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 es parte del Centro Macquarie para la Ciencia Cognitiva de la Universidad Macquarie en Sydney, Australia.

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

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

En primer lugar, el entorno típico del laboratorio no es propicio para los niños. En segundo lugar, para participar en un estudio de MEG, se debe instruir a los niños para que mantengan el movimiento al mínimo y se les exige que presten atención a una tarea durante un período prolongado de tiempo. Por lo tanto, era importante para nosotros desarrollar un protocolo que nos permitiera usar MEG y, al mismo tiempo, fuera agradable para los niños.

Dicho esto, los beneficios de MEG superan con creces los desafíos. La MEG es una herramienta valiosa para medir la función cerebral en los niños debido a su resolución temporal extremadamente alta y su buena resolución espacial, y debido a que es completamente no invasiva, no representa ningún riesgo concebible para el tejido neuronal de los niños. A diferencia de la MEG, otras técnicas de neuroimagen utilizan campos magnéticos fuertes y productos farmacéuticos radiactivos que pueden representar un riesgo para los niños pequeños.

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

Así que acompáñanos durante los próximos minutos y te mostraremos el laboratorio. Te explicaremos los pasos que hemos dado para que los niños disfruten participando en nuestros estudios. Un laboratorio tiene dos sistemas MEG alojados en la misma sala con forma magnética.

El sistema para adultos consta de 160 sensores distribuidos uniformemente dentro del casco MEG, que ofrece una cobertura completa de la cabeza. El sistema MEG para niños tiene un diseño similar, pero tiene 64 sensores, lo que hace que el casco sea más pequeño y se adapte perfectamente a niños en edad preescolar y bebés. La magnetoencefalografía o imagen 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 débiles campos magnéticos se logra fácilmente mediante sensores especiales conocidos como calamares o dispositivos de interferencia cuántica superconductores. Se necesita tecnología superconductora para hacer funcionar los sistemas MEG.

Los sensores requieren refrigeración con helio líquido a menos 270 grados centígrados. La siguiente secuencia muestra los sistemas que se rellenan con helio líquido, lo que debe hacerse semanalmente. El helio líquido representa la mayor parte de los costos operativos de un sistema MEG.

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

La sala pesa unas 8,5 toneladas, y el suelo del laboratorio tuvo que ser especialmente reforzado para soportar su peso. El costo de la sala blindada magnéticamente representa entre un tercio y la mitad del costo de capital de un sistema MEG. La sala tiene una serie de puertos en el lateral para que los estímulos visuales se puedan proyectar en la habitación y otros tipos de equipos puedan funcionar a través de cables de fibra óptica.

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

En el caso de los estudios con niños mayores y adultos, a menudo registramos tanto el EEG como el MEG al mismo tiempo. Sin embargo, esto generalmente no es práctico con niños en edad preescolar debido al tiempo de configuración más largo requerido para el EEG. Debido a que MEG utiliza sensores que están bañados en helio líquido, los sensores están 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 de los adultos. Esto significa que las cabezas más grandes y más pequeñas no encajan bien en el casco de adulto. Este es un problema particular para los niños en edad preescolar porque sus cabezas son hasta dos o tres centímetros más pequeñas en radio que las cabezas de los adultos.

Porque las señales de MEG caen muy rápidamente con la distancia. Esto significa que muchos de los sentidos de un casco de adulto no serán eficaces para medir las señales del cerebro de los niños. Otro problema es que los niños son más propensos a mover la cabeza con 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, se puede ver que muchos de los sensores están bastante lejos de la superficie de la cabeza.

Es por eso que es valioso producir un casco MEG que tenga el tamaño personalizado para adaptarse a las cabezas de los niños en edad preescolar. En este clip, puede ver que los sensores de nuestro sistema MEG infantil están todos muy cerca de la superficie de la cabeza. Es necesario completar varios pasos antes de que podamos comenzar el experimento.

Dentro del MSR, comprobamos si el niño tiene algo hecho de material Ferris. ¿Tienes algo en el bolsillo? No. Y tienen el segundo.

Colocamos al niño una gorra que contiene cinco bobinas marcadoras. Luego digitalizamos la forma de la cabeza del niño o hacemos un dibujo de sus cabezas, como lo llamamos. Luego ponemos al niño dentro del MSR o la nave espacial listo para jugar el juego mientras preparamos la corbata.

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

Invitamos al niño a jugar un juego dentro de la nave espacial mientras mira una película silenciada. En nuestro caso, los niños escuchan atentamente una serie de frases y repiten la palabra queso en cuanto la oyen. El olor a queso de la mochila de los monos.

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

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

El investigador y el padre, si lo desean, permanecen con el niño en la habitación blindada en todo momento. Esto es para garantizar que el niño esté cómodo y se minimice el movimiento. Al final del experimento, los niños son recompensados con un premio por realizar la tarea correctamente.

Entonces, ¿qué pegatina te gustaría elegir? Es uno aquí y allá. Aquellos de ustedes familiarizados con niños en edad preescolar sabrán que su primera opción no sería quedarse quietos en una habitación con protección magnética.

Utilizamos una serie de técnicas para hacer que tanto el entorno como el proceso sean amigables para los niños. El laboratorio está lleno de pegatinas y peluches para niños. Las pruebas se realizan en tres a cinco visitas al laboratorio.

La primera reunión suele utilizarse para presentar al niño a los investigadores y al entorno de MEG. El niño observa un juguete, el animal un oso o Kermit la rana. Siga todos los pasos por los que pasarán.

Introducimos 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 por los que pasaremos, y luego con el crayón dibujan alrededor.

Al igual que hacemos un dibujo de tu cabeza. Es de vital importancia que los niños puedan permanecer quietos tanto mientras se llevan a cabo la digitalización como las pruebas. Bien, ahora tenemos que congelarnos.

¿Se puede congelar así? Comunicamos esto pidiéndoles a los niños que nos muestren cómo se congelan. Buen trabajo.

Muy bien. 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 puedan entender. Por ejemplo, nos referimos a la tapa que contiene las bobinas marcadoras como casco de astronauta. ¿Ya te sientes como un astronauta?

Y describimos la digitalización como hacer un dibujo de su cabeza. Si un niño parece tímido o ansioso, a menudo usaremos títeres para ilustrar de qué se trata el experimento. También pedimos a los niños su ayuda para que entiendan mejor lo que vamos a hacer.

Por lo general, los niños están felices de ayudar a un títere a entrar en la habitación protegida magnéticamente. Si el niño sigue sin querer entrar en la habitación con protección magnética, simplemente tenemos periodos de juego hasta que se sienta más cómodo. Cuando los tailies se familiarizan con todos los pasos de nuestro protocolo, introducimos la tarea experimental que se debe realizar dentro del MSR.

Mm.So te acuerdas, ¿cuál es la palabra mágica que tuviste que repetir? ¿No puedo escuchar eso? ¿Puedo?

¿Puedes decirlo de nuevo?, Yes.Cheese.So, por ejemplo, si digo algo como, el otro día fui al parque y vi un trozo de queso. ¿A qué te dedicas?

Como puede ver, la realización de estudios de imágenes cerebrales con niños requiere tecnología especializada y requiere procedimientos más allá de los que se utilizan normalmente en los estudios con adultos. Primero, desarrollamos un casco MEG de tamaño personalizado, que está diseñado para adaptarse a la cabeza de los niños y limitar su movimiento de la cabeza. En segundo lugar, hicimos que el laboratorio fuera apto para niños utilizando arte mural y juguetes de peluche.

Empleamos métodos que se han adaptado a las necesidades y motivaciones de los niños pequeños. Nuestro laboratorio está diseñado para medir la función cognitiva del cerebro en niños pequeños sanos y despiertos. Por lo tanto, los requisitos son algo diferentes a los que se pueden encontrar en la neuroimagen pediátrica.

El advenimiento de los sistemas MEG infantiles es un avance importante para la neurociencia cognitiva. Nos permitirá obtener mediciones de la función cerebral en un rango de edad en el que se está llevando a cabo una estructuración fascinante y dramática de la función cerebral. En la actualidad, sabemos muy poco sobre estos procesos de desarrollo.

Esperamos llenar este vacío mediante el estudio de la función cerebral de los niños mediante el uso de MEG.