Überarbeitete und Neuroimaging-kompatible Versionen des Dual Task Screens

Wir haben den ursprünglichen Dual Task Screen (DTS) als tragbare, kostengünstige Maßnahme entwickelt, die Athleten mit sportinduzierten leichten Schädel-Hirn-Verletzungen bewerten kann. Wir überarbeiteten das ursprüngliche DTS für die zukünftige klinische Anwendung und entwickelten eine neuroimaging-kompatible Version des DTS, um neuronale Untergründe der Leistung von Einzel- und Dual-Taskzumessen zu messen.

In früheren Arbeiten wurden duale Testmaßnahmen verwendet, um Sportler mit kürzlicher Gehirnerschütterung zu bewerten. Unser Protokoll ist von Bedeutung, weil wir ein kürzeres, kosteneffizientes Maß entwickelt haben, das eine gleichzeitige Neurobildgebung ermöglicht. Wenn es bei Sportlern mit Gehirnerschütterung zu höheren Dual-Task-Kosten führt, wird unser Dual-Task-Screen-Maß für den Einsatz in einer Vielzahl von klinischen Umgebungen anwendbar sein.

Platzieren Sie für eine einzelne Unteraufgabe für die unteren Extremitäten drei Yogablöcke in horizontaler Position im Abstand von genau 4,5 Metern entlang eines 18 Meter langen Gehwegs und befestigen Sie intelligente Geräte fest an beiden Knöcheln des Teilnehmers. Weisen Sie den Teilnehmer an, dass er so schnell wie möglich gehen muss, während er über die Hindernisse tritt, und tippen Sie schnell auf beide Beschleunigungsmesser, um den Test zu starten, indem Sie eine Stoppuhr verwenden, um die Zeit zu messen, die der Teilnehmer benötigt, um die Aufgabe zu erledigen. Wenn die Ferse des Teilnehmers auf den Boden trifft, werden Rohdaten generiert, die analysiert werden können, um die Gangeigenschaften des Teilnehmers zu beurteilen.

Informieren Sie den Teilnehmer am Ende der Aufgabe über die Zeit, die er benötigt hat, um die Aufgabe aus seinem einzigen motorischen Zustand heraus zu erledigen. Bitten Sie dann den Teilnehmer, so viele Wörter wie möglich zu sagen, die mit einem bestimmten Buchstaben beginnen. Tippen Sie bei einer dualen Unteraufgabe für die unteren Extremitäten, nachdem Sie den Teilnehmer angewiesen haben, wie die Aufgabe ausgeführt werden soll, auf beide Beschleunigungsmesser, um die Aufgabe zu starten, und messen Sie den Teilnehmer, während er so schnell wie möglich über Hindernisse tritt, während Sie gleichzeitig so viele Wörter wie möglich sagen, die mit einem bestimmten Buchstaben beginnen.

Für eine einzelne Teilaufgabe der oberen Extremitäten markieren Sie mit Kreppband einen Abstand von 1,5 Metern zu einer Wand und weisen Sie den Teilnehmer an, hinter dem Klebeband zu stehen. Stellen Sie einen Korb mit Tennisbällen neben den Teilnehmer und lassen Sie den Teilnehmer 30 Sekunden lang mit abwechselnden Händen einen Wandwurf durchführen, wobei er für alle Bälle, die er nicht fängt, einen neuen Ball aus dem Korb verwendet. Bitten Sie den Teilnehmer am Ende der Aufgabe, 30 Sekunden lang nacheinander sieben von einer gegebenen Zahl zu subtrahieren.

Lassen Sie den Teilnehmer für eine doppelte Teilaufgabe der oberen Extremitäten den Wandwurf mit abwechselnden Händen ausführen, während er nacheinander 30 Sekunden lang sieben von einer bestimmten Zahl subtrahiert und nach Fehlwürfen bei Bedarf einen neuen Ball aus dem Korb auswählt. Um eine Neuroimaging-kompatible Aufgabe einzurichten, platzieren Sie Yogablöcke in einer vertikalen Position, um den Anfang und das Ende eines 15-Meter-Gehwegs zu markieren, und platzieren Sie zwei Yogablöcke in horizontaler Position genau fünf Meter voneinander entfernt entlang des 15-Meter-Gehwegs. Markieren Sie dann einen Abstand von 1,5 Metern zu einer glatten Wandfläche.

Messen Sie als Nächstes den Kopfumfang des Teilnehmers und setzen Sie eine entsprechend große fNIRS-Kappe mit vorplatzierten Optoden und Kurzkanaldetektoren auf den Kopf des Teilnehmers. Schalten Sie einen dedizierten Erfassungs-Laptop ein und verbinden Sie den Laptop mit dem WLAN-Netzwerk des fNIRS-Geräts. Wählen Sie in der fNIRS-Erfassungssoftware das fNIRS-Gerät aus und führen Sie eine Kalibrierung durch, um die Lichtintensität zu optimieren.

Überprüfen Sie am Ende der Kalibrierung die Signalpegel der Optoden, die akzeptabel oder ausgezeichnet sein sollten. Um Optoden mit einem weniger als akzeptablen Signalpegel zu fixieren, entfernen Sie die Optode von der Kappe und teilen Sie das Haar des Teilnehmers, um eine direkte Verbindung zur Kopfhaut des Teilnehmers zu gewährleisten. Um Neuroimaging-Daten für die untere Extremität zu erfassen, öffnen Sie die Stimulus-Präsentationssoftware und wählen Sie die Unteraufgabendatei für die unteren Extremitäten aus.

Lassen Sie den Teilnehmer auf einem Stuhl Platz nehmen und klicken Sie auf Start, um mit dem Sammeln von fNIRS-Basisdaten zu beginnen. Geben Sie die Probanden-ID, die untere Extremität, das Alter und das Geschlecht in das Popup-Fenster ein und klicken Sie auf Test starten. Informieren Sie den Teilnehmer darüber, dass eine Ruhephase beginnt, und drücken Sie die Leertaste, um eine 60-sekündige Ruhephase zu starten.

Erklären Sie dem Teilnehmer am Ende der Ruhephase den Zeitplan für die Aufgaben der unteren Extremitäten und drücken Sie die Leertaste, um den ersten Versuch zu starten. Nachdem 15 randomisierte Versuche mit den Teilaufgaben der unteren Extremitäten durchgeführt wurden, lassen Sie den Teilnehmer weitere 60 Sekunden auf dem Stuhl ruhen. Beenden Sie am Ende der Ruhephase die Unteraufgabendatei in der Stimulus-Präsentationssoftware und stoppen Sie die Datenerfassung in der fNIRS-Datenerfassungssoftware.

Entfernen Sie dann die Beschleunigungssensoren von den Knöcheln des Teilnehmers und verwenden Sie die Software, um die Analyse der oberen Extremitäten wie demonstriert durchzuführen. Erklären Sie dem Teilnehmer am Ende der Ruhephase den Zeitplan für die Aufgaben der oberen Extremitäten und drücken Sie die Leertaste, um den ersten Versuch zu starten. In diesen repräsentativen Analysen von drei männlichen Teilnehmern wurden eine langsamere Ganggeschwindigkeit, eine längere durchschnittliche Schrittdauer und eine größere Variabilität der Schrittdauer bei dualen im Vergleich zu Einzelbedingungsaufgaben beobachtet.

Im Gegensatz dazu zeigten zwei von drei Teilnehmern keine Veränderungen in der Anzahl der Gesamtschritte oder der durchschnittlichen Schrittlänge unter Single-Motor- vs. Dual-Task-Bedingungen. Zwei von drei Teilnehmern erzeugten auch weniger Wörter während der dualen kognitiven Aufgabenbedingung im Vergleich zur Einzelaufgabenbedingung. Alle drei männlichen Teilnehmer hatten motorische Dual-Task-Kosten mit weniger erfolgreichen Fängen, die während der Dual-Task-Bedingung im Vergleich zur Single-Motor-Bedingung beobachtet wurden.

Bei zwei der drei Teilnehmer wurden im Vergleich zur Einzelaufgabenbedingung auch weniger korrekte Subtraktionen während der Dual-Task-Bedingung beobachtet. Hier ist eine Karte der Platzierung der 15 LED-Quellen und 15 Detektoren auf dem Kopf des Teilnehmers zu sehen. Die Verwendung der fNIRS-Kappe während der Unteraufgaben der unteren und oberen Extremitäten ermöglicht die Messung und den Vergleich der sauerstoffhaltigen Hämoglobinwerte, die der Teilnehmer während der dualen und einmotorischen Teilaufgaben produziert.

Während des Neuroimaging-kompatiblen Dual-Testbildschirms ist es am wichtigsten, dem Teilnehmer die richtigen Anweisungen für die Aufgaben zu geben und sein Verständnis sicherzustellen. Da fNIRS es uns nur ermöglicht, oberflächliche kortikale Strukturen zu bewerten, könnten unsere Daten darauf hindeuten, dass wir die komplementäre Neurobildgebung mit etwas wie fMRT vervollständigen sollten, um tiefere Gehirnstrukturen zu bewerten.