Methodenartikel

Neuroimaging Feldmethoden mit funktionalen in der Nähe von Infrarot-Spektroskopie (NIRS) Neuroimaging, globale Kindesentwicklung zu studieren: ländliche Subsahara-Afrika

DOI:

10.3791/57165

⸱

2. Februar 2018

 , 
1Linguistics and Cognitive Science Department, University of Delaware, 2Haskins Laboratories, 3Centre de Recherche et d'Action pour la Paix

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Tragbare Neuroimaging Ansätze (funktionelle Nah Infrarot-Spektroskopie) bieten Fortschritte in der Erforschung des Gehirns in bisher unzugängliche Regionen; hier, ländlichen Côte d ' Ivoire. Innovation in Methoden und Entwicklung der kulturell angemessen Neuroimaging Protokolle ermöglicht neuartige Studie der Entwicklung des Gehirns und Kinder-Lernergebnisse in Umgebungen mit erheblichen Armut und Not.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tragbare Neuroimaging Ansätze bieten neue Forderungen an die Untersuchung der Funktion des Gehirns und Gehirnentwicklung mit bisher unzugänglichen Bevölkerung und an remote-Standorten. Dieses Papier zeigt die Entwicklung der Bereich funktionelle Nah Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) Bildgebung für die Untersuchung von Kind Sprache, lesen und kognitive Entwicklung ländlichen Dorf inmitten der Côte d ' Ivoire. Innovation in Methoden und die Entwicklung der kulturell angemessene Neuroimaging Protokolle erlauben einen ersten Blick in der Gehirnentwicklung und Kinder-Lernergebnisse erforschten Umgebungen. Dieses Papier zeigt Protokolle für den Transport und Aufbau eines mobilen Labors diskutiert Überlegungen für Feld versus Labor Neuroimaging und präsentiert ein Leitfaden für die Entwicklung von Neuroimaging Zustimmung Verfahren und Gebäude sinnvolle langfristige Kooperationen mit lokalen Partnern für Politik und Wissenschaft. Tragbare Neuroimaging Methoden können verwendet werden, um komplexe Kind Entwicklung zusammenhängen, einschließlich der Auswirkungen von erheblichen Armut und Not auf die Entwicklung des Gehirns zu studieren. Die hier vorgestellten Protokoll wurde entwickelt für den Einsatz in Côte d ' Ivoire, primäre Quelle der Welt des Kakaos, und wo Berichte des Kindes in die Kakaowirtschaft Arbeiten sind häufig. Dennoch ist wenig bekannt über die Auswirkungen von Kinderarbeit auf die Entwicklung des Gehirns und des Lernens. Neuroimaging Feldmethoden haben das Potenzial, neue Einblicke in diese dringenden Fragen und die Entwicklung von Kindern weltweit zu liefern.

Einleitung

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Tragbare fNIRS Bildgebung bietet die Möglichkeit, die Funktion des Gehirns und Entwicklung außerhalb des Labors, in bisher unzugängliche Einstellungen oder mit erforschten Populationen zu studieren. Viel von dem Wissen im Bereich der kognitiven Neurowissenschaften stammt aus bildgebenden Verfahren in der Universität oder Krankenhaus Labor Einstellungen in vorwiegend westlichen Ländern durchgeführt. Durch Design, dies trägt zu einem Problem selten gesprochen-der in der Forschung: vieles von dem, was über das Gehirn bekannt basiert auf Studien mit Teilnehmern, die für die Labor-Einstellungen in den (meist) westlichen Ländern zugänglich sind. Das heißt, beinhaltet die meisten Neuroimaging Forschung Teilnehmer, die Leben in Nähe zu einem Neuroimaging-Labor und haben die Zeit und die notwendigen Ressourcen, um an einer Studie teilzunehmen. Als Disziplin, kognitive Neurowissenschaft soll verstehen, das Gehirn und die Faktoren, die seine Entwicklung prägen – einschließlich der mächtigen Wirkungen der Umgebung des Kindes und ihre Leben Erfahrungen1,2,3. Methoden, die vorher die Feldkapazität Entwicklung in eine umfassendere Palette der menschlichen Erfahrung zu studieren können dramatisch voraus das Verständnis der komplexen Beziehung zwischen Gehirnentwicklung und die Lebenserfahrungen, die sie gestalten.

Dieser Beitrag stellt ein Protokoll für Feld Neuroimaging, die für den Einsatz in Sub-Sahara Afrika, speziell südlichen Côte d ' Ivoire entwickelt wurde. Dieses Feld Neuroimaging Forschungsprogramm zielte auf die Entwicklung der Kinder lesen in einer Umgebung mit einer risikoreichen des Analphabetismus zu verstehen. Côte d ' Ivoire Jugend (15-24 Jahre) Bildungsgradrate ist 53 %, trotz 93 % Grundschule Anmeldung Preise4. Côte d ' Ivoire ist primäre Quelle der Welt des Kakaos und gibt eine geschätzte 1,3 Millionen Kinder-Arbeiter in den Kakao landwirtschaftlichen Sektor5. Dennoch ist wenig bekannt über die Auswirkungen von Kinderarbeit auf Gehirnentwicklung und lernen, speziell, lesen zu lernen. Anwendung der neuesten Werkzeuge der kognitiven Neurowissenschaften, d. h. tragbare Neuroimaging Methoden kann wertvolle Einblicke in die Kinder Lernergebnisse erzielt werden. Beispielsweise kann Feld Neuroimaging mit fNIRS ermöglichen die Identifizierung von Entwicklungsstörungen Zeiten, in denen gezielte pädagogische Programme oder Interventionen möglicherweise maximale Auswirkungen auf Kinder Lernergebnisse.

fNIRS Neuroimaging eignet sich gut für Feldforschung. Ähnlich wie bei der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT), fNIRS misst das Gehirn hämodynamische Antwort6. FNIRS verwendet jedoch eine Reihe von Licht emittierenden Optodes und Licht-Detektoren, anstatt erzeugen elektromagnetische Felder. Es gibt keine Beschränkungen auf Metall in oder in der Nähe des Tests, und keine elektrische Abschirmung ist notwendig, wie im Fall für Elektroenzephalographie (EEG). Ein wesentlicher Vorteil von fNIRS ist seine Portabilität (d. h. , die einige Systeme in einen Koffer passen können) und Benutzerfreundlichkeit. fNIRS ist auch einfach zu bedienen mit Kindern; das Kind sitzt bequem auf einem Stuhl während des Experiments und fNIRS System verträgt Bewegung gut im Vergleich zu fMRI. Verglichen mit fMRI, fNIRS bietet auch Einzelmaßnahmen sauerstoffarmes (HbR) und sauerstoffreiches Hämoglobin (HbO) während der Aufnahme im Vergleich zur fMRT, die eine kombinierte Blut Sauerstoff Ebene Dichte (Fett) Maßnahme ergibt. fNIRS hat überlegene Zeitauflösung, fMRI: Abtastraten kann variieren zwischen ~ 7-15 Hz. fNIRS hat guten räumlichen Auflösung: die fNIRS tiefe Aufnahme in der menschlichen Hirnrinde ist kleiner als fMRT messen ca. 3 bis 4 cm in der Tiefe, die gut geeignet ist für das Studium kortikalen Funktionen, vor allem bei Säuglingen und Kindern, die dünneren Schädel als Erwachsene3,7,8,9,10haben.

Dieses Feld Neuroimaging-Protokoll beschreibt Überlegungen für Reisen mit und die Einrichtung eines tragbaren Neuroimaging Labors in geringen Ressourcen zusammenhängen. Das Protokoll wird auch das Wesen der sinnvolle, langfristige Kooperationen mit lokalen Wissenschaft Partner und Möglichkeiten, mit denen dieser Ansatz zum Aufbau von lokalen Wissenschaft Kapazitäten dient. Das Neuroimaging-Protokoll für die Erfassung und Analyse von fNIRS Gehirn Daten aus einer Batterie von Sprache, lesen und kognitive Aufgaben, zeigt sich unter anderem Empfehlungen für die Erstellung von kulturell angemessene Einwilligung Verfahren für imaging-Forschung. Während dieses Protokoll für die kognitive Entwicklungsforschung mit im Alter von Grundschulkindern in ländlichen Côte d ' Ivoire konzipiert ist, das Protokoll ist für jede Neuroimaging Feldstudie in anspruchsvollen Umgebungen mit geringen Ressourcen von großer Bedeutung und kann für Roman angepasst werden Kontexten.

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Protokoll

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Alle hier beschriebene Methoden sind durch institutionelle Review Board (IRB) von der University of Delaware genehmigt worden.

(1) mobiles Labor Transport- und Setup

  1. Reisen mit der fNIRS-Ausrüstung
    1. FNIRS Transportgeräte.
      Hinweis: fNIRS Geräte kann als überprüft-Gepäck auf einer großen internationalen Fluggesellschaft befördert werden, aber es ist zwingend notwendig, um bei der jeweiligen Fluggesellschaft zu bestätigen. Geräte Einschränkungen variieren je nach Herkunft oder das Bestimmungsland. Alternativ kann fNIRS Geräte ausgeliefert werden.
    2. Kennen Sie die Verfahren für den Import oder Reisen mit fNIRS Ausrüstung für das Zielland, und ggf. erhalten Sie entsprechende Import Genehmigungsunterlagen.
    3. Vorbereitung für Prüfungen.
      Hinweis: Behörden (z. B. Transportation Security Administration) behalten die aufgegebenen Gepäcks zu inspizieren. Fragile fNIRS Glasfaser beschädigt werden bei den Kontrollen. Vereinbaren Sie für die entsprechende Dokumentation, alle Geräte zu begleiten.
  2. Wesentlichen Laborausstattung im Bereich
    1. Bereiten Sie für die klimatischen Bedingungen im Feld.
      Hinweis: Temperatur und Feuchte Bedingungen im Feld können erheblich variieren von Labor und beeinträchtigen Ausrüstung Funktion und Langlebigkeit sowie Teilnehmer Komfort während der Experimente. Elektronik in Betrieb bei hoher Luftfeuchtigkeit, sind in der Regel über 60 %, anfälliger für Korrosion wie übermäßiger Feuchtigkeit siedeln sich auf Teile und mit metallischen Komponenten reagieren kann. Luftfeuchtigkeit in einem indoor Labor (z. B. in einem Universitätsgebäude) sind in der Regel zwischen 30-50 %. Luftfeuchtigkeit im südlichen Côte d ' Ivoire kann 80-95 % betragen. Richten Sie ein tragbares Klimagerät mit niedriger Wattzahl Anforderungen.
    2. Ausreichende Stromversorgung zu gewährleisten. Da elektrische Versorgung möglicherweise nicht verfügbar in ländlichen Gebieten oder nur zeitweise oder mit unzureichender Leistung funktioniert, verwenden Sie tragbare solar Generatoren anzutreiben kleine bis mittlere Größe Elektronik. Zur Verfügung stellen eines Dieselgenerators als Notstromversorgung. Beschäftigen Sie einen örtlichen Elektriker, der elektrische Versorgung Herausforderungen im ländlichen Kontext kennt.
    3. Bereiten Sie eine geeignetes Labor Struktur mit minimale Rüstzeit wie einem großen individuelle Zelt mit undurchsichtigen und wasserdichte Dach und Wänden.
      Hinweis: Einrichtungen (z. B. Klassenzimmer in der örtlichen Schule) sind nicht verfügbar, oder bieten wasserdichte und ruhigen Raum zu testen.
  3. Einrichten von tragbaren Labor (Abbildung 1)
    1. Montieren Sie das mobile Labor (z. B. individuelle Zelt). Sicherzustellen Sie, dass das Labor groß genug ist für Sitzgelegenheiten für die Teilnehmer an einem Schreibtisch, Sitzgelegenheiten für zwei Experimentatoren, Reiz Präsentationsrechner, fNIRS Daten Sammlung Computer, tragbare Einheit fNIRS, dreidimensionale (3D) Digitizer und portable Klimaanlage.

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Abbildung 1: Schaltpläne. (A) schematische Darstellung der Laboraufbau. (B) Vorbereitung des Teilnehmers für die Datenerfassung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

2. lokale Forschungsteams und Wissenschaft Partner

  1. Investieren in Bildung von wissenschaftlichen Kooperationen und Heimatforscher Möglichkeiten im Rahmen der Forschung anzubieten.
  2. Partnerschaft mit lokalen wissenschaftlichen Einrichtungen zum Zweck der Inklusivität einzurichten. Anerkennung von Kollegen auf lokaler Ebene ist wichtig, die Kommunikation der späteren Forschung in der Region zu finden.
  3. Zuständigen lokalen Behörden zu konsultieren, bevor irgendwelche Forschungstätigkeiten erhalten Genehmigung und Lizenz zu betreiben. Mit ethischen Nachprüfungsverfahren im Zielland vertraut zu machen Sie und machen Sie geeignete Unterkünfte zu, wenn keine formalen wissenschaftlichen Review-Verfahren vorhanden ist.
    Hinweis: zum Beispiel können direkte Kommunikation mit und Genehmigung von Vertretern im Ministerium für Hochschulbildung und Forschung (oder vergleichbare staatliche Stelle) anstelle einer ethischen Prüfungsverfahren erfolgen.

3. Einwilligung und Zustimmung des Kindes

  1. Entwickeln Sie ein Genehmigungsverfahren, das kulturell und sorgt dafür, dass die Teilnehmer, ihre Familien und Gemeinden über Forschung und ihre Entscheidung zur Teilnahme an der Studiums informiert werden.
  2. Überprüfen Sie Brauchtum und Geschichte in typischen Protokollentwicklung und sind Mitglieder der Gruppe, mit der die Forschung durchgeführt werden muss.
    1. Achten Sie auf eine klare Zustimmung von lokalen Leader (z. B. Dorfvorsteher, Gemeindeälteste, etc.), bevor Sie fortfahren mit der Forschung zu erhalten.
      Hinweis: Dies kann durch eine uralte Segen oder durch andere Mittel, die typisch für die Gemeinschaft ausgedrückt werden. Nach Zustimmung der Dorfvorsteher kulturelle Gepflogenheiten gehören das Gießen von Wein auf die Erde und Fragen der Vorfahren zu genehmigen und die Forschungsaktivitäten zu segnen.
  3. Suchen Sie auf einer formalen Ebene die Zustimmung der Eltern und Erzieher Gruppen sind dafür verantwortlich, dass der Beschluss über die Beteiligung von Kindern an Schulaktivitäten genehmigt. Zum Beispiel der Eltern-Lehrer-Gruppe ("Comité de Gestion d'Ecoles - COGES" in Côte d ' Ivoire) ist ein wichtige Stakeholder im nationalen primäre Bildungssystem besteht aus Mitgliedern, die von den Eltern des Schülers zur Verteidigung ihrer Interessen bei der Entscheidungsfindung und in alle anderen Aspekte im Zusammenhang mit der Erziehung ihrer Kinder.
  4. Genehmigen Sie alle Forschungsaktivitäten durch lokale Behörden, z. B. das ivorische Ministerium für Bildung oder das Ministerium für Hochschulbildung und Forschung. Das Land, das das Projekt dauert Ort in verfügen nicht über ein formales Verfahren zur ethischen Genehmigung durch ein IRB. Überprüfen Sie Regelungen, um sicherzustellen, dass die richtigen Protokolle für die ethische Zulassung für Forschung eingehalten werden.
    Hinweis: Zum Zeitpunkt der Zustimmung der Côte d ' Ivoire eine formale IRB Entwurfsüberprüfung habe nicht. Anstelle dieser verlief das Forschungsteam von Vorbereitung der Dokumentation verwandt mit einer IRB-Anwendung, das Bildungsministerium vorzulegen. Mehrere Sitzungen wurden mit dem Ministerium für Bildung, Ministry of Higher Education, angeordnet und Forschung Beamten wo das Forscherteam die vorgeschlagenen Forschung präsentiert planen, alle Beamten, gefolgt von Gruppendiskussionen und Frage und Antwort-Sitzungen. Ethischen Genehmigung wurde direkt aus dem Bildungsministerium in Form eines signierten Dokuments, die Erteilung der Genehmigung zu forschen mit Kindern an bestimmten Schulen. Diese Studie ethischen Genehmigung von der University of Delaware IRB.
  5. Teilnehmenden Kinder in ein Kind Zustimmungsverfahren erklären Sie den Forschung Zweck in einfachen Worten. Die Gemeinde kann ein Kind Gehorsam, schätzen, in dem Fall eines Kindes zustimmen kann teilnehmen oder Teilnahme an einer Studie trotz ihrer Weigerung wegen kulturellen Erwartungen dazu weiter. Stellen Sie sicher, dass das Zustimmungsverfahren sorgfältig, freiwillige Teilnahme an der Forschung kommuniziert.
  6. Klar zu definieren wie der Forschung wird die Teilnehmer nutzen und wenn sie Entschädigung für ihre Teilnahme an der Forschung erhalten. Stellen Sie sicher, dass die Vergütung angemessen ist, sowohl kulturell als auch für die Teilnehmer.
  7. Führen alle Einwilligung und Zustimmung Verfahren in der lokalen oder bevorzugte Sprache des Teilnehmers von einem ausgebildeten Mitglied des Research-Teams, die auch Mitglied der Sprache und kulturelle Gruppe ist.

4. fNIRS Kopfhaut Platzierung und Messung

  1. Sammeln von Kopf Messungen
    1. Direkt der Teilnehmers auf einem Stuhl sitzen, und erklären Sie den Vorgang, während der Kopf Messung zu rechnen.
    2. Mit einem standard Maßband messen Sie die Abstände zwischen: (1) das Nasion und Inion rund um den Kopf, (2) die Nasion und Inion über Oberseite des Kopfes durch die Mittellinie zentrale (Cz)11und (3) der Abstand zwischen den linken und rechten Ohr Tragus oberhalb des der Kopf durch Cz.
  2. Platzierung der fNIRS Kappe und Optodes am Kopf des Teilnehmers 3 , 8 , 9 , 12
    1. Setzen Sie die fNIRS Optode Halter Kappe auf der Teilnehmer-Kopf, Ausrichten der GAP zum internationalen 10-20 System für Kopfhaut Standorte11. Sicherstellen Sie, dass die Kappen-Position für alle Teilnehmer identisch ist. Punkte auf der Kappe (z. B. Sondenhalter) mit Kopfhaut Positionen ausrichten.
      Hinweis: zum Beispiel Mitte der Vorderseite der Kappe auf dem Kopf, die frontopolaren (FP) Position. Diese Position entspricht 10 % des Nasion-Inion über Top-Distanz dorsalen Nasion Position.
    2. Sichern Sie die Kappe mit einem Gurt zu und zu gewährleisten Sie, dass die Teilnehmer bequem ist.
  3. 3D-Digitalisierer Messung
    1. Sobald die Kappe in Position ist, weisen Sie die Teilnehmer noch in der Position für den Erhalt einer 3D-Digitalisierer Messung des Schlüssels, 10-20 System Kopfhaut Positionen11 und jeder Optode Platzhalter sitzen.
    2. Ordnen Sie die 3D-Digitalisierer Ausrüstung. Ort ein Sensor auf die Teilnehmer der Kopf bei Cz und angebrachten sicher (d. h. mit einem Gummiband oder Haar Zubehör), und legen Sie den zweiten Block Sensor hinter der Teilnehmer. Lassen Sie die Teilnehmer in einem Stuhl mit dem Rücken an einen Tisch sitzen. Legen Sie den zweiten Sensor auf den Tisch direkt hinter der Teilnehmer Kopf. Stellen Sie sicher, dass weder Sensor Bewegung im Laufe die 3D-Digitalisierer Messung zu erhalten.
    3. Brainstorm Software13 auf dem Daten-Sammlung-Computer zu öffnen. Sicherstellen Sie, dass das 3D Digitizer-System mit der Brainstorming-Software den entsprechenden COM-Anschluss in Verbindung steht.
    4. Bewegen Sie dem 3D Digitizer Stift an jeder Position der Sonde und der Schlüssel 10-20 System Positionen (Nasion, Inion, linkes Ohr, rechtes Ohr, Cz). Erhalten Sie an den einzelnen Standorten Positionsdaten durch die Brainstorming-Funktion auf dem Daten-Sammlung-Computer.
  4. Platzierung von Licht emittierenden Optodes und Detektoren auf der Kopfhaut
    1. Nachdem die 3D-Digitalisierer Daten erhoben werden, direkte der Teilnehmers vor dem Reiz Präsentation Computer bequem sitzen.
    2. Wählen Sie mithilfe der fNIRS integrierten Software die Sonde Anordnung, die das Experiment-Design entspricht. fNIRS Sonden können platziert werden, um den ganzen Kopf bedecken (d.h. vollständige Kopf Abdeckung), oder alternativ ein Array platziert werden kann, über allgemeine Bereiche von Interesse. Dieses Protokoll verwendet beispielsweise ein 10 x 3 Sonde Array (30 Sonden in 3 Reihen von 10 Sonden angeordnet). Diese Sonde Anordnung wurde gelegt, um maximal linke Hemisphäre Sprachräume sowie ihre Rechte Gehirnhälfte Homologen und den Stirnlappen (Abbildung 2) überlagern.
    3. Stellen Sie sicher, dass jede Sonde (Emitter und Detektor) nummeriert ist und die Nummerierung der Sonde Anordnung Karte entspricht.
    4. Mit Hilfe der Optode Karte in den fNIRS eingebaute Software als Leitfaden, Platz jedes Optode in den entsprechenden Optode öffnen auf der Kappe. Die Optode Karte zeigt die Lage der einzelnen Optode im Array (z. B. 10 x 3).
    5. Verschieben Sie alle Haare aus dem Weg zu direkten Kontakt zwischen der Spitze der Optode und Teilnehmers Kopfhaut zu gewährleisten.
    6. Nachdem alle Optodes in Lage sind, überprüfen Sie für Signalqualität mit fNIRS System integrierten Software.
    7. Passen Sie einzelne Sonden wie nötig, bis ausreichende Signalqualität erreicht wird. Sobald alle Optodes Signal Qualitätskontrollen bestanden haben, fahren Sie mit experimentellen Aufgaben.

5. experimentelle Aufgaben

  1. Jede Neuroimaging-Aufgabe mit der entsprechenden Anzahl von Prüfungen und Bedingungen im Einklang mit der Forschungsziele zu entwerfen. Verstehen Sie, dass die Neuroimaging Aufgaben abhängig von der Forschungsziele variiert. Zum Beispiel wurden drei Aufgaben in diesem Protokoll verwendet: (1) eine Sprache Verarbeitung und lesen Aufgabe, (2) ein Reim Urteil Aufgabe und (3) eine kognitive Flexibilität Aufgabe.
    Hinweis: Die Prozedur (und repräsentative Ergebnisse) der Reim Urteil Aufgabe werden hervorgehoben.
  2. Des Teilnehmers Kopf, um nicht zu stören, fNIRS Sonde Platzierung achtsam setzen Sie Noise-cancelling Kopfhörer auf. Sicherstellen Sie, dass die Kopfhörer werden liefern Rede auditive Reize an den Teilnehmer, sowie alle Umgebungsgeräusche zu blockieren.
    Hinweis: Laboruntersuchungen erfolgt in der Regel in einer abgeschwächten Klangraum. Feld Labortests liefert nicht das gleiche Maß an Schallschutz und Noise-cancelling Kopfhörer können ruhig Prüfbedingungen für alle Teilnehmer zu gewährleisten.
  3. Weisen Sie die Teilnehmer auf den Computer-Monitor zu stellen und auf das Kreuz in der Mitte des Bildschirms zu fixieren und noch während des Experiments zu bleiben. Alle experimentellen Aufgaben auf einem Computer-Bildschirm zu präsentieren.
  4. Reim-Urteil-Aufgabe
    1. Weisen Sie die Teilnehmer die Wortpaare präsentiert akustisch über Kopfhörer anhören. Bitten Sie die Teilnehmer, anzugeben, ob Wortpaare gereimt oder nicht (z. B. "Katze"-"Hut" oder "Katze"-"Log") mit einer Taste auf der Tastatur drücken.
    2. In diesem Beispiel verwenden Sie ein Ereignis im Zusammenhang mit Design. Lassen Sie Teilnehmer komplett 12 nicht-reimen und 12 gereimten Versuche durch jittered inter-Stimulus Intervalle von zwischen 8 und 17 s getrennt.
      Hinweis: Aufgaben sollten in einer Weise, die geeignet für die Teilnehmer erstellt werden. In der Studie, auf die hier verwiesen wird wurden Forscher untersuchen, Sprache, kognitive, und Lesung Entwicklung bei Kindern, die sehr schlechte Leser waren. Die Lesung Neuroimaging Aufgabe entwickelt mit Worten, die für ein Kind mit geringen Lese-und Schreibfähigkeiten geeignet wäre. Darüber hinaus wurden die Kinder für das Neuroimaging-Paradigma basiert auf einer Lesung-Bewertung wird die Note ausgewählt.
  5. Dimmen Sie Licht und beginnen Sie, die Teilnehmer auf der integrierten Videokamera.
  6. FNIRS Datenaufzeichnung auf dem fNIRS Befehl Computer beginnen, und Aufgaben auf dem Reiz Präsentation Computer beginnen.
  7. Teilnehmer Geschäftsentwicklung auch alle Aufgaben zu überwachen. Bieten Sie Pausen zwischen den Aufgaben und läuft.
  8. Sicherstellen Sie, dass aus der experimentellen Reize Präsentationsrechner auslösen von fNIRS Befehl Computer empfangen wird.
  9. Am Ende aller Aufgaben zu stoppen, Video und fNIRS Daten sammeln.

6. Post-experimentelle Aufgabe Messungen

  1. Entfernen Sie jede Optode aus Optode Halter GAP.
  2. Ohne Unterbrechung die Position der Optode Halter Kappe am Kopf des Teilnehmers, leiten Sie die Teilnehmer in der Lage, eine zweite 3D-Digitalisierer Messwert zu sitzen.
  3. Wiederholen Sie die Messung 3D-Digitalisierer wie fNIRS Kopfhaut Platzierung und Messung Abschnitt 4 um sicherzustellen, dass keine Störungen der Kopfhaut Sondenposition während des Experiments erkannt werden können, indem Sie die zwei Dateien vergleichen.
  4. Entfernen Sie die Optode Halter Kappe des Teilnehmers Kopf.
  5. Am Ende des Experiments bieten Sie den Teilnehmern für ihre Teilnahme mit einem kleinen Geschenk (z. B. Bücher und Schulmaterial) und der Danksagung des Forschungsteams.

(7) Plan für die Verbreitung von Daten

  1. Teilen Sie die Forschungsergebnisse mit Community-Mitglieder und lokalen Behörden für ihre eventuelle Übersetzung in die Politik, die das untersuchte Problem.
    Hinweis: Teilnehmer können direkt aus dem Experiment nicht profitieren.
  2. Machen Sie Pläne für Nachuntersuchungen der teilnehmenden Gemeinden. Bereiten Sie Berichte und Tools, mit denen lokale Pädagogen vor. Beispielsweise sollten alle Bewertungen in der jeweiligen Landessprache erstellt Schule Beamten in der Region zur Verfügung gestellt werden. Bereiten Sie die Mitglieder des Forschungsteams, die die Landessprache, Gemeindeleiter, Studienergebnisse zu kommunizieren zu treffen.
  3. Machen Sie Pläne, Studienergebnisse in regionalen wissenschaftlichen Zeitschriften und in der Sprache der Region, zu veröffentlichen, falls zutreffend. Zum Beispiel sollten Studienergebnisse in französischer Sprache verbreitet werden, wenn die Forschung in den frankophonen Ländern durchgeführt wurde.
  4. Machen Sie Pläne zu treffen und liefern Berichte über die Ergebnisse der Studie an die Regierung-Filiale, die Genehmigung für das Forschungsprogramm.

(8) Backup-Daten

  1. Sicherzustellen Sie, dass Daten exportiert und in mehrere tragbare Festplatten gesichert werden, wie Internet-Zugang für Online-Datenspeicher zur Verfügung stehen dürfte. Übertragen Sie die Online-Datenspeicher wie ausreichende Internetverbindung zur Verfügung steht.

9. die Datenanalyse

Hinweis: Mehrere Daten-Analyse-Pakete gibt es für fNIRS14. Statistischen Parametric Mapping für Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS-SPM)15 , Homer216 (weit verbreitet) und fNIRS Toolbox 17,18 (neue und gewinnt an Popularität) dienen zur fNIRS Datenanalyse. Dieses Protokoll Bewertungen Datenanalysemethoden NIRS-SPM verwenden, aber es ist in das Ermessen des Forschers, bevorzugte Methode der Analyse auszuwählen.

  1. Analysieren Sie Daten aus dem fNIRS System mit NIRS-SPM, Version 415,19. Diese Toolbox für das Neuroimaging Suite SPM8 (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm) analysiert NIRS-Daten mit ein allgemeines lineares Modell basierte Analyse und ermöglicht die Erstellung der Aktivierung Karten mit Höchstauflösung Lokalisierung.
  2. Datenkonvertierung für HbO und HbR
    1. Verwenden Sie die modifizierte Bier-Lambert-Gleichung (mit NIRS-SPM) Konzentration Änderungen an HbO und HbR Reaktion optische Dichtewerte umsetzen.
  3. Daten-Vorverarbeitung
    1. Verwenden Sie eine der bestehen mehrere Optionen für die Vorverarbeitung fNIRS Daten.
      Hinweis: Huppert Et al. 17 schlagen sehr rigorose Methoden für verschiedene Quellen Rauschen16. Dazu gehören Eigenvektors basierende Reduzierung der Bewegungsartefakte, Bandpass-Filter-Techniken und Eigenvektors basierende Reduzierung der räumlichen Kovarianz für physiologische Störungen in Daten (z. B. Atmung, Blutdruck, Herzfrequenz). Sie teilen auch eine gründliche Kommentierung Lärmquellen in fNIRS Forschung und Implikationen für die statistische Analyse. Der fNIRS Forscher muss Vorverarbeitung Anwendungen untersuchen, die für eine gegebene Studie am besten geeignet sind. Im folgenden ein Analyseansatz nach dem Vorbild hatte und Friston20 und Jang Et Al. 19 wird vorgestellt.
    2. Zerlegen Sie Änderungen in HbO und HbR Konzentrationen mit Hilfe eines Wavelet-minimale Beschreibung Länge (MDL) detrending Algorithmus um globale Trends durch Atmung, Blutdruck Variation, Vasomotion oder Teilnehmer Bewegungsartefakte und zu entfernen Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnis-19.
    3. Einen Tiefpass-Filter mit der Form der hämodynamische Response-Funktion für die Daten und Verwendung gelten die schlechter und Friston20 precoloring Methode, um zeitliche Korrelationen zu entfernen.
  4. Modell Generation und statistische Analyse
    1. Generieren Sie Modelle für HbO und HbR mit experimentellen Regressoren gefaltet mit entsprechenden hämodynamische Response-Funktion mit Zeit Derivate21.
      Hinweis: Die hämodynamische Response-Funktion kann größere Variabilität in höheren kortikalen Regionen und in Teilnehmer haben. Diese Arten von Variabilität können in Analysemodelle untergebracht werden, durch den Ausbau der HRF um zeitliche Derivaten zählen. Verwenden Sie eine zeitliche Ableitung, Modell Unterschiede in der Zeit hämodynamische Antwort21einen Höchstwert.
    2. Verwendung NIRS-SPM, die Modelle für HbO und HbR mit entgegengesetzten Polarität, so dass eine deutliche Modellanpassung für HbO erhöhten Konzentration angibt und für HbR verringerte Konzentration5,18.
    3. Richten Sie experimentell relevanten t-Test oder F-Kontraste, um die Wirkung von einem (oder mehreren) Regressoren (gegeben die Designmatrix) zur Modulation der fNIRS Zeitreihendaten testen testen.
  5. Visualisierung der Ergebnisse
    1. Durchführen Sie räumliche Registrierung der NIRS-Kanäle auf den Montreal neurologischen Institut (MNI) Raum anhand von Daten aus einem 3D-Digitalisierer.
    2. Verwenden Sie registrierten fNIRS Daten zum Aktivierung Karten von HbO, HbR und insgesamt Hämoglobin (THb) auf der Grundlage des allgemeinen linearen Modells und Suns Rohr Formel Korrektur22,23zu erstellen.
    3. Laden Sie Aktivierung Karten auf eine entsprechende Gehirn-Vorlage. Zum Beispiel bietet der jüngsten Haskins pädiatrische Brain Atlas eine standardisierte Vorlage für Kinder zwischen 6-12 Jahren Alter24.

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Ergebnisse

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Sonde Positionsdaten erhalten durch die 3D Digitizer (Abbildung 2) können auf einer Vorlage standard Gehirn visualisiert werden. FNIRS Kanäle MNI Raum mit NIRS-SPM Stand-alone-Registrierung Funktion25zu registrieren. Die räumliche Registrierungsfunktion erzeugt MNI Koordinaten, anatomischen Beschriftungen und Brodmann Bereiche maximal von jeder Kanal vertreten.

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Diskussion

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Dieser Vortrag ein Feld Neuroimaging Protokoll geeignet für ressourcenschonende Kontexten an remote-Standorten. Der wesentliche Fortschritt dieses Feld Neuroimaging-Protokolls ist die erstmalige Möglichkeit, Gehirnfunktion zu studieren und seine Entwicklung zu ermöglichen (oder nie-bevor studierte) zusammenhängen. Wichtige Schritte in diesem Protokoll sind Reisen mit und Einrichten eines mobilen Labors für Qualität Datenerhebung in tropischen Klimazonen ohne Strom oder Einrichtungen geeignet. Dieses Protokoll enthält ein...

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Offenlegungen

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

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Diese Forschung wurde ermöglicht durch die Jacobs Foundation Fellowship der frühen Karriere, K. Jasinska (Fellowship Anzahl: 2015 118455). Auch möchten die Autoren Axel Blahoua, Fabrice Tanoh Ariane Amon, Brice Kanga und Yvette Foto für ihre Unterstützung bei der Datenerfassung und Unterstützung vor Ort zu bestätigen. Besonderer Dank geht an die Familien und Kinder von Moapé, Ananguié, Affery und Becouefin für ihre Teilnahme an diesem Forschungsprogramm und die herzliche Gastfreundschaft der Dörfer.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
LIGHTNIRS Main Unit Pack 120VShimadzu292-34000-42Bestandteil des fNIRS Systems
HOLDER ASSY, ALL- CAPShimadzu594-07618-01Bestandteil des fNIRS Systems
LIGHTNIRS VerbindungskabelShimadzu567-10976-11fNIRS Systemkomponente
Fasersatz für LIGHTNIRS, 1m (8 Sätze)Shimadzu567-11350-01fNIRS System Komponente
Dell Latitude LaptopShimadzu (von Dell)220-97322-00Master-Computer zum Ausführen von fNIRS-Anwendungen
PATRIOT SEU (System Electronics Unit)POLHEMUS1A0453-001PATRIOT Systemkomponente
NetzteilPOLHEMUS2C0809PATRIOT Systemkomponente
NetzkabelPOLHEMUS17500B-BLKPATRIOT Systemkomponente
RS-232 Nullmodem-KabelPOLHEMUS1C0288PATRIOT Systemkomponente
USB-KabelPOLHEMUS1C0289PATRIOT Systemkomponente
RX2 Sensor 10' KabelPOLHEMUS4A0492-20PATRIOT Systemkomponente
TX2 Quelle 10' KabelPOLHEMUS4A0506-20PATRIOT Systemkomponente

Referenzen

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