מדידה של תפקוד המוח Neuromagnetic ב טרום בית ספר לילדים עם מג בגודל מותאם אישית

שלום, אני סטיבן קריין. אני ממנהלי מעבדת KIT Macquarie למחקרי מוח. המעבדה היא חלק מהמרכז של Macquarie למדעי הקוגניציה באוניברסיטת Macquarie בסידני, אוסטרליה.

שלום, אני אילה דסן ואני עובדת במרכז למדעי הקוגניציה של אוניברסיטת מקווארי. היי, אני מלאני ריד ואני עובדת במרכז למדעי הקוגניציה של אוניברסיטת מקווארי. באוניברסיטת מקווארי, אנו משתמשים במגנטואנצפאלוגרפיה או MEG כדי לחקור את מנגנוני המוח העומדים בבסיס הרכישה המהירה של שפה אצל ילדים בגילאי שנתיים עד שש.

MEG מודדת את השדות המגנטיים המיוצרים על ידי קליפת המוח. באמצעות MEG, אנו יכולים לצפות באילו אזורי מוח פעילים במהלך עיבוד שפה וכיצד אזורים שונים אלו מקיימים אינטראקציה. קיימים שני אתגרים בעבודה עם ילדים צעירים באמצעות כל מערכת להדמיית מוח.

ראשית, סביבת המעבדה הטיפית אינה ידידותית לילדים. שנית, כדי להשתתף במחקר MEG, על ילדים לקבל הנחיות להגביל את התנועה למינימום, והם נדרשים להתרכז במטלה למשך פרק זמן ממושך. לכן, היה לנו חשוב לפתח פרוטוקול המאפשר לנו להשתמש ב-MEG ובמקביל יהיה מהנה עבור ילדים.

עם זאת, יתרונות ה-MEG עולים בהרבה על האתגרים. MEG הוא כלי בעל ערך למדידת תפקוד המוח בילדים בשל הרזולוציה הטמפורלית הגבוהה ביותר שלו והרזולוציה המרחבית הטובה שלו, ומכיוון שהוא אינו פולשני לחלוטין, הוא אינו מהווה סיכון ידוע לרקמה העצבית של ילדים. בניגוד ל-MEG, טכניקות דימות עצבי אחרות השתמשו בשדות מגנטיים חזקים ובתרופות רדיואקטיביות שעלולות להוות סיכון לילדים צעירים.

אחד המאפיינים המרכזיים של מערכת ה-MEG לילדים שלנו הוא שהיא תוכננה במיוחד לשימוש עם ילדים צעירים. המערכת בגודל המותאם אישית פותחה בשיתוף עם מכון הטכנולוגיה קאנאווה (Kanawa Institute of Technology) ותאגיד יוקוגאווה אלקטריק (Yokogawa Electric Corporation). בסרטון הבא, נסביר מדוע היהו נחוץ לפתח מערכת MEG מותאמת אישית לילדים, ונראה כיצד אנו מכינים את הילדים לבדיקה במערכת ה-MEG.

הצטרפו אלינו לדקות הקרובות ונסיג לכם את המעבדה. נסביר את הצעדים שנקטנו כדי לגרום לילדים ליהנות מההשתתפות במחקרינו. במעבדה שתי מערכות MEG השוכנות באותו חדר מוגן מגנטית.

המערכת למבוגרים מורכבת מ-160 חיישנים הפרוסים באופן שווה בתוך קסדת ה-MEG, המספקת כיסוי מלא של הראש. מערכת ה-MEG לילדים כוללת פריסה דומה, אך היא בעלת 64 חיישנים, מה שהופך את הקסדה לקטנה יותר ומתאימה באופן מושלם לגיל הגן ולינקים.

MEG מסוגל לזהות ולהגביר את השדות המגנטיים החלשים הנוצרים על ידי אלפי נוירונים פעילים בקליפת המוח. זיהוי שדות מגנטיים חלשים אלו מושג בקלות באמצעות חיישנים מיוחדים המכונים squids או התקני התערבות קוונטיים מוליכי-על. טכנולוגיית מוליכות-על נדרשת להפעלת מערכות ה-MEG.

החיישנים דורשים קירור באמצעות הליום נוזלי במינוס 270 מעלות צלזיוס. הרצף הבא מראה את מילוי המערכות בהליום נוזלי, פעולה שיש לבצע על בסיס שבועי. הליום נוזלי מהווה את רוב עלויות התפעול של מערכת MEG.

שדות מגנטיים מהמוח הם קטנים ביותר בהשוואה לשדות מגנטיים הנוצרים על ידי כל הציוד במעבדה מודרנית. משמעות הדבר היא שמערכות MEG חייבות להיות ממוקמות בחדר ממוגן מגנטית. החדר הממוגן במעבדה שלנו בנוי משלוש שכבות של perlo ושכבה אחת של נחושת.

משקל החדר הוא כ-8.5 טון, ורצפת המעבדה נדרשה לחיזוק מיוחד כדי לשאת את משקלו. עלות החדר המוגן מגנטית מהווה שליש עד חצי מעלות ההון של מערכת MEG. בצידי החדר קיימים מספר פתחים המאפשרים הקרנה של גירויים חזותיים אל תוך החדר והפעלה של סוגי ציוד אחרים באמצעות כבלי סיב אופטי.

MEG מודדת שדות מגנטיים המיוצרים על ידי תאים פעילים במוח. טכניקה קשורה, electroencephalography, מודדת את הרכיב החשמלי של שדות אלה. EEG היא טכנולוגיה פשוטה וזולה הרבה יותר, אך היא אינה בעלת היכולת של MEG לאתר את מיקום הפעילות במוח.

במחקרים עם ילדים בוגרים ומבוגרים, אנו מקליטים לעיתים קרובות הן EEG והן MEG בו-זמנית. עם זאת, הדבר בדרך כלל אינו מעשי עם ילדי גן עקב זמן ההכנה הממושך הנדרש עבור EEG. מכיוון ש-MEG משתמש בחיישנים טבולים בהליום נוזלי, החיישנים נמצאים במיקומים קבועים בתוך קסדה מבודדת ואטומה לוואקום.

הקסדה של מערכת MEG סטנדרטית למבוגרים תוכננה כך שתתאים לכ-95% מראשי המבוגרים. משמעות הדבר היא שראשים הגדולים או הקטנים ביותר אינם מתאימים היטב לקסדה למבוגרים. זוהי בעיה משמעותית במיוחד עבור ילדים בגיל הגן, מכיוון שרדיוס ראשם קטן ב-2 עד 3 סנטימטרים מרדיוסם של ראשי מבוגרים.

מכיוון שאותים של MEG דועכים במהירות רבה עם המרחק. המשמעות היא שחיישנים רבים בקסדה למבוגרים לא יהיו יעילים למדידת אותים ממוחות של ילדים. בעיה נוספת היא שילדים נוטים יותר להזיז את ראשיהם בתוך הקסדות הגדולות במהלך מפגשי המדידה.

דבר זה גורם לירידה באיכות אותות ה-MEG. סרטון זה מציג את חיישני ה-MEG במערכת המיועדת למבוגרים. ביחס לראש של ילד, ניתן לראות שחלקים רבים מהחיישנים נמצאים רחוק למדי מפני השטח של הראש.

זו הסיבה לכך שיש ערך לייצור קסדת MEG המותאמת אישית לגודל ראשם של ילדים בגיל הגן. בסרטון זה ניתן לראות כי החיישנים של מערכת ה-MEG לילדים שלנו נמצאים כולם קרוב מאוד לפני השטח של הראש. יש להשלים מספר שלבים לפני שניתן יהיה להתחיל בניסוי.

בתוך ה-MSR, אנו בודקים אם על הילד יש חפצים העשויים מחומר פריטי (Ferris). האם יש לך משהו בכיסים? לא. ויש להם פעם שנייה.

אנחנו מצמידים לילד כובע המכיל חמישה סלילי סימון. לאחר מכן אנו מבצעים דיגיטציה של צורת ראשו של הילד, או יוצרים "רישום של ראשם" כפי שאנו מכנים זאת. לאחר מכן אנו מכניסים את הילד לתוך ה-MSR או ה"חללית" כדי שיהיה מוכן לשחק במשחק, בזמן שאנו מכינים את הקשירה.

בתוך ה-MSR, מוקרן על המסך שמעליהם סרט לבחירתם. ברגע שהם שוכבים בנוחות, אנו סוגרים את הדלת והרכישה מתחילה. הניסוי יימשך בדרך כלל כ-20 דקות.

אנו מזמינים את הילד לשחק במשחק בתוך חללית בזמן שהוא צופה בסרט ללא קול. במקרה שלנו, הילדים מקשיבים בריכוז לסדרה של משפטים וחוזרים על המילה גבינה ברגע שהם שומעים אותה. ריח הגבינה מהתרמיל של הקופים.

עבודה טובה. הגבינה והגזר, עבודה מצוינת. גירויים קוליים, כגון דיבור, מועברים לאוזני הילד באמצעות צינוריות הפלסטיק הנראות על חזהו של הילד. אנו משתמשים ברפידות אוזן מספוג המותאמות לגודל של ילד כדי להתאים את הצינוריות בתוך אוזניהם.

במהלך איסוף הנתונים, הילד נמצא תחת ניטור רציף באמצעות וידאו במעגל סגור, והנסיינים יכולים לתקשר עם הילד באמצעות מיקרופון. לפני מדידת ה-MEG, מקבעים חמישה סלילי סימון (marker coils) על כובע שחייה, שמונח לאחר מכן על ראשו של הילד. במהלך מדידות ה-MEG, אלה משמשים למדידה ולניטור של מיקום הראש ותנועתו לאורך כל תהליך איסוף הנתונים.

החוקר וההורה, במידה והם מעוניינים بذلك, יישארו עם הילד בחדר המיגון בכל עת. זאת כדי להבטיח שהילד מרגיש בנוח ושהתנועה תסוים ככל האפשר. בסיום הניסוי, הילדים יקבלו פרס כגמול על ביצוע נכון של המשימה.

אז באיזו מדבקה תרצו לבחור? זו אחת כאן וזו שם. מי מכם שמכיר ילדים בגיל הגן יודע שהבחירה הראשונה שלהם לא תהיה לשכב ללא תזוזה בחדר מוגן מגנטית.

אנו משתמשים במספר טכניקות כדי להפוך הן את הסביבה והן את התהליך לידידותיים לילדים. המעבדה מלאה במדבקות ובצעצועים רכים ידידותיים לילדים. הבדיקות נערכות לאורך שלושה עד חמישה ביקורים במעבדה.

הפגישה הראשונה משמשת בדרך כלל כדי להכיר לילד את החוקרים ואת סביבת ה-MEG. הילד צופה בצעצוע, בבעל חיים כמו דב, או בקרמיט הצפרדע. עברו יחד על כל השלבים שבהם הם יעברו.

אנו מציגים נושא עבור מפגשי הבדיקה. מערכת ה-MEG היא חללית הממתינה לקחת את הילדים להרפתקה בחלל. יש לנו חוברות עבודה המבוססות על נושא זה, המסבירות את השלבים שבהם נעבור, ולאחר מכן מציירים סביבם בעזרת גיריון.

בדיוק כפי שאנו מציירים תמונה של הראש שלך. זה חשוב ביותר שילדים יוכלו להישאר ללא תנועה הן בזמן הדיגיטציה והן בזמן הבדיקה. אוקיי, עכשיו אנחנו צריכים לקפא.

אתם יכולים לקפוא ככה? אנחנו מעבירים את המסר הזה על ידי כך שאנו מבקשים מהילדים להראות לנו איך הם קופאים. עבודה טובה.

די טוב. הקפאה. החשיבות של היכולת להקפיא מודגשת בכל ביקור במעבדה. חשוב גם לוודא שלילדים יש הבנה של כל שלב בניסוי.

אנו מסבירים את השלבים לילדים באמצעות שפה שהם יכולים להבין. לדוגמה, אנו מכנים את המכסה המכילה את סלילי הסימון ב"קסדת אסטרונאוט". האם אתם כבר מרגישים כמו אסטרונאוטים?

אנו מתארים את הדיגיטציה כציור של תמונה של ראשם. אם ילד נראה ביישן או חרד, נשתמש לעיתים קרובות בבובות כדי להמחיש במה עוסק הניסוי. כמו כן, אנו מבקשים מהילדים את עזרתם על מנת להעניק להם הבנה טובה יותר של הפעולות שעומדות להתבצע.

ילדים שמחים בדרך כלל לעזור לבובה להיכנס לחדר המוגן מגנטית. אם הילד עדיין אינו מעוניין להיכנס לחדר המוגן מגנטית, אנו פשוט מקדישים פרקי זמן למשחק עד שירגיש בנוח יותר. כאשר הילדים כבר רגילים לכל השלבים בפרוטוקול שלנו, אנו מציגים את המשימה הניסויית שיש לבצע בתוך ה-MSR.

הממ. אז האם את/ה זוכר/ת מהי המילה הקסומה שהיית צריך/ה לחזור עליה? לא שמעתי את זה, נכון?

תוכל לחזור על זה שוב? כן. גבינה. אז, למשל, אם אני אומר משהו כמו, לפני כמה ימים הלכתי לפארק וראיתי חתיכה של גבינה. מה אתה עושה?

כפי שניתן לראות, ביצוע מחקרי דימות מוחי בילדים דורש טכנולוגיה ייעודית ופרוצדורות החורגות מאלו המשמשות בדרך כלל במחקרים עם מבוגרים. ראשית, פיתחנו קסדת MEG במידה מותאמת, שנועדה להתאים לראשם של ילדים ולהגביל את תנועת הראש שלהם. שנית, הפכנו את המעבדה לידידותית לילדים באמצעות אמנות קיר ובובות פרווה.

אנו משתמשים בשיטות שהותאמו לצרכים ולמוטיבציה של ילדים צעירים. המעבדה שלנו תוכננה למדידת תפקוד קוגניטיבי של המוח בילדים צעירים בריאים ובערות. לפיכך, הדרישות שונות במקצת מאלו שייתכנו במצבים אחרים של דימות עצבי פדיאטרי.

הופעתן של מערכות MEG לילדים מהווה התקדמות חשובה עבור מדעי המוח הקוגניטיביים. היא תאפשר לנו להשיג מדידות של תפקודי המוח בטווח גילאים שבו מתרחב עיצוב מרתק ודרמטי של תפקודי המוח. נכון לעכשיו, אנו יודעים מעט מאוד על תהליכי התפתחות אלו.

אנו מקווים למלא פער זה באמצעות חקר תפקוד המוח של ילדים באמצעות MEG.