Exploring kognitiva funktioner hos Bebisar, Barn & Vuxna med nära infraröd spektroskopi

Del 1: Före deltagare anländer till labbet

1. Se till att rummet är fritt från främmande föremål som kan vara störande till deltagaren.
2. Set-up och last experimentella protokoll om fNIRS Hitachi ETG-4000-system.
3. Ställ upp din experimentella paradigm. Experimentell paradigm kan programmeras med olika presentation programvara, inklusive Eprime, Presentation, Psyscope eller en Matlab baserat psykologi verktygslåda. Här använder vi Matlab baserade psykologi verktygslåda.
4. Timing är viktig för analys av data, och därmed den experimentella paradigm måste vara helt tidsinställda med datainsamling. Den fNIRS Hitachi ETG-4000 har utlösande kapacitet, vilket möjliggör den experimentella paradigm för att utlösa den datainsamling eller vice versa. Test aktivering av presentationsprogram från fNIRS Hitachi ETG-4000. Utlösande kan göras med parallella, serier eller USB-portar. Här visar vi triggning via parallellporten.
5. Före start av fNIRS studien är det viktigt att genomföra screening deltagare bakgrund. I Petitto labbet, genomför vi bakgrunden screening genom att deltagarna eller deras föräldrar fylla i studie-lämpliga standardiserade frågeformulär ^29.

Deltagare Ankommer

6. Det är viktigt att genomföra sessionen och att behandla deltagarna på ett professionellt sätt. Deltagaren eller deltagarnas föräldrar / vårdnadshavare ska underteckna ett medgivande innan försöket börjar. Det är viktigt att tacka deltagarna för deras tid i dessa viktiga och spännande experiment.
7. Deltagaren sitter bekvämt nära fNIRS testning rummet. Ett spädbarn deltagare får sitta i förälderns knä.

Del 2: Placering Optodes & Använda 10-20 systemet

En annan komponent i analysen metod som möjliggör konsekvent tolkning av data är standardiseringen av fNIRS inspelning protokollet. Detta innebär optode placering, deltagare positionering och utlösning av stimulans presentationsprogram. Både noggrann neuro-anatomiska placering av sonder och bekräftelse av regioner av intresse (ROI) uppnås genom att använda 10-20 systemet ^3,4,30. Vidare var stereotaktisk lokalisering av sonden array bekräftade på deltagarens skallen genom att lägga 3D spåra information från en Polhemus Snabb Trak systemet på en anatomisk MRI co-registrering genomsökning av deltagare genomförts med E-vitamin kapslar placeras på varje sondplats ^3,4. Optimal deltagare positionering inblandade placera deltagare bekvämt i en liggande stol, med fiberoptik hänger löst utan kontakt med kroppen eller stol.

1. Följande huvudet mätningar görs med ett måttband och skrivit ner på deltagarna datablad:
   • Nasion att Inion runt
   • Nasion till Inions över toppen
   • Öra till öra över toppen
2. Kirurgisk tejp kan användas för att markera särskilda platser. I detta experiment kommer vi att märka Fp, T3/T4, F8/F7
3. Optode arrayer är placerade på deltagarnas huvudet med specifika optodes förankrade på 10-20 poäng enligt anvisningar från tillämpningen av experimentet.

Del 4: Testa Optode Array

1. Introduktion till Hitachi ETG-4000 GUI Interface och sond testning.
2. Test signalen: När optodes placeras på deltagarnas hårbotten, är signalkvaliteten testas. Om en optode inte har en tydlig signal, forskare bort försiktigt hår från anslutning av optode och hårbotten. Vid tillfälle optodes kan behöva torkas av med en alkoholservett.

Del 5: Köra experimentet.

1. Minst två praktiker måste alltid närvarande i rummet, en observera fNIRS Hitachi ETG-4000 realtid läsa upp och den andra observera deltagaren. Att ha en videokamera fokuserad på deltagare rekommenderas för post-hoc-observationer. En fördel med fNIRS Hitachi ETG-4000 är att video-och fNIRS signalen är synkroniseras och co-registrerade. En logg som innehåller all relevant information och filer som genereras hålls.
2. Det finns väl etablerade metoder för att bygga experimentella hemodynamiska paradigm, nämligen block design och Event-relaterade mönster. För en mer komplett beskrivning se den nyligen genomförda översynen papper ^31.

Del 6: Analys

När alla data har samlats in, är deltagaren tackade för sin tid och vilja att delta och lämnar labbet. Eftersom analysen inte görs på fNIRS Hitachi ETG-4000, som i stället är de data som exporteras till en analys dator.

1. Konvertering från μV till hemoglobinkoncentrationerna. Som råvara Dämpningsvärden samlas i dämpning av laser styrka (mätt i μV), måste dessa värden omvandlas till syresatt och syrefattigt hemoglobin värdefullaES. Detta görs med hjälp av den modifierade Beer-Lambert ekvation.
2. Tillämpningen av den modifierade Beer-Lambert sker i två steg. Under antagandet att spridningen är konstant över väglängd, först dämpning för varje våglängd (DA _{λ (t))} beräknas genom att jämföra den optiska tätheten av ljusintensitet under uppgiften (jag _uppgift) den beräknade baslinjen av signalen ( Jag _{utgångsvärdet).} Den DA värden för varje våglängd och provtas tidpunkt (t) för att lösa den modifierade Beer-Lambert ekvation.

   Ekvation 1

   Ekvation 2

λ ₁ ∈ _deoxy, λ ₁ ∈ _oxy, λ ₂ ∈ _deoxy och λ ₂ ∈ _oxy är konstanter för extinktionskoefficienterna som mäter den del av ljuset förlorade mot absorption per koncentration avståndet i vävnaden. Den resulterande C _deoxy och C _oxy värden är halterna av syrefattigt och syresatt hemoglobin för varje t.

Del 7: representativa resultat

Typiska hemodynamiska svar resulterar i flera olika egenskaper. I oxy-hemoglobin svar krävs det först en karakteristisk dopp. Denna dip uppstår som en region av nervceller aktiveras och utarmar syre. Som ökar blodflödet, transporterar syresatt hemoglobin, stiger oxy-hemoglobin svar snabbt över den första baslinjen nivåer för att en steady state nivå. När regionen inte längre är aktiverad sjunker oxy-hemoglobin svar sönderfall under de kommande 12-15 sekunder och långsamt tillbaka till basnivåer. Det finns ibland en undersväng som inträffar före den hemodynamiska svaret tillbaka till första basnivåer.

Dåliga resultat är oftast i form av optodes inte ordentligt i hårbotten eller överdriven rörelse. Dessa typer av buller - som kallas "Flatling" - är tydliga i signalen som den mikrovolt värden mätta och ett antal olika kanaler, både oxy-och deoxy respons flytta på ett samordnat sätt.

Demonstration: Skaka fiberoptik.

Statistiska analyser: De extraherade oxy och deoxy-hemoglobinvärden för varje kanal, för varje deltagare och för varje uppgift kan sedan lämnas till konventionell statistisk analys, inklusive t-test, ANOVAs, korrelationer etc.

I denna studie visade vi att använda en ny, icke-invasiva fNIRS brain imaging-teknik för att undersöka mänskliga hjärnans funktion i relation till människans kognition och perception. fNIRS hjärnavbildning kan representera framtiden för icke-invasiv hjärnröntgen, särskilt med spädbarn och barn populationer, som en dag kan bli brett tillgänglig i forskningslaboratorier, läkarmottagningar och i skolans system som möjliggör för läkare att tillämpa grundläggande vetenskapliga rön om hjärnan att deras kliniska praktik.