Name: Die Kohärenz zwischen Gehirn Kortikale Funktion und neurokognitiven Leistungsfähigkeit während Changed Schwerelosigkeit (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 29 s
Description: Erfahren Sie, wie EEG und NIRS bei Parabelflügen Hirnaktivität und hämodynamische Veränderungen unter veränderter Schwerkraft untersuchen. Diese Methode ermöglicht Echtzeit-Monitoring für Raumfahrtmissionen.

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Wir möchten Brain Products GmbH für die Bereitstellung ihrer Ausrüstung, Know-how und Hilfe bedanken. Diese Studie wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über ein Stipendium des Deutschen Raumfahrtagentur (DLR) 50WB0819 finanziert.

1. Versuchsdurchführung <ol><li> Am Boden Flugvorbereitung - Das Thema Vorbereitung ist in einem separaten Raum am Flughafen erfolgen. (1-2 Stunden vor dem Flug) <ol><li> Montage des EEG / NIRS Kappe <ol><li> Elektroden und NIR-Sensoren sind an der Kopfhaut mit einer EEG-Haube befestigt. Diese Methode sorgt für die richtige Position der Sensoren. </li><li> Die Größe der Kappe wird durch die Größe des Motivs den Kopf bestimmt </li><li> Der Betreiber stellt sicher, dass der korrekte Position der Kappe. Die Cz Elektrode wird auf den Scheitel (der Punkt in der Mitte zwischen dem Nasion und Zwiebeln), die PO9-PO10 und der FP1-Fp2 Elektroden sind horizontal, ist die Kappe symmetrisch. </li><li> Die Herzfrequenz-Elektrode auf der Brust platziert </li></ol></li><li> Minimierung der Impedanz <ol><li> Die Brain Products actiCAP Elektroden werden an die Steuerung angeschlossen. </li><li> Jede Elektrode enthält LEDs, die rot werden, wenn die Impedanz-Messung wird gestartet. </li><li> Das Haar ist weg von der Spitze der Elektrode mit einer stumpfen Nadel verschoben. </li><li> Gel wird zwischen der Spitze der Elektrode und der Oberfläche der Haut injiziert. </li><li> Die Farbe der LEDs ändern, da die Impedanz sinkt. Die erste rote Farbe wird gelb, wird die gelb-grün, wenn das Ziel Impedanz Wert erreicht. </li><li> Das Ziel Impedanz 25 kOhm, da die aktiven Elektroden gutes Signal-Rausch-Verhältnis unter diesem Wert liefern. Deshalb ist die Kappe Zubereitung ist schnell und bequem. </li><li> Der Bediener startet auf der Referenz-und Masseelektroden und wiederholt für alle anderen Elektroden zu arbeiten. </li></ol></li></ol></li><li> An Bord Flugvorbereitung <ol><li> Pre-Messungen <ol><li> Themen in den Versuchsaufbau eingesetzt werden, sind die Gurte befestigt locker </li><li> Kabel angeschlossen sind, werden die Batterien geladen werden. </li><li> Der Bediener startet die EEG-und NIRS-Modul steuert die Konnektivität und die Qualität des EEG / NIRS-Signal. </li><li> Recording Ruhezustand EEG / NIRS. Die Probanden haben noch keine Aufgabe. </li><li> Die Aufnahme wird gestoppt. </li><li> Die Themen führen die kognitive Aufgabe auf dem Boden. Die kognitive Aufgabe ist es, eine Aufmerksamkeit / Berechnung Aufgabe ( <a href="http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8">http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8</a> ), wo Themen haben, die Seite einer Gleichung, die größer ist als die zu identifizieren anderen in Bezug auf Geschwindigkeit und Genauigkeit. </li></ol></li><li> Lagern Sie die Geräte <ol><li> Der Betreiber speichert die Kamera und die iPhones for take off. </li></ol></li></ol></li><li> Im Flug-Messung <ol><li> Vorbereitung <ol><li> Operator mountet die Video-Kamera an Handlauf und startet die Aufnahme. </li><li> Die iPhones sind auf dem Oberschenkel des Patienten platziert. </li><li> Der Bediener startet die EEG-und NIRS-Modul kontrolliert die Qualität des EEG / NIRS-Signal und startet die Aufnahme. </li></ol></li><li> Messung <ol><li> Die Themen führen die kognitive Aufgabe in zwei Blöcken zu je fünf Parabeln zwischen Parabel 11-15 und 16-20. Aufgabe wird in einer zufälligen Reihenfolge in der Schwerelosigkeit oder normaler Schwerkraft durchgeführt werden. Nur Ruhezustand EEG / NIRS ist während der ersten 10 Parabeln aufgezeichnet. Die letzten Parabeln verwendet bei fehlenden vorherigen Messungen werden (siehe Abbildung 1). </li><li> Der Bediener steuert die Aufnahme und weist die Untertanen. Der Betreiber wird alles aufschreiben Ergebnisse der kognitiven Tests und-zeiten. </li></ol></li></ol></li><li> Am Boden post-flight-Messung <ol><ol><li> Ruhezustand EEG / NIRS-Messung durchgeführt. </li></ol></ol></li></ol> Wir erwarten, dass erhöhte zerebrale Aktivierung in der Schwerelosigkeit zu finden, wie zuvor beschrieben (Schneider et. Al 2008 + 2009) gezeigt. Wir erwarten weitere so sehen erhöhten Sauerstoff Gewebe im Frontalhirn in der Schwerelosigkeit und unteren oxygenierten Gewebe in Hypergravitation. Die Aufmerksamkeit Aufgabe soll während des gesamten Fluges im Vergleich zu vor und nach dem Flug und vielleicht sogar noch mehr in der Schwerelosigkeit durch höhere zentrale Aktivierung und Erregung in der Schwerelosigkeit beeinträchtigt werden. 2. Repräsentative Ergebnisse Mapping der Übergang von der Hypergravitation Phase der Schwerelosigkeit konnten wir erhöhte Gehirn kortikale Aktivität im frontalen Kortex zu beobachten und verminderte Aktivität in der zeitlichen und okzipitalen Kortex 2000 - 2350 ms nach dem Beginn der Schwerelosigkeit (Abbildung 2a, b). sLORETA erlaubt die Lokalisierung dieses erhöhte frontale Aktivierung in Brodmann 9 des dorsolateralen präfrontalen Kortex, die bekanntlich in leitenden Funktionen bei der Integration von sensorischen und mnemonic Informationen im Laufe der motorischen Planung, Organisation und Regulierung beteiligt ist (Abbildung 3a, b). Darüber hinaus zeigte Sachgebiet 2 eine Erhöhung der Brodmann Area 6, im prämotorischen Cortex, die eine Rolle spielt bei der sensorischen Führung im Laufe des Körpers zu stabilisieren (siehe Abbildung 3b). Gemittelt über die ersten 10 Parabeln, offenbarte NIRS-Analyse oxygenierten Hämoglobins (HHb) Konzentration der beiden Fächer in Hypergravitation sowie erhöhte oxygenierten Hämoglobins (O2Hb) in der Schwerelosigkeit verringert. Für HHb Hämoglobin zu Sachgebiet 1 fanden wir einen Trend zu einer Erhöhung der Hypergravitation Phase vor der Schwerelosigkeit sowie eine Abnahme in der Schwerelosigkeit und der Hypergravitation Phase nach Schwerelosigkeit. In diesem Thema O2Hb war wieder auf den Ausgangswert von 10 bis 15 sec nach der Parabel. Im Gegensatz zu Sachgebiet 2 zeigte einen leichten Anstieg mit dem Rückgang der O2Hb in der Hypergravitation Phase vor der Schwerelosigkeit, ein Anstieg in der Schwerelosigkeit und einen Rückgang bei Hypergravitation nach Schwerelosigkeit. Zu diesem Thema O2Hb blieb für ca. 30 sec folgende Parabel (Abb. 4a, b) herabgesetzt werden Die kognitive Aufgabe führte zu einer verringerten Leistung Partituren für beide Teilnehmer in normaler Schwerkraft während des Fluges im Vergleich zu einem Preflight-Sitzung. Nur zu Sachgebiet 2 zeigten eine verminderte Punktzahl in Schwerelosigkeit (Abbildung 5). <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig1.jpg" alt="Abbildung 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 1"> Abbildung 1. Parabelflug-Sequenz. Reihenfolge der Aufgaben und Messungen während des Fluges; Anzahl der Parabeln in grau angezeigt, zeigen Zahlen mit Apostroph die Länge der längeren Pausen zwischen den Parabeln. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2a.jpg" alt="Abbildung 2a" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 2a"> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2b.jpg" alt="Abbildung 2b" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 2b"> Abbildung 2 Mapping Ansicht von zwei Probanden über den Zeitraum von 500 ms, bevor der Schwerelosigkeit (in Hypergravitation) bis 2500 ms in der Schwerelosigkeit. Blick von oben den Kopf; kleine Kreise zeigen Elektrodenpositionen, blaue Farbe ab und gelb bis rot steigt der electrocortical Aktivität in Mikro-Volt. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3a.jpg" alt="Abbildung 3a" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 3a"> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3b.jpg" alt="Abbildung 3b" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 3b"> Abbildung 3 Drei LORETA Aussicht. (Oben: von oben, unten links: von der linken Seite, unten rechts: von hinten) von zwei Probanden über den Zeitraum von 2000 ms bis 2350 ms nach Beginn der Schwerelosigkeit. Rote Farbe zeigt erhöhte Aktivität des Gehirns. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4a.jpg" alt="Abbildung 4a" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 4a"> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4b.jpg" alt="Abbildung 4b" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 4b"> Abbildung 4 NIRS Spuren (rot: oxygenierten Hämoglobins, blau: BOLD, schwarz: Schwerkraft-Ebene). Über den Zeitraum von einem Parabel von 40 Sekunden vor der Parabel in normaler Gravitation (1G: gelber Bereich), über die ersten Hypergravitation Phase (1,8 G: blaue Fläche), Schwerelosigkeit (0G: rote Fläche) und die zweite Hypergravitation Phase (1.8G: blaue Fläche), bis 40 sec nach der Parabel. Gravity Ebene wird invers dargestellt (Abnahme von Spurenelementen mittels Erhöhung der Schwerkraft ab 0 gleich normalen Schwerkraft (1G). Gezeigten Daten ist ein Durchschnittswert über 10 Parabeln. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig5.jpg" alt="Abbildung 5" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 5"> Abbildung 5. Spielpartitur der kognitiven Aufgabe des Teilnehmers 1 (blaue Kurve) und 2 (rote Kurve) für die Messungen Training vor dem Flug und während des Fluges in Schwerelosigkeit (0G) und normaler Gravitation (1G).

<ol><li>Santo, N. G. D. e, Cirillo, M., Kirsch, K. A., Correale, G., Drummer, C., Frassl, W., Perna, A. F., Stazio, E. D. i, Bellini, L., Gunga, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anemia+and+erythropoietin+in+space+flights%5BTitle%5D)+AND+%22Semin+Nephrol%22%5BJournal%5D)">Anemia and erythropoietin in space flights.</a> Semin Nephrol. 25, 379-387 (2005).</li>
<li>Ellis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collisions+in+space%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Collisions in space.</a> , 4-9 (2000).</li>
<li>Genik, R. J. 2nd, Green, C. C., Graydon, F. X., Armstrong, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cognitive+avionics+and+watching+spaceflight+crews+think%3A+generation-after-next+research+tools+in+functional+neuroimaging.+Aviat+Space+Environ+Med+76%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Cognitive avionics and watching spaceflight crews think: generation-after-next research tools in functional neuroimaging. Aviat Space Environ Med 76.</a> , 208-212 (2005).</li>
<li>Schneider, S., Brummer, V., Carnahan, H., Dubrowski, A., Askew, C. D., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+happens+to+the+brain+in+weightlessness%3F+A+first+approach+by+EEG+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">What happens to the brain in weightlessness? A first approach by EEG tomography.</a> Neuroimage. 42, 1316-1323 (2008).</li>
<li>Schneider, S., Brummer, V., Mierau, A., Carnahan, H., Dubrowski, A., Strueder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+brain+cortical+activity+during+parabolic+flights+has+no+influence+on+a+motor+tracking+task%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Increased brain cortical activity during parabolic flights has no influence on a motor tracking task.</a> Exp Brain Res. 185, 571-579 (2008).</li>
<li>Schneider, S., Brummer, V., Gobel, S., Carnahan, H., Dubrowski, A., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parabolic+flight+experience+is+related+to+increased+release+of+stress+hormones%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Parabolic flight experience is related to increased release of stress hormones.</a> Eur J Appl Physiol. 100, 301-308 (2007).</li>
</ol>

Die Produktion dieser Artikel wurde von Brain Products, GmbH gesponsert. Roland Csuhaj ist ein Mitarbeiter von Brain Products GmbH, die ein Instrument in diesem Artikel verwendet produziert.

Aufgrund fehlender bildgebenden Methoden unter extremen Bedingungen so weit das zugrunde liegende neurophysiologische Prozesse für Wertminderungen in die kognitive Leistungsfähigkeit und psychische Verfassung wurden nicht untersucht. In diesem Papier waren wir in der Lage, Veränderungen im Gehirn kortikale Aktivität und die Sauerstoffversorgung Ebene im Rahmen einer Parabelflug-Display und zu lokalisieren diese Veränderungen innerhalb des Gehirns mittels EEG in Verbindung mit LORETA und NIRS. Wie erwartet, fanden wir eine Zunahme in electrocortical Aktivität während der Schwerelosigkeit, die in frontaler Hirnregionen (Brodmann Bereiche 9 +6) lokalisiert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass etwa 2000 ms nach dem Übergang Gehirn kortikale Aktivität vor allem in frontalen Hirnregionen verändert. Man könnte annehmen, dass diese erhöhte Aktivität in Brodmann Area 6 und 9, die Mechanismen des Gehirns Erfassung und Verarbeitung verändert Schwerelosigkeit, um Körper Stabilität sowie motorischen Fähigkeiten in veränderter Schwerkraft Bedingungen halten reflektiert werden. In Bezug auf hämodynamische Veränderungen ergaben, dass die NIRS O2Hb des Frontalhirns dramatisch sinkt in der ersten Phase Hypergravitation und erhöht in der Schwerelosigkeit, während HHb zeigte nur moderate Änderungen. Dementsprechend kann dieser Effekt nicht zu einer Verlagerung des Blutvolumens allein zugeschrieben werden. Wahrscheinlicher scheint dies eine Art der zerebralen Autoregulation widerspiegeln, zumal die Erhöhung der O2Hb lange auftritt, bevor der Übergang von 1,8 G auf 0G (vor allem in Abbildung 4). Im Gegensatz O2Hb und HHB beide Rückgang im zweiten Hypergravitation Phase. Die Ergebnisse der kognitiven Aufgabe zeigen keine deutlichen Beeinträchtigung während der normalen Schwerkraft oder Schwerelosigkeit an Bord im Vergleich zu einem Preflight-Sitzung. Basierend auf den Ergebnissen von zwei Themen keine klare Aussage möglich ist, ob Parabelflügen Schwerelosigkeit zusammen mit seiner Steigerung der Hirnaktivität und die Sauerstoffversorgung Ebene einen Einfluss auf die kognitive Leistungsfähigkeit haben. Frühere Studien geben Grund zu der Annahme, dass in diesem Zusammenhang betonen, könnte auch eine Rolle spielen (Schneider et al. 2007), konnte jedoch keine Veränderungen in Cortisol-Konzentration für beide Fächer gewonnen werden. Weitere Daten werden benötigt, um diese Ergebnisse zu validieren und Korrelation der Veränderungen im Gehirn kortikale Aktivität, hämodynamischen Veränderungen sowie die kognitive Leistung zu ermöglichen. Dieses Papier soll die Überwachung der lokalen Veränderungen im Gehirn kortikale Aktivität und die Sauerstoffversorgung Ebene in unterschiedlichen Phasen der veränderten Schwerkraft zeigen, wird durch die Verwendung in Kombination mit NIRS und LORETA EEG möglich. Diese Ergebnisse sind ein Erfolg für die Weltraumforschung und ermöglicht die Anzeige komplexer und lokalen Veränderungen des Gehirns kortikale Aktivität in Hypergravitation oder Schwerelosigkeit und korrelierende psychische oder motorische Tests mit objektiven Veränderungen im Gehirn. Der nächste Schritt ist, diese Methode bei langfristigen Weltraummissionen gelten.

die kohärenz zwischen gehirn kortikale funktion und neurokognitiven leistungsfähigkeit während changed schwerelosigkeit

Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

Frühere Studien der kognitiven, psychischen und / oder motorische Prozesse während der kurz-, mittel-und langfristige Schwerelosigkeit bisher nur in der Natur beschreibend, und konzentrierte sich auf psychologische Aspekte. Bis jetzt hat objektive Beobachtung der neurophysiologischen Parameter nicht durchgeführt - ohne Zweifel, weil die technischen und methodischen Mittel bisher nicht zur Verfügung -, Untersuchungen zu den neurophysiologischen Auswirkungen der Schwerelosigkeit noch in den Kinderschuhen (Schneider et al 2008).. Während bildgebende Verfahren wie die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Magnetresonanztomographie (MRT) wäre kaum anwendbar im Raum, stellt die nicht-invasive Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS)-Technik eine Methode zur Kartierung hämodynamische Vorgänge im Gehirn in Echtzeit das ist sowohl relativ kostengünstig, und das kann auch unter extremen Bedingungen eingesetzt werden. Die Kombination mit der Elektroenzephalographie (EEG) eröffnet die Möglichkeit, im Anschluss an die electrocortical Prozesse unter sich ändernden Bedingungen der Schwerkraft mit einer feineren zeitlichen Auflösung sowie mit tieferen Lokalisation, zum Beispiel mit electrotomography (LORETA). Frühere Studien zeigten eine Zunahme der Beta-Frequenz Tätigkeit unter normalen Bedingungen der Schwerkraft und eine Abnahme unter Schwerelosigkeit während eines Parabelflug (Schneider et al. 2008a + b). Tilt Studien zeigten unterschiedliche Veränderungen der Gehirnfunktion, die darauf hindeuten lassen, dass Änderungen in Parabelflug kann emotionale Prozesse statt hämodynamischen Veränderungen anzupassen. Es ist jedoch noch unklar, ob diese Auswirkungen veränderter Schwerkraft oder hämodynamischen Veränderungen im Gehirn sind. Die Kombination EEG / LORETA und NIRS sollte zum ersten Mal machen es möglich, die Wirkung der Schwerelosigkeit und reduzierter Schwerkraft auf beiden hämodynamischen und elektrophysiologischen Vorgänge im Gehirn abzubilden. Zunächst ist dies als Teil einer Machbarkeitsstudie bei einem Parabelflug durchgeführt werden. Danach ist es auch geplant, beide Techniken im mittel-und langfristige Nutzung der Raumfahrt. Es ist davon auszugehen, dass die langfristige Umverteilung des Blutvolumens und der damit verbundenen Erhöhung der Sauerstoffversorgung des Gehirns zu Veränderungen im zentralen Nervensystem, die auch verantwortlich für die anämische Prozesse führen werden, und die wiederum die Leistung reduzieren (De Santo et al. 2005), was bedeutet, dass sie sein könnten entscheidend für den Erfolg und die Sicherheit einer Mission (Genik et al. 2005, Ellis 2000). Abhängig von diesen Ergebnissen wird es notwendig sein, zur Entwicklung und Nutzung umfangreicher Gegenmaßnahmen. Erste Ergebnisse für die MARS500 Studie deuten darauf hin, dass, zusätzlich zu ihrer Bedeutung im Kontext des Herz-Kreislauf-und Bewegungsapparat, Sport und körperliche Aktivität können eine Rolle bei der Verbesserung der neurokognitiven Parametern spielen. Vor diesem vollständig eingeführt werden kann, jedoch scheint es notwendig, mehr über den Einfluss der wechselnden Zustand der Schwerelosigkeit auf neurophysiologische Prozesse und die damit verbundenen neurokognitiven Beeinträchtigungen.

Die Wirkung der Schwerelosigkeit und Hypergravitation auf beiden hämodynamischen und elektrophysiologischen Vorgänge im Gehirn wird sich während der Parabelflug von EEG-und NIRS-Techniken verfolgt werden. Eine Machbarkeitsstudie für eine komplexere Experiment, das geplant durchführen, bei mittel-und langfristige Raumfahrt ist.

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

Bisherige Studien zu kognitiven, mentalen und/oder motorischen Prozessen während kurz-, mittel- und langfristiger Schwerelosigkeit waren lediglich deskriptiv und ...

Dieses Verfahren wendet eine kombinierte EEG- und Nahinfrarotspektroskopie-Aufzeichnungstechnik an, um zu ermitteln, inwieweit eine verminderte neurokognitive Leistungsfähigkeit in Schwerelosigkeit auf die primären Effekte hämodynamischer und elektrokortikaler Veränderungen oder auf sekundäre, stressbedingte Effekte zurückzuführen ist. Dies wird erreicht, indem Veränderungen der elektrokortikalen Aktivität der Teilnehmer während eines Parabelfluges überwacht werden, einschließlich Phasen der Mikrogravitation, Mikrogravitation und Normalgravitation. Hämodynamische Veränderungen im frontalen Gehirnbereich können parallel mittels Nahinfrarotspektroskopie oder Nerven überwacht werden.Die Veränderungen der kortikalen Hirnaktivität können anschließend mittels elektromagnetischer Tomographie lokalisiert werden. Im letzten Schritt erfolgt die Korrelation der elektrischen kortikalen und hämodynamischen Veränderungen. Letztendlich zeigen die Ergebnisse, dass die hämodynamischen Veränderungen aufgrund veränderter Schwerkraftbedingungen mit Veränderungen der elektrischen kortikalen Funktion assoziiert sind.Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie MRT oder PET liegt darin, dass die Elektrophotographie in Kombination mit Elektrotomographie und Nahinfrarotspektroskopie unter extremen Bedingungen wie Parabelflügen oder Weltraumflügen mit HyperV-Schwerelosigkeit, begrenzten Lasten und begrenztem Platz durchführbar ist, und dass sie es ermöglicht, Veränderungen in der neuronalen elektrischen Aktivität und den hämodynamischen Veränderungen im Gehirn zu messen und miteinander zu korrelieren. Diese Methode hilft, zentrale Fragen auf dem Gebiet der Neurophysiologie und der Raumforschung zu beantworten, beispielsweise wie veränderte Schwerkraftbedingungen zu hämodynamischen und elektrischen kortikalen Veränderungen führen. Sie trägt dazu bei, genau zu lokalisieren, wo im Gehirn diese Veränderungen stattfinden, und welche Konsequenzen sie haben. Nachdem wir die zugrunde liegenden neurophysiologischen Prozesse identifiziert haben, nachdem wir ermittelt haben, was mit der kortikalen Hirnfunktion und der Hämodynamik geschieht, während wir uns im Weltraum, in Schwerelosigkeit befinden, sind wir in der Lage, gezielte Gegenmaßnahmen zu entwickeln, um die Lebensqualität, den Missionserfolg und die Missionsicherheit zu verbessern. Diese Methode kann daher Einblicke in die Arbeitsmechanismen des Gehirns liefern oder auch auf andere Systeme angewandt werden, beispielsweise auf neurologische Beeinträchtigungen bei neurologischen Patienten oder auf das grundlegende Verständnis, wie unser Gehirn funktioniert. Die Idee zu dieser Forschung entstand zunächst, als wir von neurokognitiven Einbußen bei Astronauten hörten, die im Weltraum leben.Die visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da es schwierig ist, die Analyseschritte zu erlernen, da es viele Möglichkeiten gibt, die Daten zu behandeln und zu analysieren. Ein bis zwei Stunden vor dem Flug werden die Teilnehmer in einen Raum am Flughafen gebracht, um sich auf die Experimente vorzubereiten. Zunächst wird ihr Kopfumfang gemessen und ihre Kopfhaut gereinigt, damit die EEG-Kappe mit den integrierten Nurse-Optos und Empfänger auf dem Kopf des Teilnehmers platziert werden kann.Der nächste Schritt besteht darin, die Positionen für die FP1- und FP2-Elektroden zu markieren. Zunächst wird der Abstand zwischen Nasion und Inion gemessen. Danach wird ein Punkt im Abstand von einem Zehntel der Strecke zwischen Nasion und Inion bestimmt. Von diesem Punkt ausgehend werden zwei Markierungen links und rechts der Mittellinie im Abstand von einem Zwanzigstel des Kopfumfangs angebracht.Die Kappe enthält die Elektroden, die am Kopf angebracht werden, und gewährleistet die korrekte Position der Sensoren. Es wird eine EEG-Kappe ausgewählt, die zur Kopfgröße des Probanden passt. Anschließend wird die Kappe übergestreift.Die Position des Kopfes der Versuchsperson wird überprüft. Die CZ-Elektrode sollte auf dem Scheitelpunkt liegen, und die FP1-, FP2- sowie die O1- und O2-Elektroden sollten horizontal ausgerichtet und auf den Markierungen sitzen. Ein Kinnriemen wird befestigt, um sicherzustellen, dass die Kappe in einer symmetrischen und korrekten Position bleibt. Anschließend wird die Herzfrequenzelektrode platziert; hierfür kann eine EEG-Elektrode verwendet werden, wobei der Sensor auf der Brust der Versuchsperson angebracht wird.Jetzt wird die Impedanz der Elektroden minimiert und die Signalübertragung überprüft. Jede Elektrode enthält LEDs, die beim Start der Impedanzmessung ausgelesen werden. Das Haar wird mit einer stumpfen Nadel von der Elektrodenspitze weggeschoben, und Gel wird zwischen die Elektrodenspitze und die Hautoberfläche injiziert, beginnend mit den Referenz- und Erdungselektroden.Während das Gel injiziert wird, ändert sich die Farbe der LEDs, da die Impedanz abnimmt, sodass die anfängliche rote Farbe zunächst gelb und dann grün wird. Wenn der Zielwert der Impedanz bei 25 Kiloohm erreicht ist, gewährleisten die Elektroden ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis bei oder unterhalb dieses Zielwerts. Dieses Verfahren wird für alle Kapillarelektroden wiederholt.Nachdem die Elektrodenkappe für beide Teilnehmer vorbereitet wurde, erhalten die Teilnehmer Anweisungen zu den Einzelheiten des Parabelflugs und zum experimentellen Zeitplan, dem gefolgt wird. Den Teilnehmern wird ein schematischer Überblick über die Parabeln null bis 30 sowie über die durchzuführenden Aufgaben gegeben. Außerdem werden die mündlichen Ankündigungen besprochen, die genau festlegen, wann und wie die Tests begonnen und beendet werden sollen.Schließlich werden die Teilnehmer zum Flugzeug für die Vorbereitung des Fluges an Bord gebracht. Nachdem sie an Bord sind, nehmen die Teilnehmer nebeneinander im Versuchsaufbau Platz, und die Sicherheitsgurte werden locker angelegt. Die EEG-Kabel werden an die Elektroden-Steuerbox angeschlossen, und die Elektroden-Steuerbox wird mit dem Verstärker verbunden.Anschließend werden die Nerven-OIDs und der Empfänger in der OID-Halterung in der EEG-Kappe befestigt. Zu diesem Zeitpunkt wird das EEG-NERS-Modul gestartet, das die Konnektivität und die Signalqualität steuert.Dann werden die Nerven- und EEG-Software gestartet und ein Arbeitsbereich zum Aufzeichnen geöffnet. Die Daten werden geöffnet. Anschließend werden Dateiname, Aufzeichnungsfrequenz und Montage eingegeben.Falls Signale suboptimal sind, werden die Impedanzwerte für das EEG oder die DAQ-Werte für die Nerven neu eingestellt oder nach Bedarf mehr Gel injiziert. An diesem Punkt werden die Aufnahme des EEG und des Nervensignals gestartet, und es werden Messungen des Ruhezustands vor der Behandlung (prem) durchgeführt.Die Teilnehmer haben an dieser Stelle keine Aufgaben zu erledigen, sollten jedoch still sitzen, entspannt bleiben und die Augen geschlossen halten. Die Aufnahme wird nach drei Minuten beendet. Nach der Ruhephase führen die Teilnehmer einen Baseline-Test der kognitiven Aufgabe Chalkboard Challenge durch.Schließlich werden alle Geräte ausgeschaltet und die EEG-Elektroden-Steuerbox sowie die Optos und der Empfänger der Krankenschwester getrennt. Die gesamte Ausrüstung, einschließlich der Kamera und der iPhones, wird zur Vorbereitung auf den Start in einem Fach verstaut, bevor die Experimente im Flug beginnen. Sobald das Flugzeug eine Reiseflughöhe erreicht hat, besteht der erste Schritt darin, die Videokamera am Handlauf zu befestigen und anschließend die Videoaufnahme zu starten.Danach werden die Teilnehmer auf ihre Plätze gesetzt und die Sicherheitsgurte locker angelegt. Die Teilnehmer sollten mindestens von Parabel null bis 25 sitzen bleiben. Die iPhones werden mit Klettband am Oberschenkel der Teilnehmer befestigt.Jetzt wird die EEG-Elektroden-Steuerbox angeschlossen und die Nerven-Optos sowie der Empfänger in der Opto-Halterung in der Kappe befestigt. Das EEG- und Nervenmodul wird gestartet, und die Qualität des EEG-Nervensignals wird überprüft, indem die EEG-Impedanz und die NS-DAQ-Werte kontrolliert werden. Es wird eine Ruheaufnahme über drei Minuten durchgeführt.Die erste Parabel, die als Parabel null bezeichnet wird, dient dazu, den Teilnehmern die Anpassung an das Verfahren und die Veränderung der Schwerkraftbedingungen zu ermöglichen. Anschließend wird während der Parabeln eins bis zehn ausschließlich Ruhezustands-EEG-Aktivität aufgezeichnet, während die Teilnehmer mit geschlossenen Augen ruhig auf ihren Sitzen sitzen. Danach werden die Teilnehmer auf die kognitiven Aufgaben vorbereitet, die während zweier Blöcke aus jeweils fünf Parabeln durchgeführt werden.Die Aufnahme wird von dem Bediener gesteuert, der den Teilnehmern Anweisungen gibt und außerdem die Ergebnisse der kognitiven Tests sowie die Zeiten speichert. Bei dieser kognitiven Verarbeitungsaufgabe identifiziert der Teilnehmer, welche Seite einer Gleichung größer ist als die andere, wobei Geschwindigkeit und Genauigkeit des Teilnehmers berücksichtigt werden. Die Antwort wird vom Programm aufgezeichnet, und eine endgültige Punktzahl wird vergeben, die von der Genauigkeit, der Geschwindigkeit und dem höchsten Level abhängt, das der Teilnehmer während Parabel 11 bis 15 erreicht hat.Teilnehmer eins führt diese Aufgabe in Schwerelosigkeit (0 G) aus, Teilnehmer zwei in Erdanziehung (1 G). Anschließend führt Teilnehmer eins während der Parabeln 16 bis 20 die Aufgabe in 1 G aus, während Teilnehmer zwei gelegentlich in Schwerelosigkeit (0 G) arbeitet. Ruhezustandsmessungen werden ebenfalls während der Parabelsequenz sowie vor der ersten und nach der letzten Parabel aufgezeichnet. Die letzten 10 Parabeln können genutzt werden, falls zuvor durchgeführte Messungen oder Experimente wiederholt werden müssen.Einmal wieder am Boden angekommen, dürfen die Teilnehmer und der Bediener das Flugzeug vorübergehend verlassen, bevor sie erneut die Versuchsanordnung betreten und alles für die Nachmessungen vorbereiten. Zu diesem Zeitpunkt werden die EEG-Messungen im Ruhezustand durch die EEG-Pflegekraft wiederholt. Sobald alle Aufnahmen abgeschlossen sind und die Kappe vom Teilnehmer entfernt wurde, endet das Experiment unter Verwendung der niederauflösenden brain electromagnetic tomography oder Loretta.Es ist möglich, individuelle Veränderungen der frontalen kortikalen Hirnaktivität zu bestimmen. Bei Teilnehmer eins wurde die Veränderung, die 2000 Millisekunden nach Beginn der Mikrogravitation auftrat, dem Brodmann-Areal neun zugeordnet, das zum dorsolateralen präfrontalen Kortex gehört. Diese Region spielt eine wichtige Rolle bei der Integration sensorischer und mnemonischer Informationen im Verlauf der Organisation und Regulation motorischer Planung.Bei Teilnehmer zwei konnten diese Veränderungen auf das Brodmann-Areal neun sowie auf das Brodmann-Areal sechs, den prämotorischen Cortex, lokalisiert werden, der für seine Rolle bei der sensorischen Regulation während der Körperstabilisierung bekannt ist. Diese nächste Spur zeigt die Nahinfrarotspektroskopie in der frontalen Hirnregion. Die schwarze Kurve zeigt den G-Wert an.Der gelbe Hintergrund zeigt normale Schwerkraft an. Der blaue Hintergrund zeigt Hypergravitation und der rosa Hintergrund Mikrogravitation, wie erwartet. Es zeigt sich eine Abnahme des sauerstoffangereicherten Blutes, wie durch die rote Kurve in der Mikrogravitationsphase dargestellt, gefolgt von einer Zunahme des sauerstoffangereicherten Blutes in der Mikrogravitationsphase.Ähnliche Ergebnisse sind in dieser Abbildung eines weiteren Probanden zu sehen. Interessanterweise zeigte die Menge an desoxygeniertem Blut, wie durch die blaue Kurve dargestellt, kein konsistentes Verhalten während der ersten HyperV-Phase oder der Schwerelosigkeitsphase, nahm jedoch bei beiden Probanden in der zweiten HyperV-Phase ab. Diese Abbildung zeigt die kognitive Aufgabe für zwei Probanden an drei Messzeitpunkten während des Trainings, die vor dem Flug bei Null G, während des Flugs bei Schwerelosigkeit und bei einem G ebenfalls während des Flugs gemessen wurde.Die Werte unterscheiden sich zwischen den Probanden, was darauf hindeutet, dass die zuvor bei Parabelflügen berichteten neurokognitiven Einbußen höchstwahrscheinlich auf individuelle Stressreaktionen zurückzuführen sind. Nachdem Sie dieses Video angesehen haben, sollten Sie gut verstehen, wie die kombinierte e, e, g- und Knie-Technik angewendet wird sowie wie elektrokortikale Aktivität und hämodynamische Veränderungen parallel überwacht werden können. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, die Qualität des Signals zu überprüfen und das Verhalten der Probanden zu beobachten.Diese Techniken könnten für Forscher, die an der kortikalen Hirnfunktion interessiert sind und die Auswirkungen von Mikrogravitation auf die kortikale Hirnfunktion untersuchen möchten, den Weg ebnen, und sobald wir diese Mechanismen identifiziert haben, könnte dies Patienten, Astronauten sowie normalen Menschen helfen.

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Forschung

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Gleichzeitige Scalp Elektroenzephalographie (EEG), Elektromyographie (EMG) und Ganzkörper-Segment Inertial Recording für Multi-modal Neural Decoding

Dieses Video stellt eine Methode zur Untersuchung altersbedingter Veränderungen der funktionellen Konnektivität der kognitiven Steuerungsnetzwerke durch gezielte Aufgaben / Prozesse beschäftigt. Die Technik basiert auf multivariate Analyse von fMRI-Daten.

Eine Methode zur Untersuchung altersbedingte Unterschiede in der Funktions Konnektivität der kognitiven Kontrolle Networks Verbunden mit Performance-Dimensional Change Card sortieren

Raumfahrt Blutdiagnostik brauchen Innovation. Wenige Demonstrationen wurden veröffentlicht Darstellung im Flug, reduzierte Schwerkraft Gesundheit Diagnosetechnik. Hier präsentieren wir eine Methode zur Konstruktion und den Betrieb einer Parabelflug-Prüfstand für einen Prototyp Point-of-Care-Durchflusszytometrie Design, mit Komponenten und Vorbereitung Strategien anpassbar an andere Setups.

Reduzierte Gravitationsbereich Hardware Demonstrationen eines Prototyps Miniaturisierte Durchflusszytometer und Companion Microfluidic Mischtechnik

Es gibt eine große Variabilität in das individuelle Risiko für Gehirnerschütterung und die entsprechenden Wiederherstellung. Ein facettenreichen Ansatz zur Gehirnerschütterung Auswertung gewährleistet; einschließlich der Grundlinie Tests der Athleten vor der Teilnahme an Sport und zeitnahe Auswertung nach der Verletzung. Ziel dieses Protokolls ist es, eine angemessene facettenreichen Ansatz zur Gehirnerschütterungen zu untersuchen ist.

Eine neurowissenschaftliche Ansatz zur Untersuchung von Gehirnerschütterungen in Schüler-Athleten

Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) über dem Kleinhirn übt eine Fernwirkung auf den präfrontalen Kortex aus, die Kognition und Leistung modulieren kann. Dies wurde anhand von zwei Informationsverarbeitungsaufgaben unterschiedlicher Komplexität demonstriert, wobei nur kathodale tDCS die Leistung verbesserte, wenn die Aufgabe schwierig, aber nicht einfach war.

Stetig Cognition Mit Transkranielle Gleichstromstimulation des Kleinhirns

Die Wahrnehmung der Schwerkraft wird gemeinhin durch die subjektive visuelle Vertikale in der Kopfaufrechtstellung bestimmt. Die zusätzliche Beurteilung an Kopfneigungen von 15° und 30° in der Walzenebene sorgt für einen erhöhten Informationsgehalt zur Erkennung einer beeinträchtigten Gravizeptivwahrnehmung.

Bewertung der statischen Gravizeptiven Wahrnehmung in der Rollebene mit dem subjektiven visuellen vertikalen Paradigma

In diesem Artikel beschreiben wir den Versuchsaufbau, das Material und die Verfahren zur Beurteilung reflexiver Augenbewegungen, der Selbstbewegungswahrnehmung und kognitiver Aufgaben unter magnetischer vestibulärer Stimulation sowie der anatomischen Orientierung der vestibulären Organe in einem 7-Tesla-Magnetresonanztomographen (7T-MRT).

Messung des Einflusses der magnetischen vestibulären Stimulation auf Nystagmus, Selbstbewegungswahrnehmung und kognitive Leistung in einem 7T-MRT

Hier stellen wir eine neuartige, kurze und aktive räumliche Navigationsaufgabe vor, die sowohl die räumliche Navigation als auch die episodische Gedächtnisleistung bewertet. Wichtig ist, dass räumliche Navigation und episodisches Gedächtnis miteinander verbunden waren, und diese Aufgabe zeigte die Sensibilität für Bewegung.

Bewertung der menschlichen räumlichen Navigation im virtuellen Raum und ihrer Empfindlichkeit gegenüber Bewegung

Die Methodik untersuchte visuelle und vestibuläre Beiträge zur Blickstabilisierung während optokinetischer und Ganzkörperrotationen. Die Stimulation erfolgte durch visuelle, vestibuläre und visuovestibuläre Studien. Die Torsions-Augenbewegungsverstärkung und die Nystagmusfrequenzen dienten als Indikatoren für die subkortikale Weiterleitung sensorischer Bewegungsinformationen an die reflexive Hirnstammreaktion für jeden Versuch.

Verwendung von Eye-Tracking zur Beurteilung der relativen Bedeutung von visuellem und vestibulärem Input für die subkortikale Bewegungsverarbeitung in der Rollebene

Wir verwenden magneto-und Elektroenzephalographie (MEG / EEG) mit anatomischen Information durch Magnetresonanztomographie (MRI) aufgenommenen kombiniert, um die Dynamik des kortikalen Netzwerk mit auditorischen Aufmerksamkeit zugeordnet abzubilden.

Mapping Kortikale Dynamics Mit Simultaneous MEG / EEG und anatomisch eingeschränkt Minimum-Norm Schätzungen: ein Auditory Achtung Beispiel

Erfahren Sie, wie EEG und NIRS bei Parabelflügen Hirnaktivität und hämodynamische Veränderungen unter veränderter Schwerkraft untersuchen. Diese Methode ermöglicht Echtzeit-Monitoring für Raumfahrtmissionen.

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

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