davet edilir. Kulaklık eklenir ve çocuk yatar pozisyonda MEG Dewar kask konumlandırılmış.
- Çocuk MEG kask içinde başlarını rahatça uzanarak sonra, marker bobinleri kendi güç ünitesine bağlı ve MSR kapı kapalı. Bir deneyci tüm oturumu sırasında oda (ve istenirse aynı zamanda bir ebeveyn,) kalır.
- Kurulum sırasında ve veri toplama blokları arasındaki eğlence için, bir film ya da karikatür MSR arka projeksiyon ekranına yansıtılıyor olabilir.
Evre IV: Deney
- MSR kapı kapandıktan sonra, squids yapan ve veri toplama başlar.
- Çocuk bir film izler gibi, MEG sinyalleri sayısallaştırılmış kafa şekli coregistered olabilir emin olmak için bir coregistration ön test yapılır. Bu öntest MEG sistem tarafından gösterilen konumu ile sayısallaştırma sırasında elde edilen marker bobinler konumunu eşleşen oluşur.
- Çocuğun kafası doğru kask içine yerleştirilmiş olan bu ilk testi gösterir sonra, araştırmacı deney başlatmak: (a) filmi sessiz olan; "oyun oynamak" için hazır olmaları durumunda (b) araştırmacı çocuk sorar; (c) Oyun başladığında, deneyci düzenli geribildirim çocuk sağlar. Örneğin, bir çocuk, cümleler bir dizi dinlemek için ve kısa sürede bunu duymak gibi, 'peynir' gibi bir hedef kelimeyi tekrarlamak için istenebilir. Bu hedef kelimeleri yakalamak üç alt gömülüprob görev dikkati devam etti ama als son analizlerde dahil değildir.
- Görevi tamamladıktan sonra, bir başka işaretleyici bobin ölçümü, baş konumu ve hareketini izlemek için yapılır.
- Squids devreden sonra, MSR kapıyı açtı ve çocuk oyun odası, bunlar onların iyi bir iş için bir ödül seçebilirsiniz bir davet edilir.
3. Temsilcisi sonuçları
Laboratuvarımızda bir temsilci çalışması, çocuğun dil mantık gelişimini incelemek için bu protokolü kullanılır. 3-4 yıl arası Yirmi altı çocukta (ortalama yaş 4 yıl 5 ay) en az bir satın alma oturumuna katıldı. Bu çocukların Seventeen ikinci bir test oturumu için döndü ve beş üçüncü bir test oturumu için geldi. Ortalama baş hareketi 5mm eşik içinde de daha az 3.7 mm (SD 3.1 mm), oldu. 5 mm'den daha büyük Hareketleri varyasyon 5.5 mm den 15 mm (Ortalama = 8.6mm, sd = 2.5 mm) arasında değişen, oturumların% 4.5 oluştu.
Şekil 1 MSR ve MEG kask, çıkartmalar ve yumuşak oyuncaklar ile dekore edilmiştir .
Şekil 2 yetişkin ölçekli MEG (solda), dört yaşındaki bir kız . Başının üst kısmında hareket ve baş ve kask arasındaki mesafe en aza indirmek için dolgu unutmayın. Sağ resim çocuk MEG aynı kız gösterir.
Discussion
Bu protokol, uyanık sağlıklı ve 4 yaşındaki çocuklar bilişsel beyin fonksiyonu ölçümleri kolaylaştırmak için tasarlanmıştır. Biz okul öncesi çağındaki çocukların kafaları uyacak şekilde tasarlanmış özel boyutlu MEG sistemi kullanır. Bu sistem sayesinde, çocuk dostu bir laboratuvar ortamında, çocukların yetenekleri ve motivasyonları için uygun bir protokol, bir yaş aralığında çok az veri şu anda var olan bilişsel beyin fonksiyonu ölçmek mümkün.
KIT-Macquarie sistemi, okul öncesi çağındaki çocukların kullanımı için ölçekli tüm kafa sistemi özel. Özelleştirilmiş kask Dewar çocukların eğitimi için üç ana avantajı vardır. İlk olarak, sensör yapılandırma küçük bir yarıçap SQUID sensörleri çocuk s kafaları neuromagnetic sinyallerinin aralığı içine getiriyor. İkincisi, küçük kask Dewar içine bir çocuğun başının tam ekleme sağlar. Tam ekleme (Bkz. Şekil 2) çocuklarda mesafe omuz küçük taç yetişkin Dewar kask nedeniyle önlenmiş olur. Bu iki faktör neuromagnetic sinyaller mesafe ile hızla zayıflatır, çünkü beyin aktivitesini MEG kullanarak kayıt esastır. Üçüncüsü, özelleştirilmiş çocuk kask başın simetrik konumlandırma yardımcıları ve Dewar içinde çocuğun başını hareket özgürlüğünü sınırlar. Bu özellikler, kurulum, konumlandırma ve çocukların MEG sinyallerinin ölçümü önemli ölçüde kolaylaştırır.
Özel ölçekli çocuk MEG sisteminin gelişiyle bilişsel sinirbilim için önemli bir ilerlemedir. Radyofarmasötikler ya da güçlü manyetik alanlarda istihdam Alternatif işlevsel beyin görüntüleme teknikleri Küçük çocuklu rutin kullanımı için uygun olmayabilir. MEG tamamen pasif bir ölçüm tekniği olduğundan dokularda geliştirmek için hiçbir akla riski vardır. Geleneksel yetişkin MEG sistemleri çocuklarla birlikte kullanılan çok uygun değil, çünkü sağlıklı bir okul öncesi çağındaki çocukların çok az MEG veriler, şu anda vardır. Çocuk MEG sistemleri, kognitif fonksiyon normal ve patolojik gelişme yeni bir bakış açısı sağlayan, beyin aktivitesi dramatik bir yapılanma meydana yaşta beyin fonksiyonlarını incelemek için izin verecek.
Acknowledgments
Bu çalışma, Avustralya Araştırma Konseyi Bağlantı Altyapı Ekipmanları ve Tesisleri Hibe LEO668421 ve Avustralya Araştırma Konseyi Bağlantı Projesi Hibe LP0669471 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, Teknoloji ve Yokogawa Electric Corporation Kanazawa Enstitüsü işbirliği minnetle KIT-Macquarie Beyin Araştırmaları Laboratuvarı kurulması kabul etmiş sayılırsınız.
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).
