Measurement Of neuromagnetischen Hirnfunktionen Kinder im Vorschulalter mit benutzerdefinierten Sized MEG

Hallo, ich bin Steven Crane. Ich bin Co-Direktor des Macquarie Brain Research Lab des KIT. Das Labor ist Teil des Macquarie Center for Cognitive Science an der Macquarie University in Sydney, Australien.

Hallo, ich bin Illa Dessan und arbeite am Macquarie Center for Cognitive Science an der Macquarie University. Hallo, ich bin Melanie Reed und arbeite am Macquarie Center for Cognitive Science. An der Macquarie University verwenden wir Magnetenzephalographie (MEG), um die Gehirnmechanismen zu untersuchen, die dem schnellen Spracherwerb bei Kindern im Alter von zwei bis sechs Jahren zugrunde liegen.

MEG misst die Magnetfelder, die von der Hirnrinde erzeugt werden. Mit Hilfe von MEG können wir beobachten, welche Hirnareale während der Sprachverarbeitung aktiv sind und wie diese verschiedenen Areale zusammenwirken. Es gibt zwei Herausforderungen bei der Arbeit mit kleinen Kindern mit einem bildgebenden System des Gehirns.

Erstens ist die typische Laborumgebung nicht kinderfreundlich. Zweitens, um an einer MEG-Studie teilnehmen zu können, müssen die Kinder angewiesen werden, die Bewegung auf ein Minimum zu beschränken, und sie müssen sich über einen längeren Zeitraum um eine Aufgabe kümmern. Daher war es uns wichtig, ein Protokoll zu entwickeln, das es uns ermöglicht, MEG zu verwenden und gleichzeitig für Kinder angenehm ist.

Allerdings überwiegen die Vorteile von MEG bei weitem die Herausforderungen. Die MEG ist aufgrund ihrer extrem hohen zeitlichen Auflösung und ihrer guten räumlichen Auflösung ein wertvolles Instrument zur Messung der Gehirnfunktion bei Kindern und stellt aufgrund ihrer völlig nicht-invasiven Erkrankung kein vorstellbares Risiko für das Nervengewebe von Kindern dar. Im Gegensatz zur MEG wurden bei anderen bildgebenden Verfahren starke Magnetfelder und radioaktive Arzneimittel verwendet, die für Kleinkinder ein Risiko darstellen können.

Eines der Hauptmerkmale unseres MEG-Systems für Kinder ist, dass es speziell für den Einsatz bei kleinen Kindern entwickelt wurde. Das kundenspezifische Größensystem wurde in Zusammenarbeit mit dem Kanawa Institute of Technology und der Yokogawa Electric Corporation entwickelt. Im folgenden Video erklären wir Ihnen, warum es notwendig war, ein maßgeschneidertes MEG-System für Kinder zu entwickeln, und wir zeigen Ihnen, wie wir Kinder auf das Lernen im MEG-System vorbereiten.

Seien Sie also in den nächsten Minuten dabei und wir zeigen Ihnen das Labor. Wir erklären Ihnen, welche Schritte wir unternommen haben, damit Kinder gerne an unseren Studien teilnehmen können. In einem Labor sind zwei MEG-Systeme im selben magnetisch geformten Raum untergebracht.

Das Erwachsenensystem besteht aus 160 Sensoren, die gleichmäßig im MEG-Helm verteilt sind und eine vollständige Kopfabdeckung bieten. Das MEG-System für Kinder hat ein ähnliches Layout, verfügt jedoch über 64 Sensoren, wodurch der Helm kleiner und perfekt für Kinder im Vorschulalter und Säuglinge geeignet ist. Die Magnetenzephalographie oder Bildgebung ist ein bildgebendes Verfahren, das die neuronale Aktivität direkt misst.

MEG kann die schwachen Magnetfelder, die von Tausenden von aktiven Neuronen in der Hirnrinde erzeugt werden, erkennen und verstärken. Die Detektion dieser schwachen Magnetfelder gelingt leicht durch spezielle Sensoren, die als Tintenfische oder supraleitende Quanteninterferenzgeräte bekannt sind. Für den Betrieb der MEG-Systeme wird eine supraleitende Technologie benötigt.

Die Sensoren müssen mit flüssigem Helium bei minus 270 Grad Celsius gekühlt werden. Die folgende Sequenz zeigt, wie die Systeme mit flüssigem Helium nachgefüllt werden, was wöchentlich erfolgen muss. Flüssiges Helium macht den größten Teil der Betriebskosten eines MEG-Systems aus.

Die Magnetfelder des Gehirns sind im Vergleich zu den Magnetfeldern, die von allen Geräten in einem modernen Labor erzeugt werden, extrem klein. Das bedeutet, dass MEG-Anlagen in einem magnetisch abgeschirmten Raum untergebracht werden müssen. Der abgeschirmte Raum in unserem Labor besteht aus drei Schichten Perlo und einer Schicht Kupfer.

Der Raum wiegt etwa 8,5 Tonnen, und der Boden des Labors musste speziell verstärkt werden, um sein Gewicht tragen zu können. Die Kosten für den magnetisch abgeschirmten Raum machen ein Drittel bis die Hälfte der Kapitalkosten eines MEG-Systems aus. Der Raum verfügt über eine Reihe von Anschlüssen an der Seite, so dass visuelle Reize in den Raum projiziert werden können und andere Arten von Geräten über Glasfaserkabel betrieben werden können.

MEG misst Magnetfelder, die von aktiven Zellen des Gehirns erzeugt werden. Eine verwandte Technik, die Elektroenzephalographie, misst die elektrische Komponente dieser Felder. EEG ist eine viel einfachere und kostengünstigere Technologie, hat aber nicht die Fähigkeit von MEG, die Aktivität im Gehirn zu lokalisieren.

Bei Studien mit älteren Kindern und Erwachsenen zeichnen wir oft sowohl EEG als auch MEG gleichzeitig auf. Bei Vorschulkindern ist dies jedoch in der Regel nicht praktikabel, da die für das EEG die längste Aufbauzeit benötigt wird. Da MEG Sensoren verwendet, die in flüssigem Helium gebadet sind, befinden sich die Sensoren in festen Positionen in einem vakuumversiegelten, isolierenden Helmmacher

Der Helm eines Standard-MEG-Systems für Erwachsene ist für etwa 95 % der Köpfe von Erwachsenen ausgelegt. Das bedeutet, dass der größte und der kleinste Kopf nicht gut in den Erwachsenenhelm passen. Dies ist ein besonderes Problem für Kinder im Vorschulalter, da ihre Köpfe einen zwei bis drei Zentimeter kleineren Radius haben als der von Erwachsenen.

Denn MEG-Signale fallen mit zunehmender Entfernung sehr schnell ab. Das bedeutet, dass viele der Sinne in einem Erwachsenenhelm nicht effektiv sind, um Signale vom Gehirn von Kindern zu messen. Ein weiteres Problem ist, dass Kinder bei der Messung eher den Kopf in den großen Helmen bewegen.

Dies führt zu einer Verschlechterung der MEG-Signale. Dieser Clip zeigt die MEG-Sensoren in einem Erwachsenensystem. In Bezug auf den Kopf eines Kindes können Sie sehen, dass viele der Sensoren ziemlich weit von der Oberfläche des Kopfes entfernt sind.

Aus diesem Grund ist es wertvoll, einen MEG-Helmmacher herzustellen, der individuell auf die Köpfe von Kindern im Vorschulalter zugeschnitten ist. In diesem Clip können Sie sehen, dass sich die Sensoren unseres Kinder-MEG-Systems alle sehr nahe an der Oberfläche des Kopfes befinden. Bevor wir mit dem Experiment beginnen können, müssen mehrere Schritte abgeschlossen sein.

Im MSR prüfen wir, ob das Kind etwas aus Ferris-Material an sich hat. Hast du irgendetwas in deinen Taschen? Nein.Und sie haben den zweiten.

Wir statten das Kind mit einer Kappe aus, die fünf Markierungsspulen enthält. Dann digitalisieren wir die Kopfform des Kindes oder machen eine Zeichnung von seinen Köpfen, wie wir es nennen. Dann bringen wir das Kind in die MSR oder das Raumschiff, um das Spiel zu spielen, während wir die Krawatte vorbereiten.

Im MSR wird auf dem Bildschirm darüber ein Film ihrer Wahl abgespielt. Sobald sie sich bequem hingelegt haben, schließen wir die Tür und die Akquise beginnt. Das Experiment dauert in der Regel etwa 20 Minuten.

Wir laden das Kind ein, im Raumschiff ein Spiel zu spielen, während es einen stummgeschalteten Film anschaut. In unserem Fall hören sich die Kinder eine Reihe von Sätzen aufmerksam an und wiederholen das Wort Käse, sobald sie es hören. Der Käsegeruch aus dem Rucksack der Affen.

Gut Gemacht. Der Karottenkäse, ausgezeichnete Arbeit Akustische Reize, wie z. B. Sprache, werden durch den Plastikschlauch, den Sie auf der Brust des Kindes sehen, an die Ohren des Kindes übermittelt. Wir verwenden Schaumstoff-Ohrstücke in Kindergröße, um die Schläuche in die Ohren zu stecken.

Während der Datenerfassung wird das Kind kontinuierlich durch Videoüberwachung überwacht, und die Experimentatoren können über ein Mikrofon mit dem Kind kommunizieren. Vor der MEG-Messung befestigen wir fünf Markierungsspulen an einer Badekappe, die dann auf den Kopf des Kindes gesetzt wird. Während der MEG-Messungen werden diese verwendet, um die Kopfposition und -bewegung während der gesamten Datenerfassung zu messen und zu überwachen.

Der Forscher und die Eltern bleiben, wenn sie es wünschen, immer mit dem Kind im abgeschirmten Raum. Dies soll sicherstellen, dass sich das Kind wohl fühlt und die Bewegung minimiert wird. Am Ende des Experiments werden die Kinder mit einem Preis für die korrekte Ausführung der Aufgabe belohnt.

Welchen Aufkleber möchten Sie also wählen? Es ist eins hier auf dort. Diejenigen unter Ihnen, die mit Kindern im Vorschulalter vertraut sind, werden wissen, dass ihre erste Wahl nicht darin besteht, still in einem magnetisch abgeschirmten Raum zu liegen.

Wir verwenden eine Reihe von Techniken, um sowohl die Umgebung als auch den Prozess kinderfreundlich zu gestalten. Das Labor ist gefüllt mit kindgerechten Aufklebern und Kuscheltieren. Die Tests erfolgen über drei bis fünf Besuche im Labor.

Das erste Treffen wird in der Regel genutzt, um das Kind mit den Forschern und dem MEG-Umfeld vertraut zu machen. Das Kind beobachtet ein Spielzeug, ein Tier einen Bären oder Kermit den Frosch. Gehen Sie alle Schritte durch, die sie durchlaufen werden.

Wir stellen ein Thema für die Testsitzungen vor. Das MEG-System ist ein Raumschiff, das darauf wartet, die Kinder auf ein Weltraumabenteuer mitzunehmen. Wir haben Arbeitshefte zu diesem Thema, die die Schritte erklären, die wir durchlaufen werden, und dann mit dem Buntstift darum herum zeichnen.

Genauso wie wir ein Bild von deinem Kopf zeichnen. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Kinder in der Lage sind, sowohl während der Digitalisierung als auch während der Prüfung still zu bleiben. Okay, jetzt müssen wir frieren.

Kann man so frieren? Wir vermitteln dies, indem wir die Kinder bitten, uns zu zeigen, wie sie frieren. Gut Gemacht.

Ziemlich gut. Gefrieren. Die Wichtigkeit, einfrieren zu können, wird bei jedem Besuch im Labor verstärkt. Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass die Kinder jeden Schritt des Experiments verstehen.

Wir erklären den Kindern die Schritte in einer Sprache, die sie verstehen können. Zum Beispiel bezeichnen wir die Kappe, die die Markierungsspulen enthält, als Astronautenhelm. Fühlen Sie sich schon wie ein Astronaut?

Und wir beschreiben das Digitalisieren als das Zeichnen eines Bildes ihres Kopfes. Wenn ein Kind schüchtern oder ängstlich erscheint, verwenden wir oft Puppen, um zu veranschaulichen, worum es bei dem Experiment geht. Wir bitten auch die Kinder um ihre Hilfe, um ihnen ein besseres Verständnis dafür zu vermitteln, was wir tun werden.

Kinder helfen meist gerne einer Puppe in den magnetisch abgeschirmten Raum. Wenn das Kind trotzdem nicht in den magnetisch abgeschirmten Raum gehen möchte, haben wir einfach Spielphasen, bis es sich wohler fühlt. Wenn wir uns mit allen Schritten unseres Protokolls vertraut gemacht haben, stellen wir die experimentelle Aufgabe vor, die im MSR durchgeführt werden soll.

Mm.So erinnerst du dich, welches ist das Zauberwort, das du wiederholen musstest? Kann ich das nicht hören? Kann ich?

Können Sie das noch einmal sagen? Yes.Cheese.So zum Beispiel, wenn ich so etwas sage wie: Neulich war ich im Park und habe ein Stück Käse gesehen. Was machst du?

Wie Sie sehen können, erfordert die Durchführung von bildgebenden Untersuchungen des Gehirns mit Kindern eine spezielle Technologie und Verfahren, die über die hinausgehen, die normalerweise in Studien mit Erwachsenen verwendet werden. Zuerst haben wir einen MEG-Helm in Sondergröße entwickelt, der so konzipiert ist, dass er sich dem Kopf von Kindern anpasst und ihre Kopfbewegungen einschränkt. Zweitens haben wir das Labor mit Wandkunst und Stofftieren kinderfreundlich gestaltet.

Wir verwenden Methoden, die an die Bedürfnisse und die Motivation von Kleinkindern angepasst sind. Unser Labor ist für die Messung der kognitiven Gehirnfunktion bei gesunden und wachen Kleinkindern konzipiert. Die Anforderungen unterscheiden sich also etwas von denen, die sonst in der pädiatrischen Neurobildgebung anzutreffen sind.

Das Aufkommen von MEG-Systemen für Kinder ist ein wichtiger Fortschritt für die kognitiven Neurowissenschaften. Es wird uns ermöglichen, Messungen der Gehirnfunktion in einer Altersgruppe zu erhalten, in der eine faszinierende und dramatische Strukturierung der Gehirnfunktion stattfindet. Derzeit wissen wir nur sehr wenig über diese Entwicklungsprozesse.

Wir hoffen, diese Lücke zu schließen, indem wir die Gehirnfunktion von Kindern mit MEG untersuchen.