الترابط بين وظائف الدماغ القشرية وأداء عصبي خلال تغيير شروط الجاذبية

يطبق هذا الإجراء تقنية تسجيل مخطط كهربية الدماغ والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة لتحديد إلى أي مدى يرجع انخفاض الأداء العصبي المعرفي في انعدام الوزن إلى التأثيرات الأولية للتغيرات الديناميكية الدموية والقشرية الكهربائية أو إلى التأثيرات الثانوية المرتبطة بالإجهاد. يتم تحقيق ذلك من خلال مراقبة التغيرات في النشاط القشري الكهربائي للمشاركين أثناء رحلة مكافئة ، بما في ذلك مراحل الجاذبية الصغرى والجاذبية الصغرى والجاذبية الطبيعية. يمكن مراقبة التغيرات الديناميكية الدموية داخل الدماغ الأمامي بالتوازي باستخدام التحليل الطيفي أو الأعصاب بالأشعة تحت الحمراء القريبة.

يمكن بعد ذلك تحديد التغيرات في النشاط القشري للدماغ باستخدام التصوير المقطعي الكهرومغناطيسي. الخطوة الأخيرة هي ربط التغيرات القشرية الكهربائية والديناميكية الدموية. في النهاية ، تظهر النتائج أن التغيرات الديناميكية الدموية بسبب ظروف الجاذبية المتغيرة ترتبط بالتغيرات في الوظيفة القشرية الكهربائية.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي أو التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، هي أن التصوير الكهربائي جنبا إلى جنب مع التصوير المقطعي الكهربائي والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة ممكن أثناء البيئات القاسية مثل الرحلات المكافئة أو الرحلات الفضائية مع انعدام الوزن HyperV والأحمال المحدودة والمساحة المحدودة ، ويسمح بقياس وربط التغيرات في النشاط الكهربائي العصبي وتغيرات القتل الدموي داخل الدماغ. تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الفيزيولوجيا العصبية وأبحاث الفضاء ، مثل ظروف الجاذبية المتغيرة التي تؤدي إلى تغيرات في الديناميكا الدموية والقشرية الكهربائية. يساعد في الإجابة عن مكان حدوث هذه التغييرات في الدماغ بالضبط وما هي عواقب هذه التغييرات.

بمجرد أن نحدد العمليات الفيزيولوجية العصبية الأساسية ، بمجرد أن نحدد ما يحدث لوظيفة الدماغ القشرية وديناميكا الدم أثناء وجودنا في الفضاء ، بينما نكون في حالة انعدام الوزن ، يمكننا تطوير تدابير مضادة محددة لتحسين جودة الحياة ونجاح المهمة وسلامة المهمة. لذلك يمكن أن توفر هذه الطريقة رؤى حول آليات عمل الدماغ ، أو يمكن تطبيقها أيضا على أنظمة أخرى مثل الإعاقات العصبية للمرضى العصبيين ، أو الفكرة الأساسية لكيفية عمل دماغنا. خطرت لنا فكرة هذا البحث لأول مرة عندما سمعنا عن التناقص العصبي المعرفي من رواد الفضاء الذين يعيشون في الفضاء.

يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية لأنه من الصعب معرفة خطوات التحليل نظرا لوجود العديد من الطرق لمعالجة البيانات وتحليلها قبل ساعة إلى ساعتين من الرحلة. يتم نقل المشاركين إلى غرفة في المطار للتحضير للتجارب. أولا ، يتم قياس محيط رأسهم وتنظيف فروة رأسهم بحيث يمكن وضع غطاء مخطط كهربية الدماغ مع ممرضة أوبتوس مدمجة وجهاز استقبال على رأس المشارك.

الخطوة التالية هي تحديد مواضع القطبين FP واحد و FP اثنين. أولا ، يتم قياس المسافة بين nasn و inion بعد ذلك على مسافة ، واحد من 10 الطريق بين Sian و inion. بدءا من السيان ، يتم عمل علامتين على يسار ويمين خط الوسط على مسافة تساوي 20 محيط الرأس.

يحتوي الغطاء على الأقطاب الكهربائية التي سيتم توصيلها بفروة الرأس ويضمن الموضع الصحيح لأجهزة الاستشعار. يتم اختيار غطاء مخطط كهربية الدماغ المناسب لحجم رأس المشارك. بعد ذلك ، يتم سحب الغطاء.

يتم فحص رأس المشارك وموضعه. يجب أن يكون قطب تشيكوسلوفاكيا على الرأس و FP واحد و FP اثنين ، ويجب أن تكون الأقطاب O one و O2 أفقية وعلى العلامات ، يتم تثبيت حزام الذقن لضمان بقاء الغطاء في وضع متماثل ومناسب. بعد ذلك ، يتم وضع قطب معدل ضربات القلب للقيام بذلك ، ويمكن استخدام قطب مخطط كهربية الدماغ ووضع المستشعر على صدر المشارك.

الآن يتم تقليل مقاومة الأقطاب الكهربائية وفحص توصيل الإشارة. يحتوي كل قطب كهربائي على مصابيح LED ، والتي ستقرأ عند بدء قياس المعاوقة. يتم تحريك الشعر بعيدا عن طرف القطب بإبرة غير حادة ، ويتم حقن الجل بين طرف القطب وسطح الجلد ، بدءا من الأقطاب المرجعية والأرضية.

أثناء حقن الجل ، سيتغير لون مصابيح LED مع انخفاض المقاومة ، بحيث يصبح اللون الأحمر الأولي أصفر أولا ثم أخضر. نظرا لأن قيمة المعاوقة المستهدفة تتحقق عند 25 كيلو أوم ، فإن فعل الأقطاب الكهربائية سيوفر إشارة جيدة إلى نسبة الضوضاء عند أو أقل من هذه القيمة المستهدفة. يتم تكرار هذا الإجراء لجميع أقطاب الغطاء.

بمجرد تحضير غطاء القطب الكهربائي لكلا المشاركين ، يتم إعطاء المشاركين تعليمات حول تفاصيل الرحلة المكافئة والجدول الزمني التجريبي الذي سيتم اتباعه. يتم تقديم نظرة عامة تخطيطية على القطع المكافئ من صفر إلى 30 والمهام التي يتعين القيام بها للمشاركين. أيضا ، تتم مراجعة الإعلانات الشفهية التي توضح بالتفصيل متى وكيف تبدأ الاختبارات وإيقافها.

أخيرا ، يتم إحضار المشاركين إلى الطائرة للتحضير على متن الرحلة. بمجرد الصعود على متن الطائرة ، يجلس المشاركون بجانب بعضهم البعض في الإعداد التجريبي ، ويتم تثبيت أحزمة الأمان بشكل فضفاض. يتم توصيل كبلات EEG بصندوق التحكم في القطب الكهربائي ويتم توصيل صندوق التحكم في القطب بمكبر الصوت.

بعد ذلك ، يتم تثبيت OIDs والأعصاب وجهاز الاستقبال في حامل OID في غطاء EEG. في هذه المرحلة ، يتم بدء تشغيل وحدة EEG NERS. هذا يتحكم في الاتصال وجودة الإشارة.

ثم يتم تشغيل الأعصاب وبرنامج مخطط كهربية الدماغ ومساحة عمل للتسجيل. يتم فتح البيانات. ثم يتم إدخال اسم الملف وتردد التسجيل والمونتاج.

إذا كانت أي إشارات دون المستوى الأمثل. يتم إعادة ضبط قيم المعاوقة لمخطط كهربية الدماغ أو قيم DAQ للأعصاب أو حقن المزيد من الهلام حسب الحاجة. في هذه المرحلة ، يبدأ تسجيل مخطط كهربية الدماغ والإشارة العصبية ويتم جمع قياسات حالة الراحة.

ليس لدى المشاركين أي مهام في هذه المرحلة ، ولكن يجب أن يظلوا مسترخيين ويبقوا أعينهم مغلقة. يتم إيقاف التسجيل بعد ثلاث دقائق. بعد فترة الراحة ، سيقوم المشاركون بإجراء اختبار أساسي لتحدي السبورة المعرفية.

أخيرا ، يتم إيقاف تشغيل جميع الأجهزة وفصل صندوق التحكم في قطب مخطط كهربية الدماغ بالإضافة إلى optos وجهاز الاستقبال. يتم تخزين جميع المعدات ، بما في ذلك الكاميرا وأجهزة iPhone في حجرة للتحضير للإقلاع لبدء التجارب أثناء الطيران. بمجرد أن تصل الطائرة إلى ارتفاع الإبحار ، فإن الخطوة الأولى هي تركيب كاميرا الفيديو على الدرابزين ، ثم بدء تسجيل الفيديو.

بعد ذلك ، يتم وضع المشاركين في مقاعدهم ويتم تثبيت أحزمة الأمان بشكل فضفاض. يجب أن يظل المشاركون جالسين على الأقل من القطع المكافئ من صفر إلى 25. يتم إرفاق أجهزة iPhone بالجزء العلوي من الساق للمشاركين باستخدام الفيلكرو.

الآن ، يتم توصيل صندوق التحكم في قطب EEG ويتم تثبيت الأبطال العصبية وجهاز الاستقبال في حامل opto في الغطاء. يتم بدء تشغيل وحدة مخطط كهربية الدماغ والأعصاب ويتم التحقق من جودة إشارة عصبية مخطط كهربية الدماغ عن طريق التحقق من مقاومة مخطط كهربية الدماغ وقيم NS DAQ. يتم إجراء تسجيل الراحة لمدة ثلاث دقائق.

سيتم استخدام القطع المكافئ الأول ، المعين قطع مكافئ صفر ، للسماح للمشاركين بالتكيف مع الإجراء والتغيير في ظروف الجاذبية. ثم أثناء القطع المكافئ من واحد إلى 10 ، يتم تسجيل ممرضة مخطط كهربية الدماغ في حالة الراحة فقط بينما يجلس المشاركون بهدوء في مقاعدهم وأعينهم مغلقة. بعد ذلك ، يتم إعداد المشاركين للمهام المعرفية التي سيتم إجراؤها خلال كتلتين من خمس قطع مكافئ.

يتم التحكم في التسجيل من قبل المشغل الذي يعطي التعليمات للمشاركين ويحفظ أيضا نتائج الاختبارات المعرفية والأوقات. في مهمة المعالجة المعرفية هذه ، يحدد المشارك أي جانب من المعادلة أكبر من السرعة والدقة الأخرى للمشارك. يتم تسجيل الاستجابة بواسطة البرنامج ، ويتم إعطاء درجة عالية نهائية ، اعتمادا على الدقة والسرعة وأعلى مستوى وصل إليه المشارك خلال القطع المكافئ من 11 إلى 15.

سيقوم المشارك الأول بهذه المهمة في صفر G والمشارك في G واحد ، ثم خلال القطع المكافئ من 16 إلى 20 ، سيقوم المشارك الأول بهذه المهمة في G واحد والمشارك الثاني في صفر G من حين لآخر. يتم تسجيل قياسات الراحة أثناء التسلسل المكافئ وكذلك قبل القطع المكافئ الأول وبعده. يمكن استخدام آخر 10 قطع مكافئ في حالة الحاجة إلى تكرار أي قياسات أو تجارب سابقة.

بمجرد العودة إلى الأرض ، يسمح للمشاركين والمشغل بمغادرة الطائرة مؤقتا قبل العودة إلى الإعداد التجريبي وإعداد كل شيء لقياسات ما بعد. في هذا الوقت ، تتكرر قياسات ممرضة مخطط كهربية الدماغ في حالة الراحة. بمجرد اكتمال كل التسجيل وإزالة الغطاء من المشارك ، تنتهي التجربة باستخدام التصوير المقطعي الكهرومغناطيسي للدماغ منخفض الدقة أو لوريتا.

من الممكن تحديد التغيرات الفردية في النشاط القشري الأمامي للدماغ. بالنسبة للمشارك الأول ، تم توطين التغيير الذي حدث بعد 2000 مللي ثانية من بداية الجاذبية الصغرى في منطقة برودمان التاسعة ، والتي تنتمي إلى قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية. تلعب هذه المنطقة دورا مهما في تكامل المعلومات الحسية والذاكرية في سياق تنظيم وتنظيم تخطيط السيارات.

بالنسبة للمشارك الثاني ، يمكن ترجمة هذه التغييرات إلى منطقة برودمان التاسعة وأيضا في منطقة برودمان السادسة ، القشرة قبل الحركية ، المعروفة بدورها في التنظيم الحسي في سياق استقرار الجسم. يظهر هذا التتبع التالي التحليل الطيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء في منطقة الدماغ الأمامية. يشير المنحنى الأسود إلى مستوى G.

الخلفية الصفراء إلى الجاذبية الطبيعية. تشير الخلفية الزرقاء إلى الجاذبية المفرطة والخلفية الوردية تشير إلى الجاذبية الصغرى كما هو متوقع. هناك انخفاض في الدم المؤكسج كما يتضح من الأثر الأحمر في مرحلة الجاذبية الصغرى ، يليه زيادة في الدم المؤكسج في مرحلة الجاذبية الصغرى.

تظهر نتائج مماثلة في هذا الشكل من مشارك آخر. ومن المثير للاهتمام ، أن كمية الدم غير المؤكسج كما هو موضح في الأثر الأزرق ، لم تظهر أي سلوك ثابت لمرحلة HyperV الأولى أو مرحلة انعدام الوزن ، ولكن في كلا الموضوعين أظهرت انخفاضا في مرحلة HyperV الثانية. يوضح هذا الشكل المهمة المعرفية لشخصين لثلاث نقاط قياس أثناء التدريب ، والتي تم قياسها قبل الرحلة بصفر Gs ، والتي تم قياسها أثناء الرحلة ، وعند G واحد تم قياسها أيضا أثناء الرحلة.

تختلف الدرجات بين الأشخاص ، مما يشير إلى أن التخفيضات العصبية المعرفية التي تم الإبلاغ عنها سابقا أثناء الرحلات المكافئة ترجع على الأرجح إلى ردود فعل الإجهاد الفردية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تطبيق تقنية e و e و g والركبتين المدمجة ، وكذلك كيفية مراقبة النشاط القشري الكهربائي والتغيرات الديناميكية الدموية بالتوازي. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم التحقق من جودة الإشارة ومراقبة سلوك الأشخاص.

قد تمهد هذه التقنيات الطريق للباحثين المهتمين بوظيفة قشرة الدماغ واستكشاف تأثيرات الجاذبية الصغرى على وظيفة قشرة الدماغ ، وبمجرد تحديد هذه الآليات ، قد يساعد ذلك المرضى ورواد الفضاء وكذلك الأشخاص العاديين.