Evaluación de la lateralización cerebral en niños con ultrasonido Doppler transcraneal funcional (FTCD)

Summary

Funcionales sonografía Doppler transcraneal (FTCD) es una técnica de ultrasonido simple y no invasiva que puede ser utilizado para evaluar la lateralización de las funciones cognitivas, especialmente el idioma, y ​​es adecuado para su uso con los niños.

Abstract

Hay muchas preguntas sin respuesta acerca de la lateralización cerebral. En particular, no queda claro cuáles son los aspectos del lenguaje no verbal y la capacidad son lateralizado, si existen desventajas asociadas con patrones atípicos de la lateralización cerebral, y si la lateralización cerebral se desarrolla con la edad. En el pasado, los investigadores interesados ​​en estas cuestiones tienden a utilizar la lateralidad como una medida aproximada de la lateralización cerebral, pero esto no es satisfactorio debido a la lateralidad es sólo un indicador débil e indirectos de la lateralidad de las funciones cognitivas ^1. Otros métodos, tales como resonancia magnética funcional, son caros para estudios a gran escala, y no siempre es factible con ² niños.

Aquí vamos a describir el uso de la ecografía Doppler transcraneal funcional (FTCD) como un costo-efectivo, método no invasivo y confiable para la evaluación de la lateralización cerebral. El procedimiento consiste en medir el flujo sanguíneo en la arteria cerebral media a través de una sonda de ultrasonido colocado justo delante de la oreja. Nuestro trabajo se basa en el trabajo de Runa Aaslid, quien co-presentó TCD en 1982, y Stefan Knecht, Deppe Michael y sus colegas de la Universidad de Münster, que fue pionero en el uso de la medición simultánea de izquierda y centro derecha el flujo cerebral sanguíneo de la arteria, e ideó un método de corrección de la actividad de latidos del corazón. Esto hizo posible que para ver un claro aumento en el flujo sanguíneo en el lado izquierdo durante la generación del lenguaje, con lateralización acuerdo y con la obtenida por otros métodos ^3.

La arteria cerebral media tiene un territorio vascular muy amplio (ver Figura 1) y el método no proporciona información útil acerca de la localización dentro de un hemisferio. Nuestra experiencia sugiere que es particularmente sensible a las tareas que implican la producción del lenguaje explícito o implícito. La tarea del "patrón oro" es una tarea de generación de palabras (por ejemplo, pensar en tantas palabras como usted que puede comenzar con 'B' de la carta) ^4, pero esto no es adecuado para niños pequeños y otras con la escritura. En comparación con otros métodos de imágenes cerebrales, FTCD es relativamente poco afectada por los artefactos de movimiento de hablar, por lo que son capaces de obtener un resultado fiable de las tareas que incluyen imágenes que describen en voz alta ^5,6. En consecuencia, hemos desarrollado una tarea de los chicos, que consiste en buscar en el vídeo-clips que cuentan una historia, a continuación, describir lo que fue visto.

Protocol

1. Utilizando FTCD para evaluar la lateralización del lenguaje en los niños

1. Cuando sea posible, familiarizar al niño con imágenes que muestran los personajes de las historias de vídeo en una sesión aparte antes de introducirlos al sistema Doppler.
2. Es importante que el procedimiento incluye pruebas suficientes para obtener una medida fiable: lo ideal es 20 o más, aunque hemos obtenido información útil con tan poco como 10 a 15 pruebas. Cada ensayo consiste en un período de relajación, para ser utilizado como punto de partida, seguido por la activación del lenguaje. Velocidad del flujo sanguíneo durante el periodo de activación se compara con la línea de base. Hemos encontrado que es posible utilizar el período, mientras el niño observa pasivamente un clip de 12 segundos de vídeo como punto de partida. Esto ayuda a evitar el aburrimiento. La línea base es seguido por un período de respuesta de 10 segundos en el que se pide al niño que describa lo que sucedió. Esto es seguido por un período de descanso 16 segundos.
3. El momento en que el procedimiento es importante para detectar cambios en la velocidad del flujo sanguíneo debido a la demanda metabólica, que puede tardar hasta 7 segundos. Nosotros usamos las tareas informatizadas, escrito en la presentación o Matlab, que controlan el tiempo de cada prueba. Fundamentalmente, estos programas también enviar impulsos a los equipos que registra un marcador en el archivo de datos Doppler para indicar el comienzo del periodo de activación. Estos se utilizan en el análisis de datos para determinar los períodos de referencia y la activación del flujo sanguíneo.
4. Usamos un sistema de multi-dop que permite la grabación de ultrasonido de los lados izquierdo y derecho simultáneamente. Lo mejor es que el sistema Multi-dop configurado y listo para ir antes de que el participante llega. Asegúrese de que las sondas están conectadas al sistema Multi-dop antes de encenderlo. Compruebe que el ordenador está conectado estímulo, a través del puerto paralelo, el equipo Multi-DOP y las pulsaciones de una se ve en el otro. Asegúrese de que el filtro pasa-altos es de 300 Hz para ambas partes y comprobar la profundidad de insonación (45-55 mm) y la potencia de la señal. El sistema cuenta con los límites establecidos en los diferentes parámetros para asegurar que sólo los niveles de seguridad pueden ser utilizados.
5. Un código de participante deberá registrarse en los archivos de Multi-dop de datos con el fin de la condición, el grupo o los datos demográficos correspondientes.
6. El sistema debe ser detenido mientras se preparan las sondas. Cada sonda de ultrasonido se cubre con un gel que proporciona un contacto entre la sonda y la piel. Use una cantidad generosa de gel para mantener el mejor contacto posible.
7. Ahora es el momento de iniciar la sesión. Comprobar si el niño necesita ir al baño antes de empezar! Demostramos el auricular con animales de juguete, y asegúrese de que el niño entienda lo que va a pasar y lo que se le pide que haga. Es particularmente importante que comprendan la necesidad de guardar silencio después del periodo de activación, de manera que la señal pueda volver a los valores basales. Los niños deben estar sentados cómodamente en una tarea completa puede durar entre 20 y 30 minutos y un montón de movimientos corporales graves pueden interferir con la señal Doppler.
8. La parte más difícil del procedimiento es la colocación de las sondas cubiertas de gel. Los nuevos usuarios deben ser conscientes de que se necesita práctica para convertirse en un experto en esta parte del proceso. No es una simulación por ordenador de Rune Aaslid útil que puede ayudar con la capacitación
   ( http://www.transcranial.com/ ), pero la mejor manera de aprender es practicando con amigos y colegas. Una vez que se han evaluado alrededor de 10 personas, usted comenzará a encontrar mucho más fácil. Una cosa buena acerca de cómo trabajar con niños es que por lo general es más fácil encontrar una señal de un niño que un adulto, porque tienen más delgados cráneos.
9. Cada sonda se coloca en la ventana temporal del cráneo a cada lado de la cabeza. Esta es la parte más delgada de hueso en la cabeza y ofrece la mejor zona a través del cual puede ser una señal que se obtiene a partir de las arterias cerebrales medias. Estas ventanas se encuentra justo delante de cada oreja. Cuando se trabaja con los niños, puede ayudar a reducir el tiempo de instalación si tiene dos experimentadores, un ajuste de cada sonda. La mayoría de los niños están felices de ver un DVD en esta parte del procedimiento, pero es importante para controlar el comportamiento del niño y asegurarse de que están cómodos y relajados. Terminar la sesión si el niño lo pide o si hay algún signo de sufrimiento.
10. La posición de las sondas se ajusta con el fin de insonar la arteria cerebral media. Puede tomar unos minutos antes de una señal satisfactoria se encuentra. Esta señal tiene un sonido característico, así como de patrones visuales que deben ser controlados desde el ordenador multi-dop.
11. El sonido característico es el murmullo de baja de la tasa de latidos del corazón del participante. El patrón visual característico es un fuerte aumento seguido por una caída de decaimiento exponencial de la que también se repite en el ritmo de los latidos del corazón. Usted puede recoger la actividad de otros vasos sanguíneos, en función de la profundidad de insonación y la dirección de la sonda. Una profundidad de aproximadamente 45 a 50 mm por lo general funciona bien en los niños. Una vez que una señal fuerte se ha encontrado, reducir el poder tanto como sea posible, manteniendo una buena señal. La ganancia también se puede aumentar para amplificar una señal débil.
12. Una vez que las señales para cada arteria cerebral media son satisfactorios, la salida de la señal auditiva Multi-dop debe ser rechazado, y el procedimiento puede comenzar. El experimentador le explica al niño que se va a ver un video clip en silencio. Cuando ven el signo de interrogación aparecerá en la computadora que necesitan para contar el experimentador lo más que pueda sobre lo que pasó en el video. Cuando ven la foto del niño va "shhh" que tienen que dejar de hablar de inmediato y sentarse tranquilamente a esperar a que el siguiente video para empezar (ver Figura 2 y. Avi ejemplos).
13. Aparatos de grabación después se inició, es decir, una grabadora de voz de las respuestas auditivas, junto con el sistema de grabación Multi-dop, y la computadora que controla la presentación del estímulo.
14. El trabajo del investigador es entonces de vigilar al niño y la señal Doppler a) asegurarse de que el niño se sienta cómodo y la atención a la tarea y b) asegurar que una señal adecuada se mantiene. La señal Doppler es mucho menos sensible a los movimientos de una señal de resonancia magnética funcional, pero aún puede verse afectada por los movimientos del cuerpo grave, o si se mueve la sonda. Si la señal se interrumpe de manera significativa, la pantalla del ordenador debe ser detenido y las sondas de restablecer adecuadamente. A veces puede ser necesario aplicar más gel con el fin de obtener re-establecer una señal satisfactoria. Nos encontramos con que las pruebas de los niños funciona mejor si un experimentador es responsable de mantener al niño en la tarea y el registro de lo que dicen, y los otros monitores de la señal Doppler.
15. Cuando el procedimiento experimental está terminado, la grabación Multi-dop puede ser cesado y los sondeos. Es útil tener algunos tejidos disponibles para eliminar cualquier exceso de gel.
16. Los archivos de datos en bruto se procesan con el fin de comparar las señales Doppler izquierda y derecha. Hemos desarrollado nuestro propio software Matlab sobre la base de los métodos desarrollados por Deppe ^7. Este proceso implica por muestreo de los datos y la corrección de las fluctuaciones debido a una frecuencia cardiaca. Los ensayos individuales son excluidos del análisis si la activación de la izquierda o la derecha se encuentra fuera de un rango específico, normalmente 70 a 130% de la velocidad del flujo arterial inicial. La activación de estos ensayos es probable que sea afectado por el contacto de la sonda problemática. La Figura 3 muestra la activación de la sonda con respecto a las señales de una buena señal, mientras que la Figura 4, muestra un caso donde es periódicamente la pérdida de señal.
17. En relación con la velocidad del flujo arterial basal, la activación en el canal derecho se resta de la izquierda con el fin de calcular la diferencia de activación (ver Figura 5). El índice de lateralización se calcula como el promedio de la activación de la diferencia por un segundo a cada lado de la diferencia máxima dentro de un periodo definido de interés. Este periodo de interés es de 7 a 17 segundos después del inicio de la "charla" de comandos, indicado por el marcador desde el ordenador la pantalla en el fichero de Multi-dop de datos. A medida que la activación de diferencia es el canal izquierdo sin derecho, los índices positivos lateralización reflejan lateralización izquierda y negativas reflejan la derecha.

2. Resultados representante

Figura 1:. Superficie externa del hemisferio cerebral, que muestra las zonas suministradas por las arterias cerebrales rosa es la región suministrado por la arteria cerebral media. (De: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png )

Figura 2. Esquema de los ensayos experimentales con 12 video segunda línea de base, 10 intervalo de la segunda respuesta, y el 16 de fase de reposo segundo período de interés para el cálculo de la lateralidad es también representado.

Figura 3. Registro de datos limpia de la materia prima de velocidad Doppler (cm / seg) para la izquierda (azul) y derecho (rojo) Doppler canales 130 a 150 segundos durante una sesión experimental única. Cada pulso visible corresponde a un latido del corazón. Marcador de evento que indica el inicio del estímulo de color verde.

Figura 4. Interrumpido el registro de datos de las materias primas de velocidad Doppler (cm / seg) para la izquierda (azul) y derecho (rojo) Doppler canales 400 a 450 segundos durante una sesión experimental única. Marcador de evento que indica el inicio del estímulo de color verde. Evidencia significativa de la deserción escolar es visible para ambos canales.

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Figura 5. A la izquierda (azul) y derecho (rojo) canal (Grupo A) y la diferencia a la izquierda sin la derecha (Grupo B) de velocidad Doppler (cm / seg) con un promedio aceptable en todos los ensayos de un grupo de participantes. Los participantes fueron con claves para "hablar" a los 12 segundos y el período de interés para el cálculo de la lateralidad también se representa en color verde. Las barras de error gris que rodea la velocidad de diferencia en el Panel B representan el error estándar de la media.

Avi ejemplos: las secuencias de vídeo para contar la "Freezefoot" historia se puede descargar desde: http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm

Discussion

Así como el estudio del desarrollo normal, que hemos estado usando FTCD para estudiar la lateralización del lenguaje en adultos y niños con trastornos del desarrollo del lenguaje y la alfabetización de ^{8, 9.} También estamos interesados ​​en el desarrollo de métodos de uso de FTCD para la evaluación de la lateralización de las habilidades viso-espaciales ^{10, 11.}

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Multi-Dop T con actualización a 2 canales MultiFlow Monitoring	Compumedics	5610 EN	pronto será reemplazado por la versión digital
Headset	Spencer Technologies, 701– 16ª Avenida, Seattle, WA 98122