Name: Funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano de las Regiones sensoriales y motoras del cerebro con simultánea cinemática y EMG Supervisión Durante las tareas motoras (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: Aprende a usar espectroscopia funcional de infrarrojo cercano para estudiar regiones sensoriales y motoras del cerebro durante tareas motoras con supervisión cinemática y EMG simultáneas.

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Este proyecto fue financiado por el Programa de Investigación Intramuros del Centro Clínico de los Institutos Nacionales de Salud. Agradecemos las útiles discusiones con el Dr. Thomas Bulea, PhD y Laurie Ohlrich, PT para refinar los procedimientos presentados en este protocolo. Muyinat W. Osoba y Andrew Gravunder, MS ayudaron con las animaciones.

NOTA: Este protocolo fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de los Institutos Nacionales de la Salud (identificador ClinicalTrials.gov: NCT01829724). Todos los participantes se les da la oportunidad de hacer preguntas y dar su consentimiento informado antes de su participación. En consideración de los cambios en la respuesta hemodinámica causada por el uso reciente de vasodilatadores y vasoconstrictores, se pide a los participantes que se abstengan de alcohol y cafeína durante 24 horas antes del experimento 3 videos de animación .Estas fueron hechas a medida en nuestro laboratorio, pero podrían ser grabadas con otro sonidos o imágenes específicas a las preguntas de investigación alternativos. 1. Configure la habitación antes de la llegada del Participante. <ol><li> Calibrar el movimiento cámaras de captura en relación con las coordenadas de un laboratorio de acuerdo con proceso específico del fabricante de captura de movimiento. Asegúrese de que las posiciones de la cámara se permitirá la grabación de todos los marcadores tanto en el cuerpoy la cabeza del participante durante las tareas que se pondrá a prueba. El proceso de calibración garantiza la precisión del sistema de captura de movimiento y es una práctica estándar para cualquier laboratorio de movimiento. Utilice un sistema de diez cámara, con un volumen aproximado de 17 m 3 donde marcadores reflectantes pueden ser identificados de forma fiable. </li><li> Conecte el gatillo de la computadora instrucción a las entradas BNC de captura y fNIRS movimiento de tu PC. Asegúrese de que el gatillo está conectado a un botón del ratón y haciendo clic en el ratón completa el circuito y envía un pulso de forma simultánea a la / EMG tarjeta de adquisición de datos de captura de movimiento y de la tarjeta de adquisición de datos fNIRS como auxiliares entradas analógicas. </li><li> Conecte este ratón a través del puerto USB en el equipo que ejecuta vídeos de animación de instrucción, de tal manera que a partir del video, se producirá un cambio de voltaje simultáneamente en ambos sistemas de adquisición de datos. NOTA: Las señales EMG se sincronizan automáticamente y se guardan por el software de captura de movimiento, por lo Additno es necesario ional sincronización del sistema EMG. </li><li> Configure la pantalla y el proyector para obtener instrucciones para ser mostrado al participante. Retire todos los elementos innecesarios que podrían ser distractores. Coloque el trípode y la cámara de vídeo digital, donde tendrán la vista de los movimientos de los participantes. </li><li> Verifique que los marcadores reflectantes están bien sujetos a la parte superior de cada optodo en la sonda. </li><li> Reunir todos los documentos necesarios: consentimiento y asentimiento copias, hojas de exámenes clínicos y hojas de notas experimentales, por ejemplo. </li></ol> 2. Las medidas básicas <ol><li> Después de completar el proceso de consentimiento informado, medir y la altura, el peso, la edad y la circunferencia de la cabeza de registro del participante. </li><li> Administrar Edimburgo Inventario Handedness 10 y otros exámenes clínicos como se indica. Los tipos de cabello y de la piel Record participante informó. </li><li> Coloque marcadores reflectantes en las posteriores espinas ilíacas (PSIS) de forma bilateral. Tener el paseo participante a su ritmo cómodo través del laboratorio 3-5 veces, y un promedio de la velocidad entre los ensayos para estimar su auto seleccionado ritmo de marcha. </li></ol> 3. Funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano (fNIRS) Configuración NOTA: Esto se puede completar al mismo tiempo con la configuración de EMG y de captura de movimiento, si hay suficientes experimentadores o personal de investigación para ayudar, y si el participante se sienta cómodo con varias personas estar cerca de ellos al mismo tiempo. <ol><li> Mida la distancia entre el nasión (NZ) y el inion (Iz), y entre los puntos de pre-auricular a la derecha (Ar) e izquierda (Al) orejas. La intersección del punto medio de estas dos medidas es CZ, que está marcado en el cuero cabelludo con un marcador lavable. </li><li> Si el participante tiene el pelo largo, la sección fuera de pequeñas porciones del cabello con trenzas o colas de caballo con el fin de exponer el cuero cabelludo donde se colocarán optodes. </li><li> Coloque los fNIRS sonda sobre tque la cabeza del participante, teniendo cuidado de alinear con CZ, Ar. A continuación, mueva el pelo de debajo de cada optodo ya que se coloca en el cuero cabelludo. Por último, coloque tiras de velcro para sujetar los optodes en su lugar. NOTA: En este protocolo, use una gorra que tiene una correa que va detrás de la cabeza, que va en la frente, y uno que pasa por debajo de la barbilla. Optodes se anclan a esta gorra con velcro en un anillo de plástico flexible que rodea la oreja. <ol><li> Si el participante tiene el pelo corto (menos de aproximadamente 2 pulgadas de largo), tire de pelo entre optodes con un palito delgado o extremo de plástico de un peine. </li></ol></li><li> Verifique que todos los cables optodos están mintiendo plana, y que optodes son aproximadamente perpendicular a la superficie del cuero cabelludo. <ol><li> Si es necesario, coloque un trozo de espuma bajo el grupo de cables optodos para facilitar la alineación perpendicular de los optodes. </li></ol></li><li> Consulte con el participante sobre la comodidad de las sondas, yajuste si es necesario. Dígales que decir a los experimentadores si su comodidad disminuye en cualquier momento durante el experimento. </li><li> Encienda las fuentes y control de la señal. <ol><li> En este sistema, asegurar una señal que tiene una intensidad de al menos 80 dB y un latido del corazón claramente visible en la deltaOD (cambio en la densidad óptica) de la señal, tanto en 690 y 830 nm longitud de onda. Cuando los canales tienen señales que no cumplan estos criterios, confirme que el cabello no está bloqueando el optodo (s) y luego ajustar las ganancias del detector según sea necesario para maximizar la intensidad de la señal. Asegúrese de que las cámaras de captura de movimiento están apagados durante este tiempo. NOTA: Otras máquinas fNIRS pueden operar en longitudes de onda diferentes a 690 y 830 nm; en este caso, comprobar las longitudes de onda más adecuadas a la máquina que se utiliza. </li></ol></li><li> Añadir marcadores reflectantes para Nz, Iz, Ar, y Al. Pida al participante que permanezca inmóvil y recoger aproximadamente 2 segundos de los datos de captura de movimiento para éstos y los marcadores de los fNIRS optodos. Compruebe quetodos los marcadores han sido registrados, y recoger los ensayos adicionales según sea necesario. Podrá requerir al participante para cambiar la posición del cabezal para mejorar la línea de visión entre las cámaras y los marcadores. Utilice estos tres lugares dimensionales recopilados durante el análisis para el registro probabilística de la RM estructural individual de un participante si hay uno disponible. </li><li> Añadir una cubierta con varias capas de fieltro negro u otro material ópticamente absorbente en la parte superior de los optodes fNIRS para proteger detectores de interferencia o la saturación de las cámaras de captura de movimiento. Asegúrese de que los cables y el panel frontal de la unidad fNIRS también están bien protegidos con el mismo material ópticamente absorbente. </li></ol> 4. Superficie electromiografía (EMG) de instalación <ol><li> Busque el vientre muscular de cada músculo a tratar utilizando los puntos anatómicos, la palpación durante la contracción muscular, y guía a la colocación de electrodos 11. NOTA: Los músculos específicos en este protocolo incluyen bilgemelo interno ateral, tibial anterior, recto femoral, vasto lateral, bíceps femoral, radial del carpo extensor y flexor radial del carpo. </li><li> Prepárese para EMG colocación de los electrodos sobre el vientre muscular por el afeitado, eliminando las células muertas de la piel con cinta adhesiva, y luego limpiar con una gasa con alcohol isopropílico, según lo recomendado por SENIAM 12 y esperar a que la piel se seque. </li><li> Coloque EMG orientada a la dirección de las fibras musculares del electrodo. </li><li> Envuelva firmemente con una envoltura adherente auto. </li><li> Compruebe señales musculares en el ordenador mientras se realiza la prueba muscular manual para garantizar la colocación del electrodo adecuado, y la visualización clara de cambio de señal cuando el músculo está activo. </li></ol> 5. Configuración de captura de movimiento <ol><li> Coloque marcadores reflectantes en puntos de referencia comunes. Estos incluyen medial y maléolo lateral, medial y articulación de la rodilla lateral, anterior espina ilíaca superior, (ASIS), espina ilíaca posterosuperior (PSIS), estiloides radial, cubital siloide, medial epicondyl humeral, y epicondyl humeral lateral. </li><li> Ponga 3 o más marcadores, o un racimo cuerpo rígido de marcadores, en cada segmento de interés, incluyendo el pie, pierna, muslo, la mano y el antebrazo. </li><li> Recoger aproximadamente 2 segundos de los datos de captura de movimiento, mientras que el participante está parado en una posición estandarizada, como de pie con los brazos a 90 ° de flexión de hombro y codo de 90º de flexión. Asegúrese de que todos los marcadores sean claramente visibles para las cámaras. </li></ol> 6. La marcha de tareas <ol><li> Tener la transferencia participante a la cinta de correr. Ayúdelos apoyando los cables fNIRS optodos y luego fije los cables al soporte del techo después de que el paciente está en posición. Si el paciente está en alto riesgo de caídas, tenga un arnés de apoyo del peso corporal para la seguridad durante esta tarea. </li><li> Inicie la cinta de correr, poco a poco hasta llegar a la auto seleccionado la velocidad al caminar medida para obtener el participante cómodo con las condiciones establecidas. Luego lenta hasta detenersede nuevo. </li><li> Configure el archivo de animación con la retroalimentación auditiva que señalar el participante ya sea descansar o moverse. Instrucciones de la tarea de la opinión con el participante, diciéndoles permanecer lo más quieto y relajado posible durante períodos de &quot;descanso&quot; y para caminar a la velocidad establecida de la cinta de correr durante el período de &quot;tarea&quot;, mientras que se centra su atención en el pequeño círculo negro en la pantalla para la duración de adquisición de datos. </li><li> Baje las luces, y comenzar la adquisición de datos en el equipo de captura de movimiento y el ordenador fNIRS. Comience a grabar en la cámara de vídeo. </li><li> Utilizando el gatillo del ratón, haga clic en el botón de reproducción en el archivo de animación asociada con esta tarea. Asegúrese de que el gatillo se ha recibido tanto por la captura de movimiento y los sistemas NIRS. <ol><li> Cambie a una imagen de un punto negro situado en la línea de los participantes de la vista, de modo que tengan un punto de enfoque para la duración del ensayo. NOTA: El esquema general de cadaensayo se muestra en la Figura 2. </li></ol></li><li> Monitorear el desempeño de los participantes y proporcionar información acerca de la velocidad, o los movimientos voluntarios ajenos, según sea necesario. </li><li> Al final de la animación de instrucción, detenga la grabación en la captura de movimiento, EMG, y los sistemas de fNIRS, así como la cámara de vídeo. Dar al participante la oportunidad de descansar o cambiar de posición según sea necesario. </li></ol> 7. Bilateral Extremidad Inferior Ciclismo Tarea <ol><li> Tener la transición participante a un pedestal con la parte posterior móvil y soporte para las piernas, teniendo cuidado para apoyar los cables fNIRS optodos y para no chocar o desalojar a los marcadores de captura de movimiento o EMG electrodos. Tener un cojín de asiento de espuma para mejorar la comodidad durante el experimento. </li><li> Levante el cuadro de la bicicleta en su posición y fijarlo al plinto con una correa. </li><li> Asegurar los pies en los pedales y ajustar la posición del ciclo según sea necesario para promover una distancia cómoda y natural a los pedales. Enel punto más alejado en el ciclo, a mantener la rodilla en aproximadamente 10 ° de flexión. NOTA: En este punto, el participante estará en una posición semi-reclinada, que proporciona cierto apoyo tronco y facilita la relajación durante el período de descanso. </li><li> Instrucciones de la tarea de la opinión con el participante, que le piden que siguen siendo tan quieto y relajado posible durante los períodos de &quot;descanso&quot; y al ciclo de aproximadamente 60 rpm durante el período de &quot;tarea&quot;. </li><li> Repita los pasos 6.4 a 6.7. En lugar de cambiar a una imagen de un punto, el proyecto de animación de dibujos animados que señalar el participante ya sea descansar o moverse a través de la retroalimentación visual y auditiva. Maximizar la ventana de la película para que el participante no es capaz de controlar el tiempo que ha pasado, o se queda, en el juicio actual. </li></ol> 8. mano apretando Tarea <ol><li> Después de sacar los pies del ciclo y el ciclo en sí, colocar una mesa cama delante del participante, Making Asegúrese de que los brazos de los participantes son apoyados sobre la mesa en una posición cómoda. </li><li> Instruya a los participantes para exprimir un objeto suave, aproximadamente una vez por segundo (1 Hz) durante el período de &quot;tarea&quot;, y permanecer lo más relajado posible durante los períodos de &quot;descanso&quot;. </li><li> Repita el paso 7.5. </li></ol> 9. tobillo Dorsiflexión Tarea <ol><li> Retire la mesita de noche, y elevar la porción de reposapiés del zócalo hasta llevar a los pies a la vista de los participantes. </li><li> Retire el zapato y el calcetín del participante, y reemplazar los marcadores de pie en posiciones adecuadas. Apoyar la pantorrilla justo por encima de su articulación del tobillo con una almohadilla de espuma para permitir tobillo movimiento de la articulación. </li><li> Indique al participante a la flexión dorsal del tobillo de su aproximadamente una vez por segundo (1 Hz) durante el período de &quot;tarea&quot;, y permanecer lo más relajado posible durante los períodos de &quot;descanso&quot;. </li><li> Repita el paso 7.5. </li></ol> 10. Conclusión del ProProtocolo <ol><li> Retire la tapa e inspeccione la piel de las zonas de presión o enrojecimiento. </li><li> Retire todos los marcadores reflectantes y unidades de EMG. </li><li> Gracias al participante por su tiempo e invitar a sus aportaciones sobre la experiencia subjetiva del protocolo. Esto puede ser un cuestionario formal (y usadas por Garvey y sus colegas de la estimulación magnética transcraneal 13), o una discusión informal para identificar las fuentes comunes de malestar que se podrían mejorar en el futuro. </li></ol>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Recolección simultánea de la actividad cerebral de las áreas específicas de la corteza y los datos cuantitativos acerca de cómo una persona se está moviendo presenta un enorme potencial para mejorar nuestra comprensión del control neural de la circulación, tanto en una población con desarrollo típico, así como aquellos con trastornos del movimiento. También hay una amplia aplicación en términos de edades y tareas de movimiento que podrían completarse, ya que los participantes no se limitan a una posición supina, ya que ...

Imágenes Neural durante las tareas funcionales se ha vuelto más portátil y rentable utilizando espectroscopia de infrarrojo cercano funcional no invasiva (fNIRS) para identificar áreas de actividad cerebral al medir la dinámica del flujo sanguíneo en la corteza. La portabilidad de fNIRS es especialmente útil en el estudio de las tareas verticales y funcionales tales como andar 1, que no es posible con otras tecnologías como la resonancia magnética funcional (fMRI). Esta capacidad es fundamental en los campos de la neurología y la neurociencia, y podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los mecanismos subyacentes a los trastornos del movimiento en los niños y adultos con parálisis cerebral (PC) y otras enfermedades neurológicas que afectan el control motor. La comprensión de los mecanismos de mejora de la capacidad de diseñar intervenciones eficaces para orientar el origen de las deficiencias y limitaciones de la actividad. Muchos fNIRS estudios de tareas motoras hasta la fecha han estado con una población sana de adultos donde parteicipants son instruidos para realizar una tarea determinada y seguimiento de la ejecución de tareas se limita a la inspección visual. Esto puede ser suficiente para aquellos con movimientos típicos y un alto nivel de compromiso, pero no es aceptable en el estudio de los participantes con trastornos del movimiento o para aquellos que tienen dificultades para asistir a una tarea durante largos períodos de tiempo, incluidos los niños con un desarrollo normal. A fin de informar el análisis de la activación cerebral en estos casos, se requiere una monitorización concurrente del patrón motor que realmente se completó. Revisiones completas de sistemas fNIRS y usos se han presentado en la literatura 2-5 que guían el uso y ayudar a demostrar la precisión y sensibilidad de estos sistemas, pero los problemas técnicos de la recolección, procesamiento e interpretación de datos fNIRS todavía permanecen. El color y el grosor del cabello afecta a la calidad de la señal óptica, con el pelo oscuro y grueso más probable para bloquear o distorsionar transmi ópticasión 3,6. Esto es especialmente relevante en el estudio de las áreas sensoriomotoras situados en la zona de la coronilla de la cabeza, donde la densidad de folículos de pelo es el más grande, y algunos estudios reportan que no responden 6,7. El sistema internacional 10/20 bien establecido se puede utilizar para la colocación de los optodes, pero particularmente en el caso de aquellos con la anatomía del cerebro atípica, co-registro de ubicación optodo a MRI anatómica de un participante es muy útil si no es esencial para interpretar con precisión la resultados. El uso de fNIRS para evaluar la activación cerebral en la lesión cerebral de inicio infantil es bastante reciente, pero ganando terreno en la zona de unilateral 6,8,9 parálisis cerebral. En consideración de los retos antes mencionados, este protocolo combina fNIRS, captura de movimiento, y (EMG) monitoreo electromiográfico durante una serie de tareas, incluidas las tareas de una sola articulación simples así como más complejos movimientos de todo el cuerpo. Orientación visual y auditivo nosotros esed para mejorar el rendimiento y la atención de tareas a través de múltiples edades de los participantes. El objetivo del protocolo es para identificar las diferencias en los patrones de activación cerebral en las personas con lesión cerebral inicio en la infancia unilateral y bilateral en comparación con aquellos que están desarrollando normalmente. Exploramos un movimiento de cuerpo completo (marcha), una de las extremidades inferiores movimiento multi-articular bilateral (ciclismo), y dos movimientos de una sola articulación unilaterales (aislado dorsiflexión del tobillo, y aislado mano apretando) para ilustrar la variedad de aplicaciones de los métodos. Lo mismo o un protocolo muy similar podría usarse para estudiar otros trastornos sensoriales o de movimiento u otras tareas de interés. De onda continua cerca de la luz infrarroja se emite y se detecta en 690 nm y 830 nm sobre las cortezas sensoriomotoras utilizando el sistema de fNIRS a una velocidad de 50 Hz, con una configuración de fuente-detector de diseño personalizado. EMG datos se recogieron de forma inalámbrica a una frecuencia de 1000 Hz. Marcadores reflectante ubicaciones 3-D fueronrecogida por un sistema óptico de captura de movimiento a una velocidad de 100 Hz. Dos equipos diferentes manejan la adquisición de datos, una para los fNIRS y otro para la captura de movimiento y EMG. Los datos se sincronizan mediante un impulso de disparo de un tercer equipo que se corresponde con una pulsación de botón para iniciar la animación de instrucción para cada tarea. Para todas las tareas excepto la marcha, animaciones educativos fueron diseñados para estandarizar el rendimiento de los participantes utilizando una guía visual del ritmo de una tarea (1 Hz), representada por un salto de la historieta animal o patadas, así como una señal auditiva.

<table><tbody><tr><td>CW6</td><td>TechEn</td><td>http://nirsoptix.com/</td> <td>fNIRS Máquina con número variable de fuentes y detectores, en función del número de módulos incluidos</td></tr><tr><td>Sistema MX con diez cámaras de la serie T40</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Reino Unido</td><td>http://www.vicon.com/System/TSeries</td><td>Cámaras de captura de movimiento</td></tr><tr><td>marcadores reflectantes de 4 mm</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Reino Unido</td><td></td><td>Marcadores utilizados por las cámaras de captura de movimiento para localizar optodos fNIRS, Ar, Al, Nz y coordenadas de mano.</td></tr><tr><td>marcadores reflectantes de 9,5 mm</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, Reino Unido</td><td></td><td>Marcadores utilizados por las cámaras de captura de movimiento para localizar coordenadas de brazos y piernas. Los conglomerados se utilizan para los segmentos de las extremidades, y los marcadores con desplazamientos se utilizan para PSIS e Iz para mejorar la fiabilidad en la captura de datos.</td></tr><tr><td>Sistema EMG inalámbrico Trigno</td><td>Delsys, Inc. Natick, MA</td><td>http://www.delsys.com/products/wireless-emg/</td> <td>Electromiografía</td></tr><tr><td>Cinta de correr instrumentada de correa dividida Bertec</td><td>Bertec Corporation, Columbus, OH</td><td>Cinta</td> de <td>correr</td>http://bertec.com/products/instrumented-treadmills.html</tr><tr><td>sistema de soporte de peso corporal ZeroG</td><td>Aretech, LLC, Ashburn, VA</td><td>http://www.aretechllc.com/overview.html</td><td>Pista y carro pasivo utilizado para soportar cables, el arnés se puede utilizar para la seguridad del paciente durante las pruebas de marcha</td></tr><tr><td>3DS Max 2013</td><td>Autodesk, Inc., San Francisco, CA&nbsp;</td><td>http://www.autodesk.com/</td> <td>Software de animación 3D utilizado para animar animales para videos instructivos</td></tr><tr><td>Windows</td><td>Movie Maker Microsoft Corporation, Redmond, WA</td><td></td><td>http://windows.microsoft.com/en-us/windows-live/movie-maker software utilizado para combinar imágenes de animación con música</td></tr><tr><td>Audacity</td><td>de código abierto</td><td>http://audacity.sourceforge.net/</td> <td>Software utilizado para alterar el ritmo musical a la cadencia adecuada</td></tr></tbody></table>

funcional espectroscopia de infrarrojo cercano de las regiones sensoriales y motoras del cerebro con simultánea cinemática y emg supervisión durante las tareas motoras

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

Hay varias ventajas que la espectroscopía de infrarrojo cercano funcional (fNIRS) presenta en el estudio del control neural del movimiento humano. Es relativamente flexible con respecto al posicionamiento participante y permite algunos movimientos de la cabeza durante las tareas. Además, es de bajo costo, peso ligero y portátil, con muy pocas contraindicaciones para su uso. Esto presenta una oportunidad única para estudiar la actividad funcional del cerebro durante tareas motoras en individuos que están típicamente en desarrollo, así como aquellos con trastornos del movimiento, como la parálisis cerebral. Una consideración adicional en el estudio de los trastornos del movimiento, sin embargo, es la calidad de los movimientos reales realizadas y la posibilidad de, movimientos involuntarios adicionales. Por lo tanto, es necesario un seguimiento simultáneo de ambos cambios en el flujo sanguíneo en el cerebro y los movimientos reales del cuerpo durante las pruebas para la interpretación adecuada de fNIRS resultados. Aquí, se muestra un protocolo para la combinación de fNIRS conmuscular y el seguimiento cinemática durante las tareas de motor. Exploramos la marcha, un movimiento unilateral múltiples articulaciones (ciclismo), y dos movimientos de una sola articulación unilaterales (aislado dorsiflexión del tobillo, y aislado mano apretando). Las técnicas presentadas pueden ser útiles en el estudio tanto de control típicos y atípicos motor, y se puede modificar para investigar una amplia gama de tareas y cuestiones científicas.

Este protocolo coordina la adquisición simultánea de 3 modalidades para capturar el flujo de sangre del cerebro, la actividad muscular eléctrica, y el movimiento cinemático de articulaciones, mientras que un participante realiza tareas de motor (Figura 1). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52391/52391fig1highres.jpg" /> Figura 1. Ubicación de la sonda. La parte izquierda de esta figura muestra la ubicación ...

La monitorización de la actividad cerebral durante las tareas motoras verticales es de gran valor cuando se investiga la fuente neural de los trastornos del movimiento. Aquí, demostramos un protocolo que combina la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano con el monitoreo continuo de la actividad muscular y cinemática durante 4 tipos de tareas motoras.

Funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano de las Regiones sensoriales y motoras del cerebro con simultánea cinemática y EMG Supervisión Durante las tareas motoras

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

El objetivo general de este procedimiento es demostrar el uso de la espectroscopía funcional en el infrarrojo cercano sobre las regiones sensoriales y motoras del cerebro con monitoreo simultáneo de cinemática y EMG durante diferentes tareas motoras. Esto se logra primero colocando los optodos F nears sobre la cabeza del participante y alineándolos con CZ y los puntos preauriculares. El segundo paso consiste en colocar los electrodos de EMG sobre los vientres musculares de los músculos objetivo y los marcadores reflectantes sobre los puntos anatómicos de referencia.A continuación, recolecte datos simultáneamente del sistema de EMG de F Ns y del sistema de captura de movimiento mientras el participante realiza tareas motoras. En última instancia, F NS se utiliza para identificar diferencias entre los patrones de activación cerebral en personas con lesión cerebral de inicio en la infancia unilateral y bilateral, y aquellas que se desarrollan típicamente. La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes como la FMRI es que permite estudiar el desempeño de tareas erguidas y funcionales, como la marcha.Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la rehabilitación neurológica, como ¿cómo reorganiza el cerebro después de una lesión? y ¿cuáles son las consecuencias de esa lesión en el desempeño de tareas motoras? El uso de esta técnica en el estudio de trastornos motores nos permite medir la actividad cerebral mientras cuantificamos simultáneamente los movimientos intencionados y no intencionados mediante captura de movimiento y electromiografía. En general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque una configuración precisa requiere una preparación cuidadosa del cabello y la colocación de los ners optos para obtener una calidad óptima de la señal.Quien nos ayudará hoy con una demostración del procedimiento será la Dra. C. Ann Zary Gallagher, fisioterapeuta investigadora en nuestro laboratorio, y el Sr. No Robinson, investigador asociado de los NIH. A continuación describiremos los procedimientos relacionados con la recopilación de datos de N'S. Explique al participante los procedimientos experimentales y obtenga su consentimiento informado.A continuación, administre el inventario de lateralidad de Edimburgo y otros exámenes clínicos, y registre los tipos de cabello y piel del participante. Mida y registre la altura, el peso y la edad del participante. Luego, comience el procedimiento midiendo la circunferencia de la cabeza, la distancia entre el nasión y el inión, y la distancia entre los puntos preauriculares de las orejas derecha e izquierda.La intersección del punto medio de las dos últimas medidas es cz, que se marca en el cuero cabelludo utilizando un marcador lavable para separar el cabello a lo largo de la línea NAS y la línea ian. Si el participante tiene el cabello largo, sujete el cabello mediante trenzas o colas de caballo con el fin de exponer el cuero cabelludo donde se colocarán los optodos. A continuación, coloque el sensor F nears sobre la cabeza del participante, teniendo cuidado de alinearla con cz y AR al.Luego, coloque los optos directamente sobre el cuero cabelludo, asegurándose de que no haya cabello que bloquee el contacto. Este es un paso crucial porque el cabello puede degradar la calidad de la señal. A continuación, sujete las correas de velcro para mantener firmemente los optos en su lugar.Asegúrese de que todos los cables ópticos estén colocados planos y de que los optos estén perpendiculares a la superficie del cuero cabelludo. Si es necesario, coloque una fina pieza de espuma debajo del grupo de cables ópticos para favorecer la alineación perpendicular de los optos. Ahora, verifique que la intensidad de la luz medida en todos los detectores sea de al menos 80 decibeles y que se observe claramente un latido cardíaco en la señal de OD delta a longitudes de onda de 690 y 830 nanómetros.Si no se cumplen estos criterios, revise el cabello y asegúrese de que no esté bloqueando los optos. Luego, ajuste las ganancias del detector según sea necesario para maximizar la intensidad de la señal. Posteriormente, agregue los marcadores reflectantes en NZ ar al y iz en el participante.Pida al participante que permanezca inmóvil y registre aproximadamente dos segundos de datos de captura de movimiento para estos marcadores y para los optos F nears. A continuación, coloque una cubierta con varias capas de fieltro negro u otro material ópticamente absorbente encima de los optos f nears. Para proteger los detectores de interferencias o saturación provenientes de las cámaras de captura de movimiento, asegúrese de que los cables y el panel frontal de la unidad F nears también estén bien protegidos con el mismo material ópticamente absorbente.Se siguieron las directrices de Sentium para la colocación de electrodos y la preparación de la piel. En este paso, localice el vientre muscular de cada músculo objetivo utilizando puntos anatómicos de referencia, palpación durante la contracción muscular y guías para la colocación de electrodos. A continuación, coloque los electrodos de EMG orientados en la dirección de las fibras musculares.A continuación, coloque los marcadores reflectantes en los puntos anatómicos de las articulaciones. Recolecte aproximadamente dos segundos de datos de captura de movimiento mientras el participante permanece de pie con los brazos en flexión del hombro de 90 grados y flexión del codo de 90 grados. Ahora, ayude al participante a caminar hacia la cinta de correr sosteniendo los cables ópticos cerca de la F, y luego asegure los cables al soporte del techo.Una vez que esté en posición, indique al participante que permanezca lo más quieto y relajado posible durante los períodos de descanso y que camine a su velocidad de marcha predeterminada durante el período de la tarea, prestando atención al círculo negro pequeño en la pantalla durante la adquisición de datos. A continuación, atenúe las luces e inicie la adquisición de datos en la computadora de captura de movimiento y en la computadora F nears. Reproduzca el archivo de animación asociado con esta tarea.Maximice la ventana para que la imagen de un punto negro se ubique en la línea de visión del participante, lo cual será su punto de enfoque durante toda la prueba. Supervise el desempeño del participante y brinde retroalimentación sobre la velocidad o movimientos voluntarios adicionales según sea necesario.Al final de la animación instructiva, detenga la grabación en los sistemas de EMG y F fne de captura de movimiento. Dé al participante la oportunidad de descansar o cambiar de posición según sea necesario. En esta tarea, coloque al participante en una camilla con soporte móvil de espalda y piernas.Recuerde sujetar los cables ópticos de f y tenga cuidado de no desplazar los marcadores de captura de movimiento ni los electrodos de EMG. Instruya al participante a permanecer lo más quieto y relajado posible durante los periodos de descanso y a pedalear a aproximadamente 60 RPM durante el periodo de la tarea. Luego proyecte la animación de dibujos animados que indica al participante que descanse o se mueva mediante retroalimentación visual y auditiva, con la ventana de la película maximizada para evitar que el participante controle el tiempo.Ahora, coloque una mesa auxiliar frente al participante, asegurándose de que los brazos del participante estén apoyados sobre la mesa en una posición cómoda. Luego, indique al participante que apriete un objeto blando a una velocidad de una vez por segundo durante el período de la tarea y que permanezca lo más relajado posible durante los períodos de descanso. A continuación, retire la mesa auxiliar y eleve la parte del reposapiés de la camilla para colocar los pies del participante a su vista.Instruya al participante a realizar la dorsiflexión de su tobillo a una velocidad de una vez por segundo durante el período de la tarea y a permanecer lo más relajado posible durante los períodos de descanso. Al final de la sesión, retire el casquete. Todos los marcadores reflectantes y electrodos EMG aquí son ejemplos de reconstrucción ósea, ángulos articulares y EMG. Para una tarea de dorsiflexión izquierda, el período de la tarea durante el ensayo mostrado comienza aproximadamente a los 4,5 segundos y continúa hasta los 19,5 segundos.En este individuo de 13 años con desarrollo típico, hay un movimiento muy limitado en las articulaciones, aparte del tobillo izquierdo que es el objetivo. Además, los músculos son generalmente quiescentes tanto durante la tarea como en los períodos de descanso, excepto el músculo tibial anterior que sostiene el movimiento. Este es un ejemplo de un mapa de activación F nears durante una tarea de dorsiflexión izquierda; esta caja azul delinea aproximadamente el área muestreada.Esta figura muestra la respuesta promedio de hemoglobina oxigenada durante un período comprendido entre cinco y diez segundos posteriores al inicio del movimiento de un adolescente típicamente desarrollado flexionando su tobillo izquierdo. Los colores azules representan ausencia de activación, mientras que las áreas rojas indican las regiones con aumento de hemoglobina oxigenada durante los períodos de la tarea. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en aproximadamente dos horas si se lleva a cabo correctamente. No se debe olvidar que trabajar con luz infrarroja cercana puede ser peligroso, por lo que siempre se deben tomar precauciones, como proteger los ojos de los investigadores y participantes de las fuentes de luz, al realizar este procedimiento.Tras seguir este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como la co-registración con imágenes de resonancia magnética anatómica y la determinación de regresores a partir de datos cinemáticos y de EMG. Esto nos permite responder preguntas adicionales, como la localización precisa de la actividad cerebral y las fuentes neuronales de actividad no intencionada.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo integrar herramientas de monitoreo del movimiento con mediciones de ners para estudiar la activación en regiones sensoriales y motoras del cerebro durante la realización de tareas motoras.

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Aquí se describe un método de recolección de datos y análisis de datos para funcionales espectroscopia de infrarrojo cercano (fNIRS), una novela de sistema no invasivo usa imágenes del cerebro en la neurociencia cognitiva, especialmente en el estudio del desarrollo del cerebro del niño. Este método proporciona un estándar universal de adquisición de datos y el análisis fundamental para la interpretación de datos y descubrimientos científicos.

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MazeSuite es un completo conjunto de herramientas para preparar, presentar y analizar los experimentos de navegación y espacial. Funcionales espectroscopia de infrarrojo cercano (fNIR) es una técnica de imágenes cerebrales óptico que permite el monitoreo no invasivo y portátil de los cambios cerebrales oxigenación de la sangre. Este documento resume el uso colectivo de MazeSuite y fNIR dentro de un paradigma de procesamiento de aprendizaje cognitivo.

Utilizando MazeSuite y funcional espectroscopia cercana al infrarrojo para estudiar el aprendizaje de la navegación espacial

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Recopilación simultánea de datos de mediciones de fMRI y fNIRS utilizando una matriz de optodos de cabeza completa y canales de corta distancia

Se estima que 1 de cada 6 personas en todo el mundo sufrirá un accidente cerebrovascular a lo largo de su vida, lo que le causará una discapacidad a largo plazo, cuyos mecanismos de rehabilitación aún no se conocen bien. Este estudio propone un protocolo para evaluar la activación cerebral mediante espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) durante una sesión de terapia robótica de miembros inferiores.

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Aprende a usar espectroscopia funcional de infrarrojo cercano para estudiar regiones sensoriales y motoras del cerebro durante tareas motoras con supervisión cinemática y EMG simultáneas.

Funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano de las Regiones sensoriales y motoras del cerebro con simultánea cinemática y EMG Supervisión Durante las tareas motoras (Video) | JoVE Journal

Funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano de las Regiones sensoriales y motoras del cerebro con simultánea cinemática y EMG Supervisión Durante las tareas motoras

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