Die Kohärenz zwischen Gehirn Kortikale Funktion und neurokognitiven Leistungsfähigkeit während Changed Schwerelosigkeit

Bei diesem Verfahren wird eine kombinierte EEG- und Nahinfrarotspektroskopie-Aufzeichnungstechnik angewendet, um festzustellen, inwieweit die verminderte neurokognitive Leistungsfähigkeit in der Schwerelosigkeit auf die primären Effekte hämodynamischer und elektrokortikaler Veränderungen oder auf sekundäre stressbedingte Effekte zurückzuführen ist. Dies wird durch die Überwachung von Veränderungen der elektrokortikalen Aktivität der Teilnehmer während eines Parabelflugs erreicht, einschließlich Phasen der Schwerelosigkeit, der Schwerelosigkeit und der normalen Schwerkraft. Hämodynamische Veränderungen im Frontalhirn können parallel mittels Nahinfrarotspektroskopie oder Nerven überwacht werden.

Die Veränderungen der kortikalen Aktivität des Gehirns können dann mit Hilfe der elektromagnetischen Tomographie lokalisiert werden. Der letzte Schritt besteht darin, die elektrokortikalen und hämodynamischen Veränderungen zu korrelieren. Letztendlich zeigen die Ergebnisse, dass die hämodynamischen Veränderungen aufgrund veränderter Schwerkraftbedingungen mit Veränderungen der elektrokortikalen Funktion verbunden sind.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie MRT oder PET besteht darin, dass Elektrofotografie in Kombination mit Elektrotomographie und Nahinfrarotspektroskopie in extremen Umgebungen wie Parabelflügen oder Weltraumflügen mit HyperV-Schwerelosigkeit, begrenzten Lasten und begrenztem Platz möglich ist und es ermöglicht, Veränderungen der neuronalen elektrischen Aktivität und hämodynamische Abtötungsänderungen im Gehirn zu messen und zu korrelieren. Diese Methode hilft bei der Beantwortung zentraler Fragen im Bereich der Neurophysiologie und Weltraumforschung, wie z.B. veränderte Schwerkraftbedingungen, die zu hämodynamischen und elektrischen kortikalen Veränderungen führen. Es hilft zu beantworten, wo genau im Gehirn diese Veränderungen stattfinden und was die Folgen dieser Veränderungen sind.

Sobald wir die zugrundeliegenden neurophysiologischen Prozesse identifiziert haben, sobald wir identifiziert haben, was mit der kortikalen Funktion des Gehirns und der Hämodynamik passiert, während wir uns im Weltraum befinden, während wir uns in der Schwerelosigkeit befinden, sind wir in der Lage, spezifische Gegenmaßnahmen zu entwickeln, um die Lebensqualität, den Missionserfolg und die Missionssicherheit zu verbessern. Diese Methode kann also Einblicke in die Arbeitsmechanismen des Gehirns geben, oder sie könnte auch auf andere Systeme angewendet werden, wie z.B. neurologische Beeinträchtigungen neurologischer Patienten oder die grundlegende Idee, wie unser Gehirn funktioniert. Wir hatten die Idee zu dieser Forschung, als wir von neurokognitiven Dekrementen von Astronauten hörten, die im Weltraum lebten.

Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da es schwierig ist, die Analyseschritte zu erlernen, da es viele Möglichkeiten gibt, die Daten ein bis zwei Stunden vor dem Flug zu behandeln und zu analysieren. Die Teilnehmer werden in einen Raum am Flughafen gebracht, um sich auf die Experimente vorzubereiten. Zunächst wird der Kopfumfang gemessen und die Kopfhaut gereinigt, so dass die EEG-Kappe mit dem integrierten Schwestern-Optos und dem Empfänger auf den Kopf des Teilnehmers aufgesetzt werden kann.

Im nächsten Schritt werden die Positionen für die Elektroden FP eins und FP zwei markiert. Zuerst wird der Abstand zwischen dem Nasn und dem Inion mit einem Abstand gemessen, der ein Zehntel des Weges zwischen dem Sian und dem Inion beträgt. Ausgehend von der Sian werden links und rechts der Mittellinie zwei Markierungen in einem Abstand von einem 20stel des Kopfumfangs gesetzt.

Die Kappe enthält die Elektroden, die an der Kopfhaut befestigt werden, und sorgt für die korrekte Position der Sensoren. Es wird eine EEG-Kappe gewählt, die der Kopfgröße des Teilnehmers entspricht. Als nächstes wird die Kappe übergezogen.

Der Kopf und die Position des Teilnehmers werden überprüft. Die CZ-Elektrode sollte sich auf dem Scheitelpunkt und die FP eins und FP zwei befinden, und die Elektroden O eins und O2 sollten horizontal sein, und an den Markierungen wird ein Kinnriemen befestigt, um sicherzustellen, dass die Kappe in einer symmetrischen und korrekten Position bleibt. Als nächstes wird die Herzfrequenz-Elektrode platziert, dazu kann eine EEG-Elektrode verwendet werden und der Sensor wird auf der Brust des Teilnehmers platziert.

Nun wird die Impedanz der Elektroden minimiert und die Signalleitung überprüft. Jede Elektrode enthält LEDs, die beim Start der Impedanzmessung ausgelesen werden. Das Haar wird mit einer stumpfen Nadel von der Elektrodenspitze wegbewegt und das Gel zwischen der Elektrodenspitze und der Hautoberfläche injiziert, beginnend mit der Referenz- und der Masseelektrode.

Wenn das Gel injiziert wird, ändert sich die Farbe der LEDs, wenn die Impedanz abnimmt, so dass die anfängliche rote Farbe zuerst gelb und dann grün wird. Da der Zielimpedanzwert bei 25 Kiloohm erreicht wird, liefert der Akt der Elektroden ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis bei oder unter diesem Zielwert. Dieser Vorgang wird für alle Kappenelektroden wiederholt.

Sobald die Elektrodenkappe für beide Teilnehmer vorbereitet ist, erhalten die Teilnehmer Anweisungen zu den Details des Parabelflugs und dem experimentellen Zeitplan, der eingehalten wird. Den Teilnehmern wird ein schematischer Überblick über die Parabel Null bis 30 und die zu lösenden Aufgaben gegeben. Außerdem werden die mündlichen Ansagen überprüft, in denen detailliert beschrieben wird, wann und wie die Tests gestartet und gestoppt werden sollen.

Abschließend werden die Teilnehmer zur Flugvorbereitung an Bord zum Flugzeug gebracht. An Bord angekommen, werden die Teilnehmer im Versuchsaufbau nebeneinander platziert und die Sicherheitsgurte locker angelegt. Die EEG-Kabel werden mit der Elektrodensteuerbox verbunden und die Elektrodensteuerbox wird mit dem Verstärker verbunden.

Als nächstes werden die Nerven-OIDs und der Empfänger in den OID-Halter in der EEG-Kappe fixiert. An dieser Stelle wird das EEG NERS Modul gestartet. Dies steuert die Konnektivität und die Qualität des Signals.

Dann wird die Nerven- und EEG-Software gestartet und ein Arbeitsbereich zur Aufzeichnung eingerichtet. Die Daten werden geöffnet. Dann werden der Dateiname, die Aufnahmehäufigkeit und die Montage eingegeben.

Wenn Signale suboptimal sind. Die Impedanzwerte für EEG oder die Messwerte für Nerven werden nachjustiert oder es wird je nach Bedarf mehr Gel injiziert. An dieser Stelle wird mit der Aufzeichnung des EEG- und Nervensignals begonnen und die Ruhezustandsmessungen werden erfasst.

Die Teilnehmer haben an dieser Stelle noch keine Aufgaben, sondern sollen ruhig verharren und die Augen geschlossen halten. Die Aufzeichnung wird nach drei Minuten gestoppt. Nach der Ruhephase führen die Teilnehmer einen Basistest der kognitiven Aufgabe Kreidetafel-Challenge durch.

Schließlich werden alle Geräte ausgeschaltet und die EEG-Elektrodensteuerbox sowie die Optos und der Empfänger der Krankenschwester getrennt. Die gesamte Ausrüstung, einschließlich der Kamera und der iPhones, wird in einem Fach verstaut, um die Startvorbereitung für die Experimente während des Fluges zu starten. Sobald das Flugzeug eine Reiseflughöhe erreicht hat, besteht der erste Schritt darin, die Videokamera am Handlauf zu montieren und dann die Videoaufzeichnung zu starten.

Anschließend werden die Teilnehmer auf ihre Plätze gesetzt und die Sicherheitsgurte locker angelegt. Die Teilnehmer sollten mindestens für die Parabel Null bis 25 sitzen bleiben. Die iPhones werden mit Velcro am Oberschenkel der Teilnehmer befestigt.

Nun wird die Steuerbox der EEG-Elektrode angeschlossen und die Nervenoptos und der Empfänger in der Optohalterung in der Kappe fixiert. Das EEG- und Nervenmodul wird gestartet und die Qualität des EEG-Nervensignals wird durch Überprüfung der EEG-Impedanz und der NS-Messwerte überprüft. Die Ruheaufnahme wird drei Minuten lang durchgeführt.

Die erste Parabel, die als Parabel Null bezeichnet wird, wird verwendet, um den Teilnehmern die Möglichkeit zu geben, sich an das Verfahren und die Änderung der Schwerkraftbedingungen anzupassen. Während der Parabel eins bis 10 wird dann nur die EEG-Schwester im Ruhezustand aufgezeichnet, während die Teilnehmer ruhig auf ihren Sitzen sitzen und die Augen schließen. Als nächstes werden die Teilnehmer auf die kognitiven Aufgaben vorbereitet, die in zwei Blöcken mit fünf Parabeln ausgeführt werden.

Die Aufzeichnung wird vom Bediener gesteuert, der den Teilnehmern Anweisungen gibt und auch die Ergebnisse der kognitiven Tests und Zeiten speichert. In dieser kognitiven Verarbeitungsaufgabe identifiziert der Teilnehmer, welche Seite einer Gleichung größer ist als die andere Geschwindigkeit und Genauigkeit der Geschwindigkeit und Genauigkeit des Teilnehmers. Die Reaktion wird vom Programm aufgezeichnet und es wird eine abschließende Höchstpunktzahl vergeben, die von der Genauigkeit, der Geschwindigkeit und der höchsten Stufe abhängt, die der Teilnehmer während der Parabeln 11 bis 15 erreicht hat.

Während der Parabeln 16 bis 20 wird dann Teilnehmer eins diese Aufgabe in einem G und Teilnehmer zwei in null G gelegentlich ausführen. Ruhemessungen werden sowohl während der parabolischen Sequenz als auch vor der ersten und nach der letzten Parabel aufgezeichnet. Die letzten 10 Parabeln können verwendet werden, falls frühere Messungen oder Experimente wiederholt werden müssen.

Zurück am Boden dürfen die Teilnehmer und der Bediener das Flugzeug vorübergehend verlassen, bevor sie wieder in den Versuchsaufbau steigen und alles für die Nachmessungen vorbereiten. Zu diesem Zeitpunkt werden die EEG-Messungen der Krankenschwester im Ruhezustand wiederholt. Sobald alle Aufzeichnungen abgeschlossen sind und die Kappe vom Teilnehmer entfernt wird, wird das Experiment mit Hilfe der niedrig aufgelösten elektromagnetischen Tomographie des Gehirns oder Loretta beendet.

Es ist möglich, individuelle Veränderungen der kortikalen Aktivität des Frontalhirns zu bestimmen. Bei Teilnehmer eins wurde die Veränderung, die 2000 Millisekunden nach Beginn der Schwerelosigkeit stattfand, auf das neunte Broadman-Areal beschränkt, das zum dorsalen lateralen präfrontalen Kortex gehört. Diese Region spielt eine wichtige Rolle bei der Integration von sensorischen und mnemonischen Informationen im Zuge der motorischen Planungsorganisation und Regulation.

Bei Teilnehmer zwei konnten diese Veränderungen auf das neunte Broadman-Areal und auch auf das sechste Broadman-Areal beschränkt werden, den prämotorischen Kortex, der für seine Rolle bei der sensorischen Regulation im Zuge der Körperstabilisierung bekannt ist. Die nächste Spur zeigt die Nahinfrarotspektroskopie in der frontalen Hirnregion. Die schwarze Kurve zeigt den G-Pegel an.

Der gelbe Hintergrund zeigt die normale Schwerkraft an. Der blaue Hintergrund zeigt die Hypergravitation und der rosa Hintergrund die erwartete Schwerelosigkeit an. In der Schwerelosigkeitsphase kommt es zu einer Abnahme des sauerstoffreichen Blutes, wie die rote Spur zeigt, gefolgt von einer Zunahme des sauerstoffreichen Blutes in der Schwerelosigkeit.

Ähnliche Ergebnisse sind in dieser Abbildung eines anderen Teilnehmers zu sehen. Interessanterweise zeigte die Menge an sauerstoffarmem Blut, wie sie in der blauen Spur zu sehen ist, kein konsistentes Verhalten für die erste HyperV-Phase oder die Schwerelosigkeitsphase, aber bei beiden Probanden zeigte sich eine Abnahme in der zweiten HyperV-Phase. Diese Abbildung zeigt die kognitive Aufgabe für zwei Probanden für drei Messpunkte während des Trainings, die vor dem Flug in null Gs gemessen wurde, die während des Fluges gemessen wurde, und bei einem G, das auch während des Fluges gemessen wurde.

Die Werte unterscheiden sich zwischen den Probanden, was darauf hindeutet, dass die zuvor berichteten neurokognitiven Abnahmen während der Parabelflüge am ehesten auf individuelle Stressreaktionen zurückzuführen sind. Nachdem Sie dieses Video gesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die kombinierte E-, E-, G- und Knietechnik anwenden und wie Sie die elektrokortikale Aktivität und die hämodynamischen Veränderungen parallel überwachen können. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, die Qualität des Signals zu überprüfen und das Verhalten der Probanden zu überwachen.

Diese Techniken könnten den Weg für Forscher ebnen, die sich für die Funktion der Hirnrinde interessieren und die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf die Funktion der Hirnrinde erforschen, und sobald wir diese Mechanismen identifiziert haben, könnte dies Patienten, Astronauten und normalen Menschen helfen.