儿童使用功能经颅多普勒超声评估大脑偏侧（fTCD）
September 27th, 2010
功能经颅多普勒超声（fTCD）是一个简单的和非侵入性超声技术可用于评估认知功能，特别是语言的不对称性，是适合与儿童使用。
该程序的总体目标是使用儿童友好程序确定大脑中语言的功能偏侧化。这是通过首先将超声探头应用于头部以监测大脑中动脉流向每个大脑半球的血流速率来实现的。该程序的第二步是在参与者执行语言任务时监测血流。
该程序的第三步是在执行语言任务的感兴趣时间段内从左半球和右半球提取平均多普勒信号。该过程的最后一步是检查左右激活的差异以提取偏侧性指数。正值表示左偏侧化，负值表示右偏侧化。
最终，可以获得可用于比较不同年龄儿童或有和没有发育障碍的群体的大脑偏侧化的结果。与现有方法（例如功能性磁共振成像）相比，该技术的主要优点是参与者不必保持静止，并且该方法相对便宜且便携。演示该程序的是 Georgina Holt 和 Nick Badcock，他们是我实验室的研究助理和博士后。
本视频将演示使用功能性经颅多普勒超声 FTCD 来评估儿童的语言偏侧化。该系统由一个带有连接到耳机的超声探头的多 DOPP、一个用于向受试者显示视频的刺激计算机和一个用于听觉反应的录音机组成，在参与者到达之前设置多动作。按照随附的文本和产品手册中的说明检查所有连接，检查是否设置了限制，以确保使用适当级别的超声。
在开始会话之前，重要的是要检查孩子是否需要舒适地使用马桶座圈，因为会话持续 20 到 30 分钟，粗大运动会干扰多普勒信号。使用玩具动物为参与者演示多普勒耳机。确保孩子乐于戴上耳机并舒适、牢固地放置它。
在准备超声探头时，将 multi do 系统切换到暂停状态。用大量的超声凝胶覆盖每个探头，以便在孩子观看 A DVD 位置时保持探头和皮肤之间的最佳接触。凝胶覆盖了头部两侧颅骨颞窗处的探针。
就在骨头最薄的耳朵前方。启动 multi dopp，调整探针的位置以吟诵大脑中动脉。令人满意的信号具有独特的声音和视觉模式。
这是探针位置不正确的视觉图案示例。请注意，没有声音。这就是特点。
正确定位的探头发出受试者心跳的低沉嗖嗖声。尽可能降低功率，必要时增加增益，同时保持良好的信号。一旦两条大脑中动脉的信号都令人满意，就调低多的听觉输出，使用静态图片向孩子解释三步程序。
好的，当我们看了一点视频后，你会看到一个这样的符号。你知道那是什么吗？问号？
是的，当你看到问号时，我希望你告诉我视频中发生了什么，这样你就可以尽可能多地告诉我企鹅在做什么，它们在玩什么，它们在吃什么，任何你喜欢的事情。然后，当你把视频中发生的事情告诉我时，你会看到一个男孩走的照片，嘘。当你看到这一点时，我希望你保持安静，不要再说话了，不要再告诉我了。好。
然后稍等片刻，然后视频就会重新打开。启动录制设备并开始。如果一名实验者负责让孩子完成任务并记录他们所说的话，则试验测试效果最好。
那次比赛发生了什么？他戴上女朋友的帽子出门了。非常好。
他的帽子和围巾是什么颜色的？很好。干的好。
一秒钟。实验者应监控 multi do 以确保保持合适的信号。如果信号明显中断，请暂停显示计算机并重新调整探针，必要时应用更多凝胶。
监控孩子的行为，确保他们感到舒适和放松。下面是一个 Trial 的示例。刺激计算机上的程序保持事件的准确计时，并向多普勒数据文件发送标记脉冲以指示语言激活期的开始。
对于儿童的这项手术，我们记录了 30 次试验。我们建议至少进行 20 次试验，以便准确估计偏侧化。实验程序完成后，停止多路记录并取下探针。
使用纸巾去除参与者身上多余的凝胶。给孩子一份零食，以感谢他们的参与。这是原始血流速度的干净数据记录。
在一项实验试验中，每个可见脉冲对应于一个心跳。指示刺激开始的事件标记显示为绿色。在这里，您可以看到当信号较差和间歇性丢失时，实验会话的一部分数据记录。
这些部分将通过 artifact rejection 过程自动从记录中删除。此图显示了左通道在 EPOCH 上的平均信号，以及所有可接受试验中右通道的平均信号。对于一组参与者，语言激活期为绿色阴影。
此面板显示多普勒速度的左减去右差。用于偏侧度计算的感兴趣周期也用绿色表示。差速周围的灰色阴影区域表示掌握时平均值的标准误差。
如果在开发后正确完成，该技术可以在大约 30 分钟内应用。这项技术为发育神经心理学的研究人员探索学龄前儿童的脑偏侧化铺平了道路。
概述
功能性经颅多普勒超声（fTCD）是一种用于评估儿童认知功能侧化，特别是语言侧化的非侵入性超声技术。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 儿童发展
- 认知心理学
背景
- fTCD测量大脑中动脉的血流。
- 它允许以儿童友好的方式评估语言侧化。
- 该技术便携且比fMRI更便宜。
- 它适用于儿童，这些儿童可能在其他成像技术中难以保持静止。
研究目的
- 确定大脑中语言的功能侧化。
- 比较不同年龄段儿童的大脑侧化。
- 评估有发育障碍和无发育障碍组之间的侧化差异。
使用的方法
- 超声探头被应用于头部以监测血流。
- 参与者在监测血流的同时进行语言任务。
- 从两个半球提取平均多普勒信号。
- 基于激活差异计算侧化指数。
主要结果
- 正值表示左侧化；负值表示右侧化。
- 数据可用于分析不同年龄段的语言侧化。
- 即使对于可能不太合作的儿童参与者，结果也是可靠的。
- 伪影排除程序提高了数据质量。
结论
- fTCD是评估儿童语言侧化的有效工具。
- 该方法因其非侵入性和易用性而具有优势。
- 它为认知发展和障碍提供了宝贵的见解。
常见问题
Executive Industry Relevance
Assessing cerebral lateralization in children supports early identification of neurodevelopmental risk and informs target validation for cognitive therapeutics. Functional transcranial Doppler ultrasound (fTCD) provides a portable, cost-effective method to measure language-related brain activity without requiring participant stillness, enabling scalable screening in pediatric populations. This approach enhances predictive confidence in preclinical models by linking functional brain asymmetry to behavioral outcomes in developmental disorders.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of language lateralization as a biomarker for neurodevelopmental target engagement.
- Operational Value: Supports high-throughput screening of cognitive phenotypes in children due to portability and tolerance of movement.
- Predictive Value: Laterality index derived from middle cerebral artery blood flow differences provides quantitative readout for target modulation studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Picture-description task allows assessment of implicit speech production, expanding applicability to pre-literate children.
- Operational Value: Artifact rejection protocols ensure data quality despite gross motor interference, improving assay robustness.
- Scalability: Standardized 30-trial protocol with minimum 20-trial threshold enables reliable laterality estimation across sites.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Facilitates comparison of language lateralization across age groups and between neurotypical and developmentally disordered cohorts.
- Mechanistic De-risking: Laterality index (left minus right Doppler velocity) offers objective, lateralized functional readout to de-risk target hypotheses.
- Predictive Confidence: Correlation with established lateralization methods supports validity for use in preclinical-to-clinical translation.
Pipeline & Workflow Integration
fTCD fits within the discovery continuum from early target validation through preclinical phenotypic screening, particularly for cognitive and neurodevelopmental programs.
- Discovery Biology: Measures functional brain activation during language tasks to clarify laterality of cognitive networks.
- Screening: Enables reproducible, quantitative assessment of language lateralization in pediatric populations for biomarker screening.
- Analytics: Laterality index calculation provides a normalized, comparable metric for group differences and treatment effects.
- Translational Research: Supports longitudinal tracking of cerebral lateralization development in children, aligning with preclinical biomarker qualification.
- Enterprise Reuse: Portable setup allows deployment across clinical sites and longitudinal studies without revalidation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in language lateralization by providing direct, real-time hemodynamic correlates of cognitive function.
- Operational Value: Non-invasive, low-cost, and portable design minimizes infrastructure burden and enables decentralized data collection.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in neurodevelopmental drug programs by validating target engagement via functional brain asymmetry.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on measurable effects on cerebral lateralization in pediatric models.
Implementation Considerations
- Training in ultrasound probe placement at temporal windows to ensure insonation of the middle cerebral artery.
- Requirement for multi-DOP system with dual-channel Doppler capability and artifact rejection software.
- Standardization of language activation tasks (e.g., picture description) across operators and sites.
- Adaptation considerations for younger children or those with limited verbal output, including use of engaging video-based stimuli.
- Need for behavioral monitoring to maintain task compliance and signal integrity during sessions.
