Explorando Funções Cognitivas em Bebés, Crianças e Adultos com Espectroscopia no Infravermelho Próximo

Parte 1: Antes de participante chegar ao laboratório

1. Assegurar que a sala está livre de artigos estranhos que podem ser uma distração para o participante.
2. Set-up e carregar protocolo experimental sobre a Hitachi fNIRS sistema ETG-4000.
3. Set-up seu paradigma experimental. Paradigmas experimentais pode ser programado com software de apresentação diferente, incluindo Eprime, Apresentação Psyscope, ou uma caixa de ferramentas Matlab psicologia baseada. Aqui usamos Matlab toolbox psicologia baseada.
4. Momento é chave para a análise de dados, assim, o paradigma experimental devem estar perfeitamente sincronizada com a coleta de dados. A Hitachi fNIRS ETG-4000 tem capacidade de disparo, permitindo o paradigma experimental para acionar a coleta de dados ou vice-versa. Teste de disparo do programa de apresentação de fNIRS Hitachi ETG-4000. Disparo pode ser feito usando paralelas, folhetins, ou portas USB. Aqui nós mostramos provocando via porta paralela.
5. Antes de iniciar o estudo fNIRS é importante a realização de seleção do fundo participante. No laboratório Petitto, realizamos seleção do fundo, tendo os participantes ou seus pais preencher estudo apropriado questionários padronizados ^29.

Chega participante

6. É importante realizar a sessão e para tratar os participantes de uma forma profissional. O participante ou os pais dos participantes / representantes legais devem assinar um termo de consentimento antes do experimento começa. É vital para agradecer o participante para o seu tempo nestas experiências importantes e emocionantes.
7. O participante está sentado confortavelmente perto da sala de ensaios fNIRS. Um participante bebê pode estar sentado no colo de um pai.

Parte 2: Colocar Optodes & Usando o sistema 10-20

Outro componente do método de análise que permite a interpretação de dados consistente é a padronização de protocolo fNIRS gravação. Isso implica a colocação optode, posicionamento participante e desencadeamento de software apresentação do estímulo. Tanto a colocação de neuro-anatômicas precisas de sondas e da confirmação de regiões de interesse (ROIs) são obtidos utilizando o sistema 20/10 ^3,4,30. Além disso, a localização estereotáxica da matriz sonda foi confirmado no crânio do participante através da sobreposição de informações de rastreamento 3D a partir de um sistema Polhemus trak rápido para um anatômicas scan co-registro de ressonância magnética do participante realizada com cápsulas de vitamina E colocados em cada local da sonda de ^3,4. posicionamento participante ideal consistia em colocar os participantes confortavelmente em uma cadeira reclinável, com fibra ótica soltos, sem contato com o corpo ou cadeira.

1. As medições cabeça seguintes são tomadas com uma fita métrica e escrito na folha de dados participantes:
   • Násio ao redor ínion
   • Násio para Inions por cima
   • Orelha a orelha por cima
2. Fita cirúrgica pode ser usado para marcar locais de destino específico. Neste experimento vamos marcar Fp, T3/T4, F8/F7
3. Arrays optode são colocados na cabeça dos participantes com optodes específicas ancorada em 20/10 pontos como dirigido pelos propósitos do experimento.

Parte 4: Testando a matriz optode

1. Introdução à interface GUI Hitachi ETG-4000 e testes de sonda.
2. Teste do sinal: optodes Uma vez são colocados no couro cabeludo dos participantes, a qualidade do sinal é testado. Se um optode não tem um sinal claro, os pesquisadores remover suavemente o cabelo a partir da conexão do optode e do couro cabeludo. Na ocasião, o optodes pode precisar de ser limpo com um algodão embebido em álcool.

Parte 5: A execução do experimento.

1. Pelo menos dois experimentadores deve estar sempre presente na sala, um observando o Hitachi fNIRS ETG-4000 em tempo real lido e os outros observando o participante. Ter uma câmera de vídeo focado em participante é altamente recomendado para post-hoc observações. Uma vantagem da Hitachi fNIRS ETG-4000 é que o sinal de vídeo e fNIRS são sincronizados e co-registrados. Um log contendo todas as informações e arquivos gerados é mantida.
2. Há bem estabelecidos métodos de construção de paradigmas experimentais hemodinâmica, ou seja, Bloco de design e eventos relacionados com projetos. Para uma descrição mais completa veja o artigo de revisão recente ^31.

Parte 6: Análise

Depois de todos os dados foram coletados, o participante é agradeceu por seu tempo e vontade de participar e deixa o laboratório. Como a análise não é feita no Hitachi fNIRS ETG-4000, como, em vez disso, os dados são exportados para um computador de análise.

1. Conversão de mV para concentrações de hemoglobina. Como valores de atenuação-primas são coletados na atenuação da força laser (medida em mV), esses valores devem ser convertidos para oxigenado e desoxigenado hemoglobina values. Isso é feito usando a equação modificada Beer-Lambert.
2. A aplicação da modificação Beer-Lambert é realizado em duas etapas. Sob a suposição de que a dispersão é constante ao longo do comprimento do caminho, primeiro a atenuação para cada comprimento de onda (ΔA _{λ (t))} é calculado através da comparação da densidade óptica de intensidade de luz durante a tarefa _(tarefa I) para a linha de base calculada do sinal ( Eu _{linha de base).} Os valores de ΔA para cada comprimento de onda e tempo de amostragem (t) para resolver a equação modificada Beer-Lambert.

   Equação 1

   Equação 2

λ ∈ _{um desoxi,} λ ∈ _{um oxi,} λ ₂ e λ ∈ _{desoxi 2} ∈ _oxi são as constantes para os coeficientes de extinção que medem a fração da luz perdeu a absorção por unidade de distância de concentração no tecido. O _desoxi C e os valores resultantes _oxi C são as concentrações de hemoglobina desoxigenada e oxigenado para cada t.

Parte 7: Resultados Representante

Típico resultados hemodinâmicos de resposta em várias características distintas. Na resposta oxi-hemoglobina, há primeiro um mergulho característica. Este mergulho ocorre como uma região de neurônios ativa e esgota o oxigênio disponível. À medida que aumenta o fluxo sanguíneo, levando hemoglobina oxigenada, a resposta oxi-hemoglobina aumenta rapidamente acima dos níveis basais iniciais para um nível de estado estacionário. Quando a região não está sendo ativado, o decai oxi-hemoglobina resposta nos próximos 12-15 segundos e lentamente cai de volta aos níveis basais. Há ocasionalmente um undershoot que ocorre antes da resposta hemodinâmica retornando aos níveis basais iniciais.

Maus resultados são geralmente na forma de optodes não devidamente sentado no couro cabeludo ou movimento excessivo. Estes tipos de ruído - chamado "Flatling '- são evidentes no sinal de como os valores microvolt saturar e um número de canais diferentes, move tanto oxi e desoxi-resposta de forma coordenada.

DEMONSTRAÇÃO: Agitando a fibra óptica.

Análises estatísticas: Os oxi extraído e desoxi-hemoglobina valores para cada canal, para cada participante e para cada tarefa pode então ser submetidos à análise estatística convencional, incluindo os testes t, ANOVAs, correlações etc

Neste estudo, demonstramos o uso de um romance não-invasivo fNIRS, a tecnologia de imagens cerebrais para investigar o funcionamento do cérebro humano em relação à cognição humana e percepção. fNIRS imagens do cérebro pode representar o futuro da não-invasivo de imagens cerebrais, particularmente com bebês e crianças populações, que podem um dia estar amplamente disponível em laboratórios de pesquisa, consultórios médicos, e nos sistemas de ensino permitindo que os médicos para aplicar os conhecimentos científicos sobre o cérebro a sua prática clínica.