Collecte simultanée de données de mesures IRMf et NIRS f à l’aide d’un réseau d’optodes à tête entière et de canaux à courte distance

La collecte simultanée des signaux IRMf et IRMf chez les mêmes sujets est extrêmement importante car elle nous permet d’aligner le signal fNIRS avec celui de l’IRMf, qui est l’étalon-or en neuroimagerie. Le fNIRS est une méthodologie qui est encore en développement et qui ne peut pas atteindre des structures cérébrales plus profondes. Ainsi, les enregistrements IRMf nous permettent de mieux comprendre le signal fNIRS.

Les tentatives précédentes d’enregistrement des signaux fNIRS et IRMf du cerveau du même participant nécessitaient deux sessions d’enregistrement. Malheureusement, ces deux séances signifient que le participant a vu et entendu les mêmes stimuli à plusieurs reprises, ce qui peut changer la façon dont le cerveau réagit. Bien que dans le protocole, les signaux IRMf et NIRS fNIRS ne soient alignés que chez les adultes typiques, nous espérons que le protocole actuel pourra également être étendu pour tester des populations cliniques et développementales.

Cela sera particulièrement important, par exemple, lors de la collecte de données auprès d’individus susceptibles d’avoir des déficits neuropsychologiques, car nous serons en mesure d’interpréter le signal fNIRS avec la plus grande confiance. Nous pensons que ces enregistrements simultanés de l’IRMf et de l’IRMf seront particulièrement importants pour comprendre les réseaux neuronaux dans le cerveau pour des populations particulières et pour les enfants. Il ne fait aucun doute que la collecte simultanée de signaux IRMf et NIRS f, mais nous travaillons à travers toutes les étapes et nous sommes convaincus que notre protocole permettra à d’autres laboratoires de collecter le même type de données.

L’un des principaux défis sera probablement de s’assurer que le participant est à l’aise dans le scanner, en particulier lorsqu’il porte un bonnet fNIRS à tête entière. Virginia Chambers, la responsable du laboratoire de notre laboratoire, fera la démonstration de la procédure. Une fois que le participant a signé les formulaires de consentement nécessaires et reçu les instructions pour les tâches, demandez-lui de s’asseoir sur une chaise dans la salle de contrôle.

Enroulez un ruban à mesurer doux autour du front. Déplacez-vous vers la partie la plus large à l’arrière et revenez au point de départ. Choisissez le chavirement fNIRS le plus proche de la circonférence mesurée.

Saisissez fermement et faites glisser la base des sondes du détecteur à courte distance autour de la partie de l’œillet passant à travers le maillage du capuchon fNIRS. Assurez-vous que le câble du détecteur à courte distance fait face à l’arrière du capuchon pour une zone de face dégagée. Ensuite, demandez au participant de faire glisser la casquette vers le bas à partir du sommet de sa tête d’une manière comme s’il mettait un chapeau d’hiver et de serrer la mentonnière dans une mesure confortable.

Attachez les bretelles arrière. Vérifiez que le capuchon est bien fixé et que les douilles de l’optode sont bien solides contre la tête. Placez ensuite des autocollants verts pour marquer les emplacements des points de repère clés en fonction des positions du système 10/20.

Utilisez un ruban à mesurer pour aligner les points du cuir chevelu de manière symétrique avec les points du capuchon. Assurez-vous d’une distance égale entre le point CZ et le point pré-auriculaire, l’inion et le point nasion. Demandez au participant de rester immobile pour créer un modèle 3D de sa tête.

Lancez ensuite l’application structure sur une tablette ou un iPad. Assurez-vous que la couleur haute résolution, l’exposition automatique infrarouge et les fonctions améliorées du tracker sont désactivées. Positionnez maintenant le participant au centre, en veillant à ce que toute sa tête rentre dans le carré 3D de l’écran et que ses épaules soient le moins visibles dans le cadre.

Faites le tour du sujet pour scanner la forme de la tête et les optodes avec le scanner 3D. Une fois l’ensemble du scan terminé, appuyez sur le bouton situé sur le côté droit de l’écran pour lancer le rendu 3D. Vérifiez la clarté et le niveau de détail du rendu pour vous assurer que le placement des optodes et des autocollants de repère verts est précis.

Pour des raisons de sécurité et de confidentialité, enregistrez le scan 3D sur un serveur protégé par la loi HIPAA. Une fois le modèle 3D terminé, retirez les autocollants verts et demandez au participant d’insérer des bouchons d’oreille dans ses oreilles. Dans la salle de numérisation, assurez-vous que la bobine de tête à 20 canaux est placée dans le scanner.

Placez un oreiller en mousse à l’intérieur du bas de la bobine de tête d’IRM pour soutenir la partie supérieure de la tête du participant. Demandez au participant de s’asseoir confortablement sur la table du scanner. Tout en maintenant l’œillet de l’optode d’une main, utilisez un applicateur résistant à l’IRM pour dégager les poils du milieu de l’œillet.

Appliquez ensuite une pression ferme pour fixer l’optode dans l’œillet. Demandez au participant de s’allonger lentement et prudemment. Ajustez les faisceaux de fibres optiques pour vous assurer que la tête du participant repose confortablement dans la bobine de tête.

En fonction de la position des câbles par rapport au guide d’ondes, soulevez la table du scanner. Placez un coussin moelleux sous les jambes du participant pour garantir son confort. Enroulez la ceinture respiratoire autour de la taille du participant.

Demandez au participant de porter un casque antibruit, en veillant à ce qu’il n’interfère pas avec le placement de la sonde fNIRS. Placez l’oxymètre de pouls sur l’index gauche du sujet. Dans le cas où une boîte à boutons est utilisée pour les tâches expérimentales, demandez au sujet de la tenir avec la main dominante.

Fournissez des instructions claires sur la façon d’utiliser la boîte à boutons. Placez la boule de pression ou le bouton d’alarme sur la main non dominante du sujet et indiquez au participant comment l’utiliser. Testez l’alarme en demandant au participant d’appuyer dessus.

Faites glisser le participant de quelques centimètres dans l’alésage du scanner pour aligner la tête. Positionnez la partie supérieure de la bobine de tête. Ensuite, insérez le microphone et le miroir dans les inserts de bobine correspondants.

Faites glisser lentement le participant dans l’alésage du scanner tout en tenant les fibres optiques. Sur l’ordinateur du scanner, choisissez les séquences structurelles et fonctionnelles pertinentes nécessaires à l’étude. Vérifiez que le radiophare d’alignement de piste est bien positionné dans l’alésage du scanner, en vous assurant qu’il offre une couverture complète du haut de la tête jusqu’au cervelet.

Confirmez avec le participant que l’écran de l’ordinateur est visible via le miroir de la bobine de tête et exécutez le balayage structurel initial. Les données fNIRS au niveau du sujet ont montré une activation accrue dans les zones bilatérales du cortex visuel pendant les blocs en damier clignotant par rapport aux périodes inter-essais. Les traces temporelles de l’activité cérébrale ont montré une augmentation du signal HBO pendant la présentation du damier clignotant et une diminution pendant les périodes inter-essais.

La visualisation des données HBO pendant la période de damier clignotant a montré une activation bilatérale dans les zones du cortex visuel au niveau du sujet individuel. Les données d’IRMf au niveau du sujet montrent une plus grande réponse au signal gras dans le cortex visuel primaire et secondaire pendant les périodes en damier clignotant par rapport aux périodes inter-essais Au niveau sous-cortical, une activation accrue est observée dans le noyau géniculé latéral du thalamus. L’un des principaux défis de notre protocole est de s’assurer que le participant peut se reposer confortablement dans le scanner, et cela sera principalement déterminé par le type d’optode fourni avec le système fNIRS.

Le protocole peut être adapté pour collecter des données provenant de régions d’intérêt spécifiques et à travers une variété de paradigmes expérimentaux. Nous fournissons également des suggestions spécifiques sur la façon d’utiliser le protocole avec les populations cliniques et développementales.