Évaluation de la latéralisation cérébrale chez les enfants en utilisant fonctionnelle échographie Doppler transcrânien (FTCD)

Summary

Fonctionnelle Doppler transcrânien échographie (FTCD) est une technique échographique simple et non invasive qui peut être utilisé pour évaluer la latéralisation des fonctions cognitives, en particulier la langue, et est adapté pour une utilisation avec des enfants.

Abstract

Il ya beaucoup de questions sans réponse sur la latéralisation cérébrale. En particulier, on ignore encore quels sont les aspects du langage et de compétences non verbales sont latéralisés, s'il ya des inconvénients associés aux profils atypiques de la latéralisation cérébrale, et si la latéralisation cérébrale se développe avec l'âge. Dans le passé, les chercheurs s'intéressent à ces questions avaient tendance à utiliser impartialité comme mesure de substitution pour la latéralisation cérébrale, mais ce n'est pas satisfaisante car impartialité est seulement un indicateur de faible et indirects de la latéralité des fonctions cognitives ^1. D'autres méthodes, telles que l'IRMf, sont coûteux pour les études à grande échelle, et pas toujours réalisable avec des enfants ^2.

Ici, nous allons décrire l'utilisation de l'échographie Doppler transcrânien fonctionnelle (FTCD) comme un coût-efficacité, méthode non invasive et fiable pour évaluer la latéralisation cérébrale. La procédure consiste à mesurer le débit sanguin dans l'artère cérébrale moyenne via une sonde échographique placée juste en face de l'oreille. Notre travail s'appuie sur les travaux de Rune Aaslid, qui a co-présenté TCD en 1982, et Stefan Knecht, Michael Deppe et leurs collègues de l'Université de Münster, pionnier de l'utilisation de mesures simultanées de gauche et de droite, au milieu flux de l'artère sanguin cérébral, et a élaboré une méthode de correction pour l'activité battement de coeur. Cela a permis de voir une nette augmentation du flux sanguin du côté gauche lors de la génération la langue, avec la latéralisation acceptant bien avec celles obtenues en utilisant d'autres méthodes ^3.

L'artère cérébrale moyenne a un territoire très vaste vasculaire (voir Figure 1) et la méthode ne permet pas de fournir des informations utiles sur la localisation au sein d'un hémisphère. Notre expérience suggère qu'il est particulièrement sensible aux tâches qui impliquent la production de parole, explicite ou implicite. La tâche de la «gold standard» est une tâche de génération de mot (par exemple penser à autant de mots que vous pouvez qui commencent par «B» à la lettre) ^4, mais ce n'est pas adapté aux jeunes enfants et d'autres avec des compétences en littératie sont limitées. Comparé à d'autres méthodes d'imagerie cérébrale, FTCD est relativement peu touchée par les artéfacts de mouvement de parler, et nous sommes donc en mesure d'obtenir un résultat fiable à partir des tâches qui impliquent des photos décrivant haute voix ^5,6. En conséquence, nous avons développé une tâche adaptés aux enfants qui consiste à regarder des vidéo-clips qui racontent une histoire, et puis en décrivant ce qu'il a vu.

Protocol

1. Utiliser FTCD pour évaluer latéralisation langage chez les enfants

1. Lorsque c'est possible, nous familiariser l'enfant avec des images montrant des personnages de l'histoire vidéo dans une session séparée avant de les introduire au Doppler du système.
2. Il est important que la procédure comporte suffisamment d'essais pour obtenir une mesure fiable: idéalement 20 ou plus, si nous avons obtenu des données utiles avec aussi peu que 10 à 15 essais. Chaque essai comporte une période de détente, pour être utilisé comme une base, suivie de l'activation des langues. Vitesse d'écoulement de sang pendant la période d'activation est comparée à la base. Nous avons constaté qu'il est possible d'utiliser la période, tandis que l'enfant regarde passivement un clip vidéo 12 secondes comme base de référence. Cela permet d'éviter l'ennui. La ligne de base est suivie d'une période de 10 secondes de réponse dans lequel l'enfant est invité à décrire ce qui s'est passé. Elle est suivie par une période de 16 secondes de repos.
3. Le calendrier de la procédure est importante afin de détecter des changements dans la vitesse d'écoulement du sang due à une demande métabolique, qui peut prendre jusqu'à 7 secondes. Nous utilisons des tâches informatisées, écrit dans la présentation ou Matlab, qui contrôle le timing de chaque essai. Critique, ces programmes ont également envoyer des impulsions au matériel qui enregistre un marqueur dans le fichier de données Doppler pour indiquer le début de la période d'activation. Ils sont utilisés dans l'analyse des données afin de déterminer les périodes de référence et de l'activation du flux sanguin.
4. Nous utilisons un système multi-dop qui permet l'enregistrement d'échographie côtés gauche et droit simultanément. Il est préférable d'avoir le système multi-dop configuré et prêt à aller avant que le participant arrive. Assurez-vous que les sondes sont connectées au système multi-dop avant de passer sur le. Vérifiez que l'ordinateur est connecté de relance, via le port parallèle, à l'ordinateur multi-dop et les légumineuses sont d'une vue sur l'autre. S'assurer que le filtre passe-haut est fixé à 300 Hz pour les deux parties et de vérifier la profondeur de insonation (45-55 mm) et la puissance du signal. Le système a des limites définies sur les différents paramètres pour s'assurer que les niveaux de sécurité peuvent être utilisés.
5. Un code de participant doivent être enregistrées dans les fichiers de données multi-dop pour que la condition, le groupe, ou les données démographiques correspondant.
6. Le système devrait alors être mis en pause pendant la préparation des sondes. Chaque sonde à ultra-sons est recouvert d'un gel qui permet un contact entre la sonde et la peau. Utilisez une quantité généreuse de gel de maintenir le meilleur contact possible.
7. Maintenant il est temps de commencer la session. Vérifier si l'enfant a besoin d'aller aux toilettes avant de commencer! Nous démontrons le casque à l'aide des animaux en peluche, et assurez-vous que l'enfant comprenne ce qui se va se passer et ce qui leur sera demandé de faire. Il est particulièrement important qu'ils comprennent la nécessité de garder le silence après la période d'activation, de sorte que le signal peut revenir aux valeurs initiales. Les enfants doivent être assis confortablement comme une tâche complète peut durer entre 20 et 30 minutes et beaucoup de mouvements du corps bruts peuvent interférer avec le signal Doppler.
8. La partie la plus dure de la procédure est le positionnement des sondes de gel couverts. Les nouveaux utilisateurs devraient être conscients qu'il faut pratiquer pour devenir expert dans cette partie du processus. Il ya une simulation par ordinateur utiles par Rune Aaslid qui peuvent aider à la formation
   ( http://www.transcranial.com/ ), mais la meilleure façon d'apprendre est de pratiquer sur vos amis et collègues. Une fois que vous avez évalué à environ 10 personnes, vous commencerez à trouver beaucoup plus facile. Une bonne chose de travailler avec les enfants, c'est qu'il est généralement plus facile de trouver un signal provenant d'un enfant qu'un adulte, parce qu'ils sont plus minces crânes.
9. Chaque sonde est placée à la fenêtre temporelle du crâne de chaque côté de la tête. C'est la section la plus mince de l'os dans la tête et offre la meilleure surface à travers laquelle un signal peut être obtenue à partir des artères cérébrales moyennes. Ces fenêtres peuvent être trouvés juste en avant de chaque oreille. Lorsque l'on travaille avec des enfants, il peut aider à réduire le temps de mettre en place si vous avez deux expérimentateurs, un ajustement de chaque sonde. La plupart des enfants sont heureux de regarder un DVD pendant cette partie de la procédure, mais il est important de surveiller le comportement de l'enfant et de s'assurer qu'ils sont à l'aise et détendu. Terminer la session si l'enfant présente des demandes ou s'il n'y a aucun signe de détresse.
10. La position des sondes est ensuite ajustée de manière à insonate l'artère cérébrale moyenne. Cela peut prendre quelques minutes avant le signal satisfaisante soit trouvée. Ce signal a un son caractéristique ainsi que motif visuel qui devrait être surveillé par l'ordinateur multi-dop.
11. Le son est un bruit caractéristique whooshing bas du taux de battement de coeur du participant. Le motif caractéristique visuelle est une forte hausse suivie par une chute de décroissance exponentielle off qui répète également au taux de battre le coeur. Vous pouvez ramasser activité à partir d'autres vaisseaux sanguins, selon la profondeur de insonation et la direction de la sonde. Une profondeur d'environ 45 à 50 mm fonctionne généralement bien chez les enfants. Une fois un signal fort a été trouvé, de réduire le pouvoir autant que possible tout en maintenant un bon signal. Le gain peut également être augmentée pour amplifier un signal faible.
12. Une fois les signaux pour chaque artère cérébrale moyenne sont satisfaisants, la sortie auditive du signal multi-dop devrait être tourné vers le bas, et la procédure peut commencer. L'expérimentateur explique à l'enfant qu'ils vont regarder un clip vidéo tranquillement. Quand ils voient le point d'interrogation se place sur l'ordinateur dont ils ont besoin pour raconter l'expérimentateur autant que possible sur ce qui s'est passé dans la vidéo. Quand ils voient l'image du garçon va «chut», ils ont arrêter de parler immédiatement et s'asseoir tranquillement pour attendre la prochaine vidéo pour commencer (voir Figure 2 et. Exemples avi).
13. Les appareils d'enregistrement sont alors commencé, c'est à dire, un enregistreur vocal pour les réponses auditives; avec le système d'enregistrement multi-dop, et l'ordinateur contrôlant la présentation du stimulus.
14. Le travail de l'expérimentateur est alors de surveiller l'enfant et le signal Doppler pour a) s'assurer que l'enfant est à l'aise et en assistant à la tâche et b) s'assurer que le signal approprié est maintenu. Le signal Doppler est beaucoup moins sensible aux mouvements d'un signal d'IRMf, mais il peut encore être perturbé par les mouvements du corps brut, ou si les mouvements de la sonde. Si le signal devient sensiblement perturbé, affichage de l'ordinateur doit être mis en pause et les sondes de réinitialisation de manière appropriée. À certains moments, il peut être nécessaire d'appliquer plus de gel dans le but de gagner de rétablir un signal satisfaisant. Nous constatons que les tests des enfants qui fonctionne le mieux si l'on expérimentateur est responsable du maintien de l'enfant sur la tâche et l'enregistrement ce qu'ils disent, et les autres moniteurs du signal Doppler.
15. Lorsque la procédure expérimentale est terminée, l'enregistrement multi-dop peut être arrêté et enlevé les sondes. Il est utile d'avoir certains tissus disponibles pour enlever tout excédent de gel.
16. Les fichiers de données brutes sont traitées afin de comparer les signaux gauche et droite Doppler. Nous avons développé notre propre logiciel Matlab sur la base des méthodes développées par Deppe ^7. Ce traitement consiste à sous-échantillonnage des données et la correction des fluctuations dues aux battements du cœur. Essais simples sont exclus de l'analyse si l'activation gauche ou droit est en dehors d'une plage spécifiée, communément de 70 à 130% de vitesse d'écoulement de base de sang. L'activation de ces essais est susceptible d'être affectée par le contact de sonde problématique. La figure 3 montre l'activation par rapport à la sonde des signaux pour un bon signal, alors que la figure 4, montre un cas où le signal est périodiquement perdu.
17. Par rapport à la vitesse d'écoulement de base de sang, l'activation de la voie de droite est soustraite de la gauche afin de calculer l'activation de différence (voir figure 5). L'indice de latéralisation est calculé comme la moyenne de l'activation de différence pour une seconde de chaque côté de l'écart maximum dans un délai pré-défini d'intérêt. Cette période d'intérêt est de 7 à 17 secondes suivant le début de la «parler» de commande, indiqué par le marqueur envoyé depuis l'ordinateur d'affichage dans le fichier de données multi-dop. Comme l'activation différence est les canaux gauche moins droite, la latéralisation des indices positifs reflètent latéralisation gauche et négatifs reflètent la droite.

2. Les résultats représentatifs

Figure 1:. Surface extérieure des hémisphères cérébraux, montrant les zones fourni par les artères cérébrales rose est la région fournie par l'artère cérébrale moyenne. (À partir de: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png )

Figure 2:. Aperçu schématique des essais expérimentaux avec vidéo 12 secondes de base, un intervalle de 10 secondes de réponse, et 16 secondes phase de repos Période d'intérêt pour le calcul de la latéralité est également représenté.

Figure 3. Nettoyer l'enregistrement des données du Doppler la vitesse brute (cm / sec) pour les canaux gauche (bleu) et Right Doppler (rouge) de 130 à 150 secondes pendant une seule session expérimentale. Chaque impulsion visible correspond à un battement de coeur. Marqueur d'événement relance survenue indiquant s'affiche en vert.

Figure 4. Perturbé l'enregistrement des données du Doppler la vitesse brute (cm / sec) pour les canaux gauche (bleu) et Right Doppler (rouge) de 400 à 450 secondes pendant une seule session expérimentale. Marqueur d'événement indiquant le début du stimulus s'affiche en vert. Les éléments significatifs d'abandon est visible pour les deux canaux.

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Figure 5. Gauche (bleu) et droite (rouge) canal (partie A) et de la différence gauche moins droite (Groupe B) vitesse Doppler (cm / sec) en moyenne dans tous les essais acceptable pour un groupe de participants. Les participants ont été indicé de «parler» à 12 secondes et la période d'intérêt pour le calcul de la latéralité est également représenté en vert. Les barres d'erreur grise qui entoure la vitesse de la différence dans le groupe B représentent l'erreur standard de la moyenne.

Avi exemples: les séquences vidéo pour raconter la "Freezefoot« histoire peut être téléchargé à partir de: http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm

Discussion

En plus d'étudier le développement normal, nous avons utilisé pour étudier la latéralisation FTCD la langue chez les adultes et les enfants ayant des troubles développementaux du langage et l'alphabétisation ^{8, 9.} Nous sommes également intéressés à développer des méthodes d'utilisation de FTCD pour l'évaluation de la latéralisation des habiletés visuo-spatiales ^{10, 11.}

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Multi-Dop T avec mise à niveau vers la surveillance MultiFlow 2 canaux	Compumedics	5610 EN	sera bientôt remplacé par la version numérique
Casque	Spencer Technologies, 701– ; 16e Avenue, Seattle, WA 98122