Name: Exploring Cognitive Functions in Babies, Kinder and Erwachsene mit Nahinfrarot-Spektroskopie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-07-28T16:25:00.000+00:00
Duration: 12 min 40 s
Description: Erfahren Sie die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) zur Untersuchung kognitiver Funktionen bei Säuglingen, Kindern und Erwachsenen. Diese nicht-invasive Methode ermöglicht präzise Messungen der hämodynamischen Reaktion im Gehirn.

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Diese Arbeit wurde durch Stipendien an LAP (PI) unterstützt: National Institutes of Health R21 HD50558, ausgezeichnet 2005-07; Nationalpark Institutes of Health R01 HD045822, ausgezeichnet 2004-09; Dana Foundation Grant, ausgezeichnet 2004-06; Canadian Foundation for Innovation (&quot;CFI&quot; grant), ausgezeichnet 2008-2012; Die Ontario Research Fund Grant, ausgezeichnet 2008-2012.

Teil 1: Vor der Teilnehmer kommen ins Labor <ol><li> Stellen Sie sicher, dass der Raum frei von fremden Gegenständen, die der Teilnehmer kann störend ist. </li><li> Set-up und laden experimentelle Protokoll über die fNIRS Hitachi ETG-4000-System. </li><li> Set-up Ihrer experimentellen Paradigmen. Experimentelle Paradigmen können mit verschiedenen Präsentations-Software, einschließlich ePRIME, Präsentation, Psyscope oder Matlab basierte Psychologie Toolbox programmiert werden. Hier verwenden wir Matlab basierte Psychologie Toolbox. </li><li> Timing ist der Schlüssel für die Datenanalyse, so dass die experimentellen Paradigma muss perfekt mit der Datenerhebung zeitlich gesteuert werden. Die fNIRS Hitachi ETG-4000 hat Triggerfunktionen, so dass für die experimentelle Paradigma der Datenerfassung oder umgekehrt ausgelöst werden. Testen Auslösung von Präsentations-Programm von fNIRS Hitachi ETG-4000. Die Triggerung kann getan werden parallel mit, Serien, oder USB-Ports. Hier zeigen wir über die parallele Schnittstelle ausgelöst. </li><li> Vor Beginn der fNIRS Studie ist es wichtig, Teilnehmer Hintergrund Screening durchzuführen. In der Petitto Labor führen wir Hintergrund-Screening, indem die Teilnehmer oder ihre Eltern füllen Studie-geeigneten standardisierten Fragebögen 29. </li></ol> Teilnehmer Arrives <ol start="6"><li> Es ist wichtig, um die Sitzung zu leiten und den Teilnehmern in einer professionellen Art und Weise zu behandeln. Der Teilnehmer oder die Teilnehmer die Eltern / Erziehungsberechtigten müssen eine Einverständniserklärung vor dem Experiment beginnt. Es ist wichtig, um die Teilnehmer für ihre Zeit danken in diesen wichtigen und spannenden Experimenten. </li><li> Der Teilnehmer sitzt bequem in der Nähe des fNIRS Testraum. Ein Säugling Teilnehmer kann auf einer übergeordneten Schoß sitzen. </li></ol> Teil 2: Platzieren Optoden &amp; Mit dem 10-20 System Ein weiterer Bestandteil der Analyse-Methode, die im Einklang Interpretation der Daten ermöglicht, ist die Standardisierung von fNIRS Aufnahme-Protokoll. Dies bedeutet Optode Platzierung Teilnehmer Positionierung und Auslösen eines Reizes Präsentations-Software. Sowohl die genaue neuro-anatomische Platzierung der Fühler und die Bestätigung der regions of interest (ROIs) werden unter Verwendung des 10-20 Systems 3,4,30 erreicht. Ferner wurde die stereotaktische Lokalisierung der Sonden-Array auf der Teilnehmerliste des Schädels durch Überlagerung 3D-Tracking-Informationen aus einer Polhemus Fast Trak-System auf einer anatomischen MRT-Co-Registrierung Scan des Teilnehmers mit Vitamin E Kapseln bei jeder Sonde Lage 3,4 platziert durchgeführt bestätigt. Optimale Positionierung Teilnehmer beteiligt Platzierung die Teilnehmer bequem in einem Liegestuhl, mit Lichtwellenleiter lose hängend, ohne Kontakt mit dem Körper oder Stuhl. <ol><li> Die folgenden Kopf Messungen werden mit einem Maßband genommen und sich auf die Teilnehmer Datenblatt geschrieben: <ul><li> Nasion zu Inion rund </li><li> Nasion zu Inions über top </li><li> Ohr zum Ohr über Oberseite </li></ul></li><li> Chirurgische Band kann verwendet werden, um spezifische Zielregionen zu markieren. In diesem Experiment werden wir markieren Fp, T3/T4, F8/F7 </li><li> Optode Arrays sind auf der Teilnehmerinnen Kopf mit spezifischen Optoden bei 10-20 Punkten als von den Zielen des Experiments gerichtet verankert platziert. </li></ol> Teil 4: Prüfung der Optode Array <ol><li> Einführung in die Hitachi ETG-4000 GUI-Schnittstelle und die Sonde testen. </li><li> Testing-Signal: Einmal Optoden auf die Teilnehmer der Kopfhaut platziert werden, die Qualität des Signals wird getestet. Wenn ein Optode kein klares Signal, Forscher entfernen sanft Haare aus der Verbindung der Optode und der Kopfhaut. Anlässlich der Optoden Möglicherweise müssen Sie mit einem Alkoholtupfer abgewischt werden. </li></ol> Teil 5: Die Ausführung des Experiments. <ol><li> Mindestens zwei Experimentatoren muss immer vorhanden sein in den Raum, eine Beobachtung der fNIRS Hitachi ETG-4000 Echtzeit ausgelesen und die andere die Beobachtung der Teilnehmer. Mit einer Videokamera auf Teilnehmer ausgerichtet ist sehr für Post-hoc-Beobachtungen empfohlen. Ein Vorteil der fNIRS Hitachi ETG-4000 ist, dass die Video-und fNIRS Signal synchronisiert werden und Co-registriert. Ein Protokoll mit allen relevanten Informationen und Dateien erzeugt wird gehalten. </li><li> Es gibt gut etablierte Methoden für den Aufbau experimentellen hämodynamischen Paradigmen, nämlich Blockbauweise und Event-Related Designs. Für eine vollständige Beschreibung finden Sie in der jüngsten Überprüfung Papier 31. </li></ol> Teil 6: Analyse Sobald alle Daten gesammelt wurden, ist der Teilnehmer für ihre Zeit und die Bereitschaft zur Teilnahme gedankt und verlässt das Labor. Da die Analyse nicht auf der fNIRS Hitachi ETG-4000 getan, als statt dessen werden die Daten an eine Analyse-Computer exportiert. <ol><li> Die Umrechnung von uV an Hämoglobin-Konzentrationen. Als Rohstoff Dämpfungswerte in Dämpfung von Laser-Stärke (wie in uV gemessen) erhoben werden, müssen diese Werte mit Sauerstoff versorgt und sauerstoffarmes Hämoglobin wertvolle umgewandelt werdenes. Dies geschieht mit Hilfe der modifizierten Lambert-Beer-Gleichung. </li><li> Die Anwendung der modifizierten Beer-Lambert wird in zwei Schritten durchgeführt. Unter der Annahme, dass die Streuung konstant über die Weglänge, zuerst die Dämpfung für jede Wellenlänge (&amp;Dgr; λ (t)) wird durch den Vergleich der optischen Dichte der Lichtintensität während der Aufgabe (I Aufgabe) berechnet, um die berechnete Basislinie des Signals ( Ich baseline). Die &amp;Dgr;-Werte für jede Wellenlänge und beprobt Zeitpunkt (t) zur Lösung des modifizierten Lambert-Beer-Gleichung. <table border="0"><tbody><tr><td> Gleichung 1 <img style="float:left;" src="/files/ftp_upload/1268/eq1.jpg" alt="Gleichung 1" /></td><td> Gleichung 2 <img style="float:left;" src="/files/ftp_upload/1268/eq2.jpg" alt="Gleichung 2" /></td></tr></tbody></table></li></ol> λ 1 ∈ deoxy, λ 1 ∈ oxy, λ 2 ∈ deoxy und λ 2 ∈ oxy sind die Konstanten für die Extinktionskoeffizienten, dass der Anteil des Lichts verloren, um die Absorption pro Einheit Konzentration Abstand in das Gewebe zu messen. Der resultierende C Desoxy-und C oxy Werte sind die Konzentrationen von Sauerstoff befreit und oxygenierten Hämoglobins für jedes t. Teil 7: Repräsentative Ergebnisse Typische hämodynamische Reaktion Ergebnisse in mehreren unterschiedlichen Eigenschaften. In der Oxy-Hämoglobin Antwort gibt es zunächst eine charakteristische dip. Dieser Dip tritt als eine Region von Neuronen aktiviert und verbraucht verfügbaren Sauerstoff. Da der Blutfluss erhöht, Durchführung oxygenierten Hämoglobins, steigt die Oxy-Hämoglobin Antwort schnell über dem ursprünglichen Ausgangswert zu einem steady state level. Wenn die Region nicht mehr aktiviert, sinkt die Oxy-Hämoglobin Reaktion zerfällt in den nächsten 12-15 Sekunden und langsam wieder auf das Ausgangsniveau. Es ist gelegentlich ein Unterschreiten, dass vor der hämodynamischen Antwort Rückkehr nach anfänglichen Basis-Ebenen erfolgt. Bad Ergebnisse sind in der Regel in Form von Optoden nicht richtig auf der Kopfhaut oder übermäßige Bewegung sitzt. Diese Arten von Lärm - genannt &quot;Flatling&quot; - werden in der Signal als Mikrovolt Werte und sättigen eine Reihe von verschiedenen Kanälen, sowohl Oxy-und Desoxy-Reaktion zu bewegen in einer koordinierten Art und Weise evident. DEMONSTRATION: Shaking the Faseroptik. Statistische Analysen: Die extrahierten Oxy-und Desoxy-Hämoglobin-Werte für jeden Kanal, für jeden Teilnehmer und für jede Aufgabe kann dann zu herkömmlichen statistischen Analyse unterzogen werden, unter anderem T-Tests, Varianzanalysen, Korrelationen etc.

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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

In dieser Studie haben wir gezeigt, die Verwendung eines neuartigen, nicht-invasive Bildgebung des Gehirns fNIRS Technologie für die menschliche Hirnfunktion in Bezug auf die menschliche Kognition und Wahrnehmung zu untersuchen. fNIRS Bildgebung des Gehirns darstellen kann die Zukunft der nicht-invasiven bildgebenden Verfahren, insbesondere bei Säuglingen und Kindern Populationen, dass eines Tages werden weit verbreitet in Forschungslabors kann, Arztpraxen und in den Schulsystemen ermöglicht Klinikern zu grundlegenden w...

<table><tbody><tr><td>ETG-4000</td><td>Hitachi</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Psychology Toolbox</td></tr></tbody></table>

exploring cognitive functions in babies, kinder &amp; erwachsene mit nahinfrarot-spektroskopie

Exploring Cognitive Functions in Babies, Children &amp; Adults with Near Infrared Spectroscopy

Eine Explosion der funktionalen Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) Studien, die kortikale Aktivierung in Bezug auf höhere kognitive Prozesse, wie Sprache 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, Speicher 11, 12 und Aufmerksamkeit ist im Gange weltweit mit Erwachsenen, Kindern und Säuglingen 3,4,13,14,15,16,17,18,19 mit typischen und atypischen Erkenntnis 20,21,22. Die zeitgenössische Herausforderung mit fNIRS für kognitive Neurowissenschaften ist die systematische Analyse von Daten, so dass sie universell interpretierbar sind 23,24,25,26 und kann somit wichtige wissenschaftliche Fragen über die funktionelle Organisation und neuronalen Systemen zugrunde liegenden menschlichen höheren Erkenntnis voraus zu erreichen. Bestehende Neuroimaging Technologien haben entweder weniger robust zeitlicher und räumlicher Auflösung. Evozierten Potenziale und Magneto Enzephalographie (ERP-und MEG) haben hervorragende zeitliche Auflösung, während Positronen-Emissions-Tomographie und funktionelle Magnetresonanz-Tomographie (PET und fMRI) eine bessere räumliche Auflösung haben. Die Verwendung von nicht-ionisierender Wellenlängen des Lichts im nahen Infrarot-Bereich (700-1000 nm), wo Oxy-Hämoglobin bevorzugt von 680 nm und deoxy-Hämoglobin absorbiert wird, wird vorzugsweise durch 830 nm (z. B. in der Tat, die sehr Wellenlängen in hardwired absorbiert die fNIRS Hitachi ETG-400-System dargestellt), ist fNIRS gut für Untersuchungen der höheren Erkenntnis geeignet, weil es sowohl gute zeitliche Auflösung (~ 5s) ohne Verwendung von Strahlung und gute räumliche Auflösung (~ 4 cm Tiefe) und nicht von den Teilnehmern in einem geschlossenen Struktur 27,28 sein. Die Teilnehmer kortikale Aktivität kann beurteilt, während bequem in einem gewöhnlichen Stuhl (Erwachsene, Kinder) sitzen oder sogar in mom s Runde (Kleinkinder) sitzen. Bemerkenswert ist, dass NIRS einzigartige tragbare (von der Größe eines Desktop-Computer), nahezu geräuschlos und kann ein Teilnehmer subtile Bewegung zu tolerieren. Dies ist besonders hervorragend für die neuronale Studium der menschlichen Sprache, die notwendigerweise als eine der wichtigsten Komponenten der Bewegung des Mundes beim Sprechen Produktion oder die Hände in Gebärdensprache. Die Art und Weise, in der die hämodynamische Antwort ist lokalisiert ist durch eine Reihe von Laser-Emitter und-Detektoren. Strahler emittieren ein bekannter Intensität der nicht-ionisierenden Licht, während Detektoren die Menge zurück reflektiert von der kortikalen Oberfläche zu erkennen. Je näher die Optoden, desto größer ist die räumliche Auflösung, während die weiter auseinander die Optoden, desto größer ist die Eindringtiefe. Für die fNIRS Hitachi ETG-4000-System die optimale Penetration / Auflösung der Optode Array ist 2cm gesetzt. Unser Ziel ist es, unsere Methode der Erfassung und Analyse von Daten fNIRS, um die Standardisierung auf dem Gebiet und ermöglichen verschiedene fNIRS Labors weltweit einen gemeinsamen Hintergrund haben zu demonstrieren.

Hier beschreiben wir eine Datenerhebung und Datenanalyse-Verfahren für die funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopie (fNIRS), eine neue, nicht-invasive Bildgebung des Gehirns System in den kognitiven Neurowissenschaften, insbesondere in das Studium Kind die Entwicklung des Gehirns. Diese Methode bietet einen universellen Standard für die Datenerfassung und Analyse entscheidend für die Interpretation der Daten und der wissenschaftlichen Entdeckung.

Exploring Cognitive Functions in Babies, Kinder &amp; Erwachsene mit Nahinfrarot-Spektroskopie

Eine Zunahme von Studien mittels funktioneller Naherinfrarotspektroskopie (fNIRS) zur Untersuchung der kortikalen Aktivierung im Zusammenhang mit höheren kognitiven Prozessen, wie zum Beispiel ...

Funktionelle Nahinfrarotspektroskopie oder F-nears ist eine Methode zur Messung der hämodynamischen Antwort, die mit der neuronalen Aktivität im Gehirn verbunden ist, indem Nahinfrarot-Laserquellen und -detektoren oder Optoden auf dem Kopf des Probanden platziert werden. Wenn Neuronen in einem bestimmten Hirnareal ihre Aktivität erhöhen, steigt auch ihr Sauerstoffverbrauch. Dies fördert wiederum einen erhöhten Blutfluss in das aktive Hirnareal.Da sauerstoffreiches und sauerstoffarmes Blut unterschiedliche optische Absorptionseigenschaften aufweisen, können die außen am Schädel angebrachten Optoden diese subtilen Änderungen überwachen. Diese Änderungen korrelieren mit der zugrundeliegenden Hirnaktivität, und das Wahrscheinlichkeitsmuster der Photonen zwischen der Quelle und dem Detektor hat eine bananenförmige Gestalt. Je näher die Quelle und der Detektor angeordnet sind, desto besser ist die räumliche Auflösung; je weiter sie voneinander entfernt sind, desto größer ist die Eindringtiefe.Hallo, ich bin Yuli Coman vom kognitiven Neurowissenschafts- und Bildgebungslabor von Dr. Laura und Petito sowie vom Labor von Gene zur Mehrsprachigkeit und kindlichen Entwicklung am Department für

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Forschung

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Biology

Biologie

MazeSuite ist ein komplettes Toolset für die Vorbereitung, darzustellen und zu analysieren Navigations-und räumliche Experimente. Functional Nahinfrarot-Spektroskopie (fNIR) ist ein optisches bildgebendes Verfahren, das nicht-invasive und tragbare Überwachung der zerebralen Blutoxygenierung Veränderungen ermöglicht. Dieser Beitrag fasst die gemeinsame Benutzung von MazeSuite und fNIR innerhalb eines kognitiven Verarbeitung Lernparadigma.

Mit MazeSuite und Functional Near Infrared Spectroscopy man Lernen in Spatial Navigation

Wir kombinierten Frequenz-Domain-Nahinfrarot-Spektroskopie Maßnahmen der zerebralen Oxygenierung des Hämoglobins mit diffuser Korrelations-Spektroskopie Maßnahmen des zerebralen Blutflusses Index einen Index der Sauerstoff-Stoffwechsel zu schätzen. Wir testeten den Nutzen dieser Maßnahme als Nachttisch Screening-Tool, um die Gesundheit und Entwicklung des Neugeborenen Gehirns zu beurteilen.

Non-invasive optische Messung des zerebralen Metabolismus und Hämodynamik bei Säuglingen

Quelle: Reindl, V., et al. Durchführung von Hyperscanning-Experimenten mit funktioneller Nahinfrarotspektroskopie. (2019) Dieses Video demonstriert den Einsatz der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) zur Messung der Gehirnaktivität während sozialer Interaktionen. Die Teilnehmer nehmen an einer koordinierten Aufgabe teil, die die Aktivität im präfrontalen Kortex, einer für das Sozialverhalten kritischen Region, erhöht, während das System Veränderungen der Lichtabsorption aufgrund der...

Funktionelle Nahinfrarotspektroskopie zur Aufzeichnung der Gehirnaktivität bei sozialen Interaktionen

Die Überwachung der Gehirnaktivität während aufrechter motorischer Aufgaben ist von großem Wert, wenn es darum geht, die neuronale Ursache von Bewegungsstörungen zu untersuchen. Hier demonstrieren wir ein Protokoll, das funktionelle Nahinfrarotspektroskopie mit einer kontinuierlichen Überwachung der Muskel- und kinematischen Aktivität bei 4 Arten von motorischen Aufgaben kombiniert.

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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.

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Dieses Protokoll beschreibt, wie fNIRS Hyperscanning Experimente durchführen und analysieren von Gehirn zu Gehirn Synchronität. Darüber hinaus diskutieren wir Herausforderungen und mögliche Lösungen.

Hyperscanning Experimente mit funktionalen Nah-Infrarot-Spektroskopie

Dieses Protokoll soll Ärzten helfen, die regionale Gewebesauerstoffversorgung an verschiedenen Körperstandorten bei Säuglingen und Kindern zu messen. Es kann in Situationen verwendet werden, in denen die Sauerstoffversorgung des Gewebes potenziell beeinträchtigt wird, insbesondere während des herzkarnierenden Bypasss, bei der Verwendung nicht-pulsatiler Herzhilfegeräte und bei kritisch kranken Neugeborenen, Säuglingen und Kindern.

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Das Protokoll zur Durchführung von fNIRS-Hyperscanning-Experimenten an kollaborativen Lerndyaden in einer naturalistischen Lernumgebung wird skizziert. Darüber hinaus wird eine Pipeline zur Analyse der Inter-Brain Synchrony (IBS) von sauerstoffhaltigen Hämoglobin (Oxy-Hb) -Signalen vorgestellt.

Inter-Brain Synchrony im offenen kollaborativen Lernen: Eine fNIRS-Hyperscanning-Studie

Wir stellen eine Methode zur gleichzeitigen Erfassung von fMRT- und fNIRS-Signalen von denselben Probanden mit Ganzkopf-fNIRS-Abdeckung vor. Das Protokoll wurde mit drei jungen Erwachsenen getestet und kann für die Datenerhebung für Entwicklungsstudien und klinische Populationen angepasst werden.

Gleichzeitige Datenerfassung von fMRT- und fNIRS-Messungen unter Verwendung eines Ganzkopf-Optodenarrays und Kurzstreckenkanälen

Die Wavelet-Transformationskohärenz (WTC) ist eine gängige Methode zur Bewertung der Kopplung zwischen Signalen, die in Hyperscanning-Studien der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) verwendet wird. In dieser Arbeit wird ein Werkzeugkasten zur Beurteilung der Richtungsabhängigkeit der Signalwechselwirkung vorgestellt.

Neuer Rahmen für das Verständnis der hirnübergreifenden Kohärenz in funktionellen Hyperscanning-Studien der Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS)

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