Versiones revisadas y compatibles con neuroimagen de la pantalla de doble tarea

Cada año, 42 millones de personas en todo el mundo sufren lesiones cerebrales traumáticas leves (mTBIs)^1. Aunque alguna vez se consideró benigno, nuevas investigaciones indican que los mTBIs, particularmente los mTBIs repetidos, pueden provocar consecuencias negativas duraderas, como alteraciones físicas, cognitivas y del sueño^2,3,4. Posteriormente, investigadores y médicos están buscando evaluaciones mejoradas y métodos de tratamiento para entender y abordar el mTBI.

Hasta la fecha, las mejores prácticas para la evaluación mTBI incluyen síntomas autoinformes y medición objetiva de la función neurocognitiva y motora^5. Sin embargo, algunos individuos, como los atletas competitivos de nivel colegial, son conocidos por subinforme síntomas relacionados con mTBI^6,limitando la utilidad de los informes de síntomas. Las medidas objetivas de función neurocognitiva y motora también tienen limitaciones, incluyendo una fiabilidad deficiente en la prueba de prueba, dependencia de las pruebas de línea de base o dificultad insuficiente para los atletas de alto rendimiento^7,8,9. Sin embargo, los paradigmas de doble tarea - que evalúan simultáneamente las capacidades motoras y cognitivas - pueden detectar deficiencias sutiles y residuales y pueden ser particularmente útiles para evaluar atletas de alto rendimiento^{10,11,12,13,14}.

Investigaciones pasadas utilizando paradigmas de doble tarea a menudo han incorporado equipos de laboratorio engorrosos y costosos, como los sistemas de captura de movimiento^14,para evaluar a los atletas de alto rendimiento. Si bien estos sistemas pueden medir con precisión las deficiencias motoras sutiles, son poco prácticos para su uso en la evaluación diaria de mTBI debido al alto costo del equipo, la portabilidad limitada y los largos tiempos de administración (es decir, ≥ 45 minutos por individuo). Además, muchos estudios de paradigma de doble tarea pasados se centraron únicamente en habilidades de parte inferior del cuerpo o de las extremidades inferiores, como el equilibrio o la marcha^11,12,13,14. Podría decirse que la función de la extremidad superior y la coordinación mano-ojo también es importante para los atletas de alto rendimiento en muchos deportes. Así, desarrollamos la Pantalla de Doble Tarea (DTS), que es una breve medida diseñada para ser administrada y puntuada en <10 minutos con instrumentos portátiles de bajo costo. este dts original incluía una subtarea extremidad inferior (le) y superior (ue), que evaluaba la velocidad marcha (mediante un cronómetro) coordinación mano-ojo en condiciones solo motor doble tarea^15.

En el primer estudio de factibilidad, 32 participantes adolescentes sanas completaron el DTS original. Este estudio fue diseñado para establecer que el DTS podría provocar costos de motor de doble tarea, como lo indica la reducción del rendimiento del motor durante las condiciones de doble tarea frente a las condiciones del motor único. También buscamos establecer que el DTS podría administrarse y anotarse en menos de 10 minutos. Descubrimos que todos los participantes tenían un rendimiento motor de doble tarea más pobre en al menos una subtarea. Además, pudimos administrar el DTS en un promedio de 5,63 minutos y anotar la prueba en 2-3 minutos^15.

Aunque el primer estudio de viabilidad fue exitoso, se revelaron algunas limitaciones. Más notablemente, la velocidad de marcha se midió con cronómetros, que son propensos a errores humanos naturales. Por lo tanto, en el DTS revisado utilizamos dispositivos inteligentes con acelerómetros incorporados(Tabla de Materiales)en cada tobillo. Esta adición mantuvo el uso de instrumentos portátiles de bajo costo, al tiempo que proporcionaba sofisticadas medidas de velocidad de marcha, número total de pasos, longitud media del paso, duración media del paso y variabilidad de la duración del paso. Otra limitación del DTS original fue la ausencia de condiciones cognitivas únicas, lo que impidió la evaluación de los costos cognitivos de doble tarea. Los costos cognitivos de doble tarea se definen como un rendimiento cognitivo más pobre durante la tarea dual frente a una sola condición cognitiva. Posteriormente, para las subtareas LE y UE, agregamos una sola condición cognitiva (descrita en Protocolo).

Además de desarrollar una medida para el uso clínico futuro, uno de los objetivos a largo plazo del equipo es evaluar los fundamentos neuronales del rendimiento de una y doble tarea en atletas sanos y contrastar esos hallazgos con atletas con mTBI inducido por el deporte. Por lo tanto, hemos creado una versión compatible con la neuroimagen del DTS. Buscamos determinar si el DTS se puede modificar con éxito para su uso con la medición funcional simultánea de espectroscopia casi infrarroja (fNIRS), y estamos utilizando un dispositivo fNIRS móvil diseñado específicamente para acomodar el movimiento del motor bruto mediante la reducción de la influencia de los artefactos de movimiento. Además, este dispositivo tiene la mayor cantidad de cobertura de cabeza, hasta nuestro conocimiento, para dispositivos móviles que actualmente están disponibles para fines de investigación(Tabla de Materiales).

En resumen, el protocolo de estudio está diseñado para hacer lo siguiente:

1. Describir el protocolo de administración para la pantalla de doble tarea revisada (DTS), que es una medida que rediseñamos para abordar las limitaciones del DTS¹⁵ original y una medida destinada al uso clínico futuro.
2. Describir el protocolo de investigación para la pantalla de doble tarea compatible con neuroimagen (DTS), que hemos diseñado para evaluar los fundamentos neuronales del rendimiento de una y doble tarea.

Todos los procedimientos de estudio fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad Estatal de Colorado, y todos los participantes adultos proporcionaron consentimiento informado por escrito antes de completar cualquier procedimiento de estudio. Los padres de los participantes menores de 18 años proporcionaron el consentimiento informado por escrito, y los participantes menores también proporcionaron un consentimiento escrito antes de completar cualquier procedimiento de estudio.

1. Pantalla de doble tarea revisada (DTS)

1. Subtarea de extremidades inferiores (LE)
   1. Inicie la condición del motor único.
      1. Coloque tres bloques de yoga en una posición horizontal exactamente a 4,5 m de distancia a lo largo de una pasarela de 18 m.
      2. Conecte firmemente dispositivos inteligentes a cada tobillo para detectar golpes de talón y obtener características de marcha.
      3. Comience la grabación de vídeo con una videocámara en un trípode.
      4. Instruya a los participantes a caminar lo más rápido posible mientras pisan los obstáculos. Inicie la recopilación de datos en los teléfonos inteligentes y toque bruscamente los dispositivos simultáneamente para la alineación de tiempo posterior de los dos flujos de datos separados de las piernas izquierda y derecha.
      5. Mida el tiempo de completar con un cronómetro accionado a mano.
      6. Detenga la grabación de vídeo.
   2. Inicie la condición cognitiva única.
      1. Dígale al participante su tiempo asignado para esta condición, utilizando el tiempo de completar de su condición de motor único (redondeo hasta un segundo completo).
      2. Comience la grabación de vídeo con una videocámara en un trípode.
      3. Instruya a los participantes a indicar tantas palabras como puedan que comiencen con una letra en particular (A o F).
         NOTA: Las letras se contraequilibran entre los participantes y entre las condiciones de tarea única y doble. Los números se contraequilibran entre los participantes y entre las condiciones de tarea única y doble.
      4. Detenga la grabación de vídeo.
   3. Inicie la condición de tarea dual.
      1. Comience la grabación de vídeo con una videocámara en un trípode.
      2. Instruya a los participantes a caminar lo más rápido posible mientras pisan los obstáculos mientras declaran simultáneamente tantas palabras como puedan que comiencen con una letra en particular (A o F). Toque rápidamente ambos acelerómetros para iniciar la afección.
      3. Mida el tiempo de completar con un cronómetro accionado a mano.
      4. Detenga la grabación de vídeo.
2. Subtarea de extremidades superiores (UE)
   1. Inicie la condición del motor único.
      1. Mida una distancia de 1,5 m lejos de una pared, marque con cinta adhesiva e indique al participante que se mantenga detrás de la cinta.
      2. Coloque una cesta de pelotas de tenis junto al participante.
      3. Comience la grabación de vídeo con una videocámara en un trípode.
      4. Indique al participante que complete un punto de pared con las manos alternas durante 30 s. Dile al participante que si no atrapa una pelota, adquirir una nueva pelota de la canasta de pelotas de tenis. El tiempo de medición transcurre con un cronómetro.
      5. Detenga la grabación de vídeo.
   2. Inicie la condición cognitiva única.
      1. Comience la grabación de vídeo con una videocámara en un trípode.
      2. Diga al participante que se le pedirá que reste secuencialmente por 7 de un número dado (100 o 150) durante 30 segundos. El tiempo de medición transcurre con un cronómetro.
      3. Detenga la grabación de vídeo.
         NOTA: Las letras se contraequilibran entre los participantes y entre las condiciones de tarea única y doble. Los números se contraequilibran entre los participantes y entre las condiciones de tarea única y doble.
   3. Inicie la condición de tarea dual.
      1. Pida al participante que se mantenga a 1,5 m de distancia de una pared.
      2. Coloque una cesta de pelotas de tenis junto al participante.
      3. Comience la grabación de vídeo con una videocámara en un trípode.
      4. Indique al participante que complete un punto de pared con las manos alternas durante 30 segundos. Informe al participante que, mientras lanza y atrapa las pelotas, se le pedirá que reste secuencialmente por 7 de un número dado (100 o 150) durante 30 segundos. Dile al participante que si no atrapa una pelota, adquirir una nueva pelota de la canasta de pelotas de tenis. El tiempo de medición transcurre con un cronómetro.
      5. Detenga la grabación de vídeo.
         NOTA: Las letras se contraequilibran entre los participantes y entre las condiciones de tarea única y doble. Los números se contraequilibran entre los participantes y entre las condiciones de tarea única y doble.

2. Pantalla de doble tarea compatible con imágenes neuroimagen (DTS)

1. Configurar el DTS
   1. Coloque bloques de yoga en posición vertical para marcar el inicio y el final de una pasarela de 15 m.
   2. Coloque dos bloques de yoga en una posición horizontal exactamente a 5 m de distancia a lo largo de la pasarela de 15 m.
   3. Mida y marque con cinta adhesiva a una distancia de 1,5 m de distancia de una superficie de pared lisa.
   4. Instala un trípode al principio de la pasarela de 15 m.
2. Coloque el dispositivo fNIRS en la cabeza del participante.
   1. Mida la circunferencia de la cabeza del participante y seleccione la tapa fNIRS de tamaño adecuado(Tabla de materiales)con optodes preesplazados y detectores de canal corto.
   2. Encienda un portátil de adquisición dedicado y conéctese a la red WiFi del dispositivo fNIRS.
   3. Abra el software de adquisición fNIRS y seleccione el dispositivo fNIRS.
   4. Realice la calibración para optimizar la intensidad de la luz y comprobar los niveles de señal optoda. Los niveles de señal deben ser aceptables o excelentes.
   5. Corrija todos los optodes con un nivel de señal menos que aceptable eliminando el optodo de la tapa y separando el cabello del participante para garantizar una conexión directa del optodo con el cuero cabelludo del participante.
3. Coloque acelerómetros en los tobillos del participante.
   1. Conecte firmemente dispositivos inteligentes a cada tobillo para detectar golpes de talón y obtener características de marcha.
4. Comience la adquisición de datos de subtarea LE.
   1. Abra el software de presentación de estímulo (Tabla de materiales).
   2. Seleccione el archivo de subtarea LE.
   3. Pida al participante que se siente en una silla en preparación para un período de descanso tranquilo de 60 s.
   4. Vuelva al software de adquisición fNIRS y haga clic en el botón Inicio para comenzar a recopilar datos fNIRS. Introduzca el asunto ID_LE, edad y sexo en la ventana emergente y haga clic en Iniciar.
   5. Vuelva al software de presentación de estímulo, informe al participante que comenzará el descanso tranquilo y pulse Espacio para iniciar el período de descanso de los años 60.
   6. Al final del período de descanso, identifique qué condición le subtask (un solo motor, una sola tarea cognitiva o dual) ha sido seleccionada para el^{ensayo 1 pt.} Proporcione al participante instrucciones para ese ensayo.
      1. Instrucciones de motor único: Indique al participante que camine lo más rápido posible, mientras pisa los obstáculos, durante 30 s. Diga al participante que comenzará cuando el investigador principal diga "Comienza". Esto ocurrirá inmediatamente después de que un investigador secundario toque los acelerómetros. Instruya al participante que deje de caminar cuando el investigador principal diga "deténgase". Además, cuando el investigador principal dice "deténgase", el participante debe juntar sus pies y permanecer lo más quieto posible. En este momento, el investigador secundario tocará los acelerómetros por segunda vez y colocará un marcador (nota pegajosa) en el suelo donde el participante se detuvo.
      2. Instrucciones cognitivas únicas: Indique al participante que permanezca de pie al inicio de la pasarela de 15 m. Mientras está de pie, se le pedirá que indique tantas palabras como sea posible que comiencen con una carta en particular.
      3. Instrucciones de doble tarea: Indique al participante que camine lo más rápido posible mientras pasa por encima de los obstáculos y al mismo tiempo indica tantas palabras como sea posible a partir de una carta en particular. Infórmele que también tendrá 30 segundos para esta condición. Diga a los participantes que comenzará cuando el investigador principal diga "empieza". Esto ocurrirá inmediatamente después de que un investigador secundario toque los acelerómetros. Instruya al participante que deje de caminar cuando el investigador principal diga "deténgase". Además, cuando el investigador principal dice "deténgase", el participante debe juntar sus pies y permanecer lo más quieto posible. En este momento, el investigador secundario tocará los acelerómetros por segunda vez y colocará un marcador (nota pegajosa) en el suelo donde el participante se detuvo.
   7. Comience la grabación de vídeo con una videocámara en un trípode.
   8. Pulse la barra espaciadora para iniciar la prueba^{1 st.} Monitoree el temporizador de 30 s en el software de presentación de estímulo; decirle al participante que se detenga cuando hayan transcurrido 30 s.
   9. Identifique la^2ª prueba y proporcione instrucciones al participante. Repita el proceso hasta que el participante haya completado 15 ensayos aleatorios de la Subtarea LE.
   10. Detenga la grabación de vídeo.
   11. Informe al participante que completará otro período de descanso sentado de 60 s. Una vez que el participante esté sentado, pulse Inicio para comenzar el período de descanso.
   12. Después del período de descanso, salga del archivo de subtarea LE en el software de presentación de estímulo. Detenga la adquisición de datos en el software de adquisición de datos fNIRS, pero no salga del software.
       NOTA: Las letras se aleatorizan (por el software de presentación de estímulo) entre ensayos y contra-equilibradas entre los participantes y entre condiciones de tarea única y dual. Las letras son similares en el nivel de dificultad e incluyen: W, D, F, T, S, H, M, A, B y P. Los números se aleatorizan (por el software de presentación de estímulo) entre ensayos y contra-equilibrado entre los participantes y entre condiciones de tarea simple y doble. Números incluidos: 185, 225, 220, 175, 205, 165, 170, 180, 245 y 240.
5. Retire los acelerómetros de los tobillos del participante. Vaya a la sección en el pasillo designado para la subtarea UE.
6. Comience la adquisición de datos de subtarea ue.
   1. Abra el software de presentación de estímulo.
   2. Seleccione el archivo de subtarea UE.
   3. Pida al participante que se siente en una silla en preparación para un período de descanso tranquilo de 60 s.
   4. Vuelva al software de adquisición fNIRS y haga clic en el botón Inicio para comenzar a recopilar datos fNIRS. Introduzca el tema ID_UE, edad y sexo en la ventana emergente y haga clic en Iniciar.
   5. Vuelva al software de presentación de estímulo, informe al participante de que el período de descanso tranquilo está a punto de comenzar y pulse Espacio para iniciar el período de descanso de 60 s.
   6. Al final del período de descanso, identifique qué condición de subtarea UE (una sola tarea motora, cognitiva única o dual) ha sido seleccionada para el ensayo^{1 pt.} Proporcione al participante instrucciones para ese ensayo.
      1. Instrucciones de un solo motor: Indique al participante que se mantenga a 1,5 m de distancia de una pared. Coloque una cesta de pelotas de tenis junto al participante. Indique al participante que complete un punto de pared con las manos alternas durante 30 s. Dile al participante que si no atrapa una pelota, adquirir una nueva pelota de la canasta de pelotas de tenis.
      2. Instrucciones cognitivas únicas: Indique al participante que permanezca de pie Dile al participante que se le pedirá que reste secuencialmente por 7 de un número dado durante 30 s.
      3. Instrucciones de doble tarea: Indique al participante que complete un movimiento de pared con manos alternas durante 30 s. Informe al participante que, mientras lanza y atrapa las pelotas, se le pedirá que reste secuencialmente por 7 de un número^{dado 2} por 30 s. Dile al participante que si no atrapa una pelota, adquirir una nueva pelota de la canasta de pelotas de tenis.
   7. Comience la grabación de vídeo con una videocámara en un trípode.
   8. Pulse la barra espaciadora para iniciar la prueba^{1 st.} Monitoree el temporizador de 30 s en el software de presentación de estímulo; decirle al participante que se detenga cuando hayan transcurrido 30 s.
   9. Identifique la^2ª prueba y proporcione instrucciones al participante. Repita el proceso hasta que el participante haya completado 15 ensayos aleatorios de la subtarea UE.
   10. Detenga la grabación de vídeo.
   11. Informe al participante que completará otro período de descanso sentado de 60 s. Una vez que el participante esté sentado, pulse Inicio para comenzar el período de descanso.
   12. Después del período de descanso, salga del archivo UE Subtask en el software de presentación de estímulo. Detenga la adquisición de datos en el software de adquisición de datos fNIRS y, a continuación, salga del software.
7. Retire la tapa fNIRS de la cabeza del participante.
   NOTA: Las letras se aleatorizan (por el software de presentación de estímulo) entre ensayos y contra-equilibradas entre los participantes y entre condiciones de tarea única y dual. Las letras son similares en el nivel de dificultad e incluyen: W, D, F, T, S, H, M, A, B y P. Los números se aleatorizan (por el software de presentación de estímulo) entre ensayos y contra-equilibrado entre los participantes y entre condiciones de tarea simple y doble. Números incluidos: 185, 225, 220, 175, 205, 165, 170, 180, 245 y 240.

Participantes
Los participantes fueron reclutados de equipos locales de secundaria y equipos deportivos intercolegiales y de clubes universitarios utilizando volantes de boca en boca y publicidad. Los participantes debían tener entre 15 y 22 años y participar regularmente en deportes de contacto organizados. Los deportes de contacto incluyen todos los deportes donde el contacto físico con compañeros de equipo o oponentes es necesario durante el juego de rutina. Los participantes también tenían que tener visión y audición normales o corregidas, sin antecedentes de afecciones neurológicas o psiquiátricas, y sin antecedentes de lesión cerebral traumática moderada o grave, según el informe propio.

Incluimos datos de tres participantes sanos de atletas masculinos de contacto deportivo (Edad media: 18.0 ± 2.65 años) para ilustrar el tipo de datos clínicos que se pueden adquirir del DTS revisado. Los datos de atletas sanas y femeninas de contact-sport se incluirán en otra publicación que no está estrictamente centrada en los métodos.

Análisis de datos para DTS revisados
Dado el pequeño número de participantes incluidos en los resultados representativos, no se completaron los análisis estadísticos formales. Sin embargo, para cada participante, el rendimiento en la condición de tarea dual se comparó con el rendimiento en el motor único y las condiciones cognitivas únicas; consulte a continuación la descripción de las métricas de rendimiento en ambas subtareas.

Métricas de rendimiento en la subtarea LE
El rendimiento de la condición del motor único se cuantificó por la velocidad de marcha (m/s), el número total de pasos, la longitud media del paso (m), la duración media del paso (s) y la variabilidad de la duración del paso (SD). Estos datos fueron adquiridos con los acelerómetros incorporados en los dispositivos inteligentes que colocamos en los tobillos de los participantes. El rendimiento de la condición cognitiva única se midió por el número total de palabras producidas sin repeticiones, representadas como palabras/s para tener en cuenta la variada cantidad de tiempo asignado para este ensayo. Dos asistentes de investigación capacitados vieron una cinta de video de la condición cognitiva única y estaban obligados a llegar a un consenso sobre el número total de palabras producidas. Por último, el rendimiento de la condición de doble tarea se midió por la velocidad de marcha (m/s), el número total de pasos, la longitud media del paso (m), la duración media del paso (s) y la variabilidad media de la duración del paso (SD) y el número total de palabras producidas sin repeticiones, representadas como palabras/segundo. Dos asistentes de investigación capacitados también vieron una cinta de vídeo de la condición de doble tarea y estaban obligados a llegar a un consenso sobre el número total de palabras producidas.

Costes de doble tarea en la subtarea LE
Para cada participante, un coste del motor de doble tarea estaría representado por los siguientes cambios en las características de la marcha durante la condición de doble tarea en comparación con la condición de motor único: velocidad de marcha más lenta, un mayor número de pasos totales, una longitud media de paso más pequeña, una duración media de paso más larga y una mayor variabilidad de duración del paso. Observamos que los tres participantes masculinos tenían un costo de motor de doble tarea en la subtarea LE. Específicamente, vimos una velocidad de marcha más lenta, una mayor duración media del paso y una mayor variabilidad en la duración del paso durante el doble, en comparación con las tareas de condición única; véase la Figura 1A. Por el contrario, dos de cada tres participantes no mostraron cambios en el número total de pasos o la duración media del paso entre el motor único y las condiciones de doble tarea; véase la Figura 1A.

Para cada participante, un costo cognitivo de doble tarea estaría representado por menos palabras generadas en la condición de tarea dual en comparación con el número de palabras generadas en la condición de tarea cognitiva única. Observamos costos cognitivos de doble tarea en dos de tres participantes. Específicamente, estos participantes generaron menos palabras durante la condición de tarea dual en comparación con la condición de tarea única; véase la Figura 1B.

Métricas de rendimiento en la subtarea UE
El rendimiento de la condición del motor único se midió por el número total de capturas exitosas. Dos asistentes de investigación capacitados vieron una cinta de vídeo de la condición del motor único y tuvieron que llegar a un consenso sobre el número total de capturas exitosas. El rendimiento de la condición cognitiva única se midió por el número total de restas correctas. Dos asistentes de investigación capacitados vieron una cinta de video de la condición cognitiva única y se les exigió que llegaran a un consenso sobre el número total de restas correctas. Los errores de resta no fueron acumulativos (es decir, "100, 92, 85..." se registrarían como un error y una resta correcta). Por último, el rendimiento de la condición de doble tarea se midió por el número total de capturas exitosas y el número total de restas correctas. Una vez más, dos asistentes de investigación entrenados vieron una cinta de video de la condición cognitiva única y tuvieron que llegar a un consenso sobre el número total de capturas exitosas y restas correctas.

Costo de tarea dual en la subtarea UE
Para cada participante, un costo de motor de doble tarea estaría representado por menos capturas exitosas durante la condición de doble tarea en comparación con el número de capturas exitosas realizadas durante la condición de motor único. Descubrimos que los tres participantes masculinos tenían un costo de motor de doble tarea. Específicamente, tuvieron menos capturas exitosas durante la condición de doble tarea en comparación con la condición de motor único; véase la Figura 2A.

Un costo cognitivo de doble tarea estaría representado por restas menos correctas la condición de tarea dual en comparación con el número de restas correctas realizadas durante la condición de tarea única. Observamos costos cognitivos de doble tarea en dos de tres participantes. Específicamente, tuvieron menos restas correctas durante la condición de tarea dual en comparación con la condición de tarea única; véase la Figura 2B.

Análisis de datos para DTS compatible con neuroimagen
FNIRS Especificaciones del dispositivo
Utilizamos un sistema móvil funcional de espectroscopia infrarroja cercana (fNIRS)(Tabla de Materiales). El sistema cuenta con 32 optodes totales, 16 fuentes LED y 16 detectores, y un dispositivo de adquisición inalámbrica que los participantes llevan en la espalda. Este dispositivo está equipado de forma exclusiva para adaptarse al movimiento bruto del motor, y tiene (hasta donde sabemos) la mayor cantidad de cobertura de cabeza para un sistema móvil. Usando fNIRS evaluamos la actividad cerebral a través de la respuesta hemodinámica usando índices de hemoglobina oxigenada (HbO) durante el DTS compatible con imágenes neuro.

FNIRS Sonda principal
La sonda principal incluía 30 optodes (15 fuentes LED y 15 detectores) que se colocaron en la cabeza del participante utilizando una tapa fNIRS con soportes optodos incorporados. Medimos HbO colocando fuentes LED y detectores en la corteza motora izquierda y derecha y dos regiones primarias de la red frontoparietal lateralizada derecha16,PFC derecha y PPC, que hemos identificado con el sistema 10-2017; ver Figura 3. Las fuentes LED brillan luz infrarroja cercana en regiones corticales superficiales, y los detectores capturan la luz refractada, lo que nos permite calcular los valores de HbO en cada canal, o la intersección de la fuente y el detector. Además, incluimos ocho detectores de separación cortos, que miden la perfusión del cuero cabelludo, una variable molesta que se retrocederá de los datos fNIRS crudos18,19.

Diseño de bloques para adquisición de fNIRS
Las subtareas LE y UE se convirtieron en un diseño de bloque. Ambas subtareas comenzaron y terminaron con un período de descanso sentado de 60 s para adquirir actividad hemodinámica de línea base. El resto fue seguido por 15 bloques aleatorizados (5 bloques de condición de motor únicos, 5 bloques de condición cognitiva única y 5 bloques de condición de doble tarea) que tenían una duración de 30 s, un total de 7,5 minutos de recolección total de datos para cada subtarea. Entre cada uno de los 15 bloques de condición, hubo un intervalo de reposo variable de aproximadamente 6-8 s para permitir que la respuesta hemodinámica de los participantes volviera a la línea de base; ver Figura 4.

FNIRS Data Reduction and First-Level (Single-Subject) Analysis: Los datos fNIRS sin procesar se cargan en un lenguaje de programación patentado y un entorno informático numérico (Tabla de materiales). Los canales creados con detectores de separación cortos están etiquetados para una regresión posterior. Los valores de estímulo predeterminados, que fueron generados por el software de presentación de estímulo, se renombran para identificar bloques DTS (por ejemplo, motor único, cognitivo único, motor dual). A continuación, los parámetros de duración del estímulo se establecen en 30 segundos para todos los bloques DTS y 60 s para los períodos de descanso. A continuación, el procesamiento básico se completa siguiendo los pasos de una caja de herramientas no propietaria que es compatible con el entorno informático numérico. Estos pasos incluyen calcular la densidad óptica y, a continuación, volver a calcular los valores de densidad óptica dados los datos de los canales de separación cortos20. A continuación, la densidad óptica se convierte en valores de hemoglobina (hemoglobina desoxigenada, hemoglobina oxigenada y hemoglobina total) utilizando la Ley Lambert de cerveza modificada21. Después de la conversión, se ejecuta un algoritmo de modelo autoregresivo, que incluye la regresión de datos de canal de separación corta. Los parámetros del algoritmo autoregresivo se establecen para seguir un modelo canónico22. Por último, los datos individuales se pueden visualizar utilizando contrastes de condición (por ejemplo, Dual vs Single); ver Figura 5.

Figura 1: Rendimiento de la subtarea LE durante las condiciones de tarea única frente a dual. (A) Los tres participantes tuvieron una velocidad de marcha más lenta, una mayor duración media del paso y una mayor variabilidad en la duración del paso durante la condición de doble tarea en comparación con la condición de tarea única, lo que representa un costo de motor de doble tarea en la subtarea UE. Dos de cada tres participantes no mostraron cambios en el número total de pasos o la duración media del paso entre las condiciones de doble y una sola tarea. (B) Dos de cada tres participantes generaron menos palabras durante la condición de tarea dual en comparación con la condición de tarea única, lo que representa un costo cognitivo de doble tarea en la subtarea LE. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Rendimiento de subtarea UE durante condiciones de tarea única frente a dual. (A) Los tres participantes tuvieron menos capturas exitosas durante la condición de tarea dual en comparación con la condición de tarea única, lo que representa un costo de motor de doble tarea en la subtarea UE. (B) Dos de cada tres participantes tuvieron restas menos correctas durante la condición de tarea dual en comparación con la condición de tarea única, lo que representa un costo cognitivo de doble tarea en la subtarea UE. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Sonda principal FNIRS. La sonda frontal fNIRS incluía 15 fuentes LED (círculos rojos) y 15 detectores (círculos blancos) que se colocaron en la corteza motora izquierda y derecha y corteza prefrontal derecha (PFC) y corteza parietal posterior derecha (PPC). Esto nos permitió calcular los valores de hemoglobina oxigenada (HbO) en cada canal, o la intersección de la fuente y el detector. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Diseño de bloques para adquisición de fNIRS. Para la versión compatible con neuroimagen del DTS, las subtareas LE y UE se convirtieron en un diseño de bloque. Ambas subtareas comenzaron y terminaron con un período de descanso sentado de 60 segundos para adquirir actividad hemodinámica de línea base. El resto fue seguido por 15 bloques aleatorizados (5 bloques de condición motor únicos, 5 bloques de condición cognitiva única y 5 bloques de condición de doble tarea) que tenían una duración de 30 segundos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Datos fNIRS de un solo sujeto. Esta es una representación de datos fNIRS de un solo sujeto utilizando contrastes de condición. Esta imagen contrasta la hemoglobina oxigenada (HbO) durante la tarea dual vs tarea de motor único desde la subtarea LE. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.