La medición de la función cerebral neuromagnetic En Pre-escolar Niños con tamaño personalizado MEG

Hola, soy Steven Crane. Soy codirector del Laboratorio de Investigación Cerebral KIT Macquarie. El laboratorio forma parte del Centro Macquarie de Ciencias Cognitivas de la Universidad Macquarie en Sídney, Australia.

Hola, soy Illa Dessan y trabajo en el Centro Macquarie de Ciencias Cognitivas de la Universidad Macquarie. Hola, soy Melanie Reed y trabajo en el Centro Macquarie de Ciencias Cognitivas. En la Universidad Macquarie, utilizamos la magnetoencefalografía o MEG para estudiar los mecanismos cerebrales que subyacen a la adquisición rápida del lenguaje en niños de entre dos y seis años de edad.

MEG mide los campos magnéticos producidos por la corteza cerebral. Mediante el uso de MEG, podemos observar qué áreas cerebrales están activas durante el procesamiento del lenguaje y cómo interactúan estas diferentes áreas. Existen dos desafíos al trabajar con niños pequeños utilizando cualquier sistema de imágenes cerebrales.

Primero, el entorno típico de laboratorio no es adecuado para niños. Segundo, para participar en un estudio de MEG, es necesario instruir a los niños para que mantengan al mínimo sus movimientos, y se les exige prestar atención a una tarea durante un período prolongado de tiempo. Por ello, era importante para nosotros desarrollar un protocolo que nos permitiera utilizar el MEG y, al mismo tiempo, resultara agradable para los niños.

Dicho esto, los beneficios de la MEG superan con creces los desafíos. La MEG es una herramienta valiosa para medir la función cerebral en niños debido a su resolución temporal extremadamente alta y a su buena resolución espacial, y como es completamente no invasiva, no supone ningún riesgo concebible para el tejido neural de los niños. En contraste con la MEG, otras técnicas de neuroimagen utilizan campos magnéticos intensos y fármacos radiactivos que podrían representar un riesgo para los niños pequeños.

Una de las características clave de nuestro sistema de MEG pediátrico es que fue diseñado específicamente para usarse con niños pequeños. El sistema de tamaño personalizado fue desarrollado en colaboración con el Instituto de Tecnología Kanawa y la Corporación Eléctrica Yokogawa. En el siguiente video, explicaremos por qué fue necesario desarrollar un sistema de MEG personalizado para niños, y les mostraremos cómo preparamos a los niños para ser estudiados en el sistema de MEG.

Así que acompáñenos durante los próximos minutos y le mostraremos el laboratorio. Explicaremos los pasos que hemos tomado para que a los niños les guste participar en nuestros estudios. Un laboratorio alberga dos sistemas MEG en la misma sala magnéticamente blindada.

El sistema para adultos consta de 160 sensores distribuidos uniformemente dentro del casco MEG, lo que proporciona una cobertura completa de la cabeza. El sistema MEG para niños tiene una disposición similar, pero cuenta con 64 sensores, lo que hace que el casco sea más pequeño y perfectamente adecuado para niños en edad preescolar y lactantes. La magnetoencefalografía o imagenología es una técnica de neuroimagen que mide directamente la actividad neuronal.

La MEG puede detectar y amplificar los débiles campos magnéticos generados por miles de neuronas activas en la corteza cerebral. La detección de estos campos magnéticos débiles se logra fácilmente mediante sensores especiales conocidos como SQUIDs o dispositivos de interferencia cuántica superconductores. Se requiere tecnología superconductora para hacer funcionar los sistemas de MEG.

Los sensores requieren enfriamiento con helio líquido a menos 270 grados Celsius. La siguiente secuencia muestra el rellenado de los sistemas con helio líquido, lo cual debe hacerse de forma semanal. El helio líquido representa la mayor parte de los costos operativos de un sistema MEG.

Los campos magnéticos provenientes del cerebro son extremadamente pequeños en comparación con los campos magnéticos producidos por todos los equipos en un laboratorio moderno. Esto significa que los sistemas de MEG deben alojarse en una habitación blindada magnéticamente. La habitación blindada en nuestro laboratorio está construida con tres capas de perlo y una capa de cobre.

La habitación pesa aproximadamente 8,5 toneladas, y el piso del laboratorio tuvo que reforzarse especialmente para soportar su peso. El costo de la habitación blindada magnéticamente representa de un tercio a la mitad del costo inicial de un sistema de MEG. La habitación tiene varios puertos en el lateral para que los estímulos visuales puedan proyectarse dentro de ella y para que otros tipos de equipos puedan operarse mediante cables de fibra óptica.

La MEG mide los campos magnéticos producidos por las células activas del cerebro. Una técnica relacionada, la electroencefalografía, mide la componente eléctrica de estos campos. El EEG es una tecnología mucho más sencilla y menos costosa, pero no tiene la capacidad de la MEG para localizar la actividad en el cerebro.

Para estudios con niños mayores y adultos, a menudo registramos simultáneamente EEG y MEG. Sin embargo, esto generalmente no es práctico con niños en edad preescolar debido al mayor tiempo de preparación requerido para el EEG. Dado que el MEG utiliza sensores que están sumergidos en helio líquido, los sensores se encuentran en posiciones fijas dentro de un casco aislante sellado al vacío.

El casco de un sistema MEG estándar para adultos está diseñado para acomodar aproximadamente el 95 % de las cabezas adultas. Esto significa que las cabezas más grandes y más pequeñas no encajan bien en el casco para adultos. Este es un problema particular en niños en edad preescolar, ya que sus cabezas tienen un radio hasta dos o tres centímetros más pequeño que el de las cabezas adultas.

Debido a que las señales de MEG disminuyen muy rápidamente con la distancia. Esto significa que muchos de los sensores en un casco para adultos no serán efectivos para medir señales provenientes de los cerebros de los niños. Otro problema es que los niños tienen mayor probabilidad de mover la cabeza dentro de los cascos grandes durante las sesiones de medición.

Esto provoca una degradación de las señales MEG. Este clip muestra los sensores MEG en un sistema para adultos. Con respecto a la cabeza de un niño, puede observarse que muchos de los sensores están bastante alejados de la superficie de la cabeza.

Por esta razón, es valioso producir un casco de MEG hecho a medida para que se ajuste a las cabezas de niños en edad preescolar. En este clip, puede observarse que los sensores de nuestro sistema de MEG pediátrico están todos muy cercanos a la superficie de la cabeza. Antes de que podamos comenzar el experimento, es necesario completar varios pasos.

Dentro del MSR, verificamos si el niño tiene algo hecho de material férrico encima. ¿Tienes algo en los bolsillos? No. Y ellos tienen segundo.

Colocamos al niño un casco que contiene cinco bobinas marcadoras. Luego digitalizamos la forma de la cabeza del niño o hacemos un dibujo de su cabeza, como lo llamamos. A continuación, introducimos al niño en el MSR o nave espacial para prepararlo a jugar el juego mientras preparamos el cable.

Dentro del MSR, se reproduce una película de su elección en la pantalla superior. Una vez que están acostados cómodamente, cerramos la puerta y comienza la adquisición. El experimento suele durar aproximadamente 20 minutos.

Invitamos al niño a jugar un juego dentro de la nave espacial mientras mira una película sin sonido. En nuestro caso, los niños escuchan atentamente una serie de oraciones y repiten la palabra cheese tan pronto como la oyen. El olor a cheese del morral del mono.

Buen trabajo. El queso de zanahoria, excelente trabajo. Estímulos acústicos, como el habla, que se entregan a los oídos del niño a través del tubo plástico que ve en el pecho del niño. Utilizamos piezas de espuma de tamaño infantil para adaptar los tubos dentro de sus oídos.

Durante la adquisición de datos, el niño es monitoreado continuamente mediante un sistema de video en circuito cerrado, y los experimentadores pueden comunicarse con el niño a través de un micrófono. Antes de la medición MEG, fijamos cinco bobinas marcadoras sobre una gorra de natación, que luego se coloca sobre la cabeza del niño. Durante las mediciones MEG, estas bobinas se utilizan para medir y monitorear la posición y el movimiento de la cabeza a lo largo de toda la adquisición de datos.

El investigador y el padre, si así lo desean, permanecen con el niño en todo momento en la habitación blindada. Esto garantiza que el niño se sienta cómodo y que el movimiento se minimice. Al final del experimento, los niños reciben un premio por realizar la tarea correctamente.

¿Qué pegatina te gustaría elegir? Es Uno Aquí, Uno Allá. Aquellos que estén familiarizados con niños en edad preescolar sabrán que su primera opción no sería permanecer quietos en una habitación magnéticamente blindada.

Utilizamos varias técnicas para hacer que tanto el entorno como el proceso sean adecuados para niños. El laboratorio está decorado con pegatinas y juguetes suaves apropiados para niños. Las pruebas se realizan en tres a cinco visitas al laboratorio.

La primera reunión se utiliza generalmente para presentar al niño a los investigadores y al entorno de MEG. El niño observa un juguete, un animal como un oso, o a Kermit la rana. Revise todos los pasos que realizará.

Presentamos un tema para las sesiones de prueba. El sistema MEG es una nave espacial que espera llevar a los niños a una aventura espacial. Tenemos cuadernillos de trabajo basados en este tema que explican los pasos que seguiremos, y luego dibujan alrededor con el lápiz de colores.

Al igual que dibujamos una imagen de tu cabeza. Es sumamente importante que los niños puedan permanecer inmóviles tanto durante la digitalización como durante la prueba. Bien, ahora debemos quedarnos quietos.

¿Puedes congelarte así? Comunicamos esto pidiéndoles a los niños que nos muestren cómo se congelan. Buen trabajo.

Muy bueno. Congelación. La importancia de poder congelar se refuerza en cada visita al laboratorio. También es importante asegurarse de que los niños comprendan cada paso del experimento.

Explicamos los pasos a los niños utilizando un lenguaje que ellos pueden comprender. Por ejemplo, nos referimos a la tapa que contiene las bobinas marcadoras como un casco de astronauta. ¿Ya te sientes como un astronauta?

Y describimos la digitalización como dibujar una imagen de su cabeza. Si un niño parece tímido o ansioso, a menudo utilizamos títeres para ilustrar en qué consiste el experimento. También pedimos la ayuda de los niños para que comprendan mejor lo que vamos a hacer.

Por lo general, a los niños les gusta ayudar a un títere a entrar en la habitación blindada magnéticamente. Si el niño aún no desea entrar en la habitación blindada magnéticamente, simplemente tenemos períodos de juego hasta que se sientan más cómodos. Cuando los niños están familiarizados con todos los pasos de nuestro protocolo, introducimos la tarea experimental que se realizará dentro de la MSR.

Mm. Entonces, ¿recuerdas cuál era la palabra mágica que tenías que repetir? ¿Puedo? No logré escuchar eso. ¿Puedo?

¿Puede repetirlo? Sí. Queso. Entonces, por ejemplo, si digo algo como: el otro día fui al parque y vi un trozo de queso. ¿Qué hace usted?

Como puede verse, realizar estudios de neuroimagen con niños requiere tecnología especializada y procedimientos adicionales a los que se utilizan habitualmente en estudios con adultos. Primero, desarrollamos un casco de MEG de tamaño personalizado, diseñado para adaptarse a la cabeza de los niños y limitar sus movimientos cefálicos. Segundo, acondicionamos el laboratorio para hacerlo atractivo para los niños, utilizando murales y juguetes de peluche.

Utilizamos métodos que se han adaptado a las necesidades y motivación de los niños pequeños. Nuestro laboratorio está diseñado para medir la función cerebral cognitiva en niños pequeños sanos y despiertos. Por lo tanto, los requisitos son algo diferentes a los que podrían encontrarse en otras situaciones en neuroimagen pediátrica.

La aparición de sistemas de MEG pediátricos es un avance importante para la neurociencia cognitiva. Permitirá obtener mediciones de la función cerebral en un rango de edad en el que se están produciendo cambios fascinantes y dramáticos en la organización de la función cerebral. Actualmente, sabemos muy poco sobre estos procesos de desarrollo.

Esperamos llenar este vacío estudiando la función cerebral de los niños utilizando MEG.