הערכת Lateralization מוחין אצל ילדים באמצעות אולטראסאונד דופלר פונקציונלית Transcranial (fTCD)
27 בספטמבר 2010
פונקציונלית transcranial sonography דופלר (fTCD) היא טכניקה אולטרסאונד פשוטה ולא פולשנית אשר ניתן להשתמש בהם כדי להעריך את lateralization של תפקודים קוגניטיביים, ובמיוחד השפה, הוא מתאים לשימוש עם ילדים.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לקבוע את הלטרליזציה (צדדיות) התפקודית של השפה במוח באמצעות פרוצדורה ידידותית לילדים. הדבר משיג תחילה על ידי הצמדת מתמי אולטרה-סאונד לראש כדי לנטר את קצב זרימת הדם בעורק המוחתי האמצעי בכל המיספרות של המוח. השלב השני של ההליך הוא ניטור זרימת הדם בזמן שהמשתתף מבצע משימה שפתית.
השלב השלישי של הפרוצדורה הוא חילוץ אות הדופלר הממוצע מההמספירות השמאלית והימנית לאורך פרק זמן רלוונטי שבו בוצע מטלת השפה. השלב האחרון של הפרוצדורה הוא בחינת ההבדל בין ההפעלות השמאלית והימנית כדי לחלץ מדד לטרליזציה. ערכים חיוביים מעידים על לטרליזציה שמאלית וערכים שליליים מעידים על לטרליזציה ימנית.
בסופו של דבר, ניתן לקבל תוצאות שישמשו להשוואת לטרליזציה של המוח בילדים בגילאים שונים או עבור קבוצות עם ובלי הפרעות התפתחותיות. היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון דימות תהודה מגנטית תפקודית (fMRI), הוא שהמשתתף אינו נדרש להישאר ללא תנועה, והשיטה זולה יחסית וניידת. את הפרוצדורה ידגימו ג'ורג'ינה הולט וניק באדקוק, עוזרת מחקר ופוסט-דוקטורנט מהמעבדה שלי.
סרטון זה ידגים את השימוש באולטרסאונד דופלר תוך-גולגולתי תפקודי FTCD להערכת לטרליזציה של השפה בילדים. המערכת מורכבת ממכשיר multi DOPP עם מתמרי אולטרסאונד המחוברים לרצועת ראש, מחשב גירויים שישמש להקרנת סרטונים לנבדק ומקליט קול לתגובות שמיעתיות. הגדירו את ה-multi DOPP לפני הגעת המשתתף. בדקו את כל החיבורים כפי שמתואר בטקסט הנלווה ובמדריך המוצר, וודאו שהגדרות הגבלה נקבעו כדי להבטיח שימוש ברמות אולטרסאונד מתאימות.
לפני תחילת המפגש, חשוב לבדוק האם הילד צריך להשתמש בשירותים, ולוודא שהילד מרגיש בנוח, שכן המפגשים נמשכים בין 20 ל-30 דקות ותנועות מוטוריקה גסה עלולות להפריע לאות הדופלר. הדגים למשתתף את רצועת הראש של הדופלר באמצעות חיית צעצוע. ודא שהילד שמח להרכיב את רצועת הראש ומקם אותה בצורה נוחה ויציבה.
העבירו את מערכת ה-multi do למצב השהיה בזמן הכנת מתגי האולטרסאונד. כסו כל מתג בכמות נדיבה של ג'ל אולטרסאונד כדי לשמור על המגע המיטבי האפשרי בין המתג לעור בזמן שהילד צופה ב-DVD. מקמו את המתגים המכוסים בג'ל בחלון הרקתה (temporal window) של הגולגולת בכל צד של הראש.
ממש לפני האוזן, במקום שבו העצם היא הדקה ביותר. הפעיל את ה-multi dopp, וכוונן את מיקום המתמרים כדי לאתר את העורק המוחי האמצעי. סיגנל מספק מתאפיין בצליל ובתבנית ויזואלית ייחודיים.
זוהי דוגמה לתבנית חזותית של גשש שאינו ממוקם כראוי. שימו לב כי אין קול. זהו המאפיין.
שמעו רשרוש נמוך של דופק הנבדק ממתמר הממוקם כראוי. הפחיתו את העוצמה ככל האפשר, והגבירו את הגיין במידת הצורך, תוך שמירה על אות טוב. ברגע שהאותות משני העורקים המוחים האמצעיים מספקים, הנמיכו את הפלט השמיעתי של המכשיר והסבירו לילד את ההליך בן שלושת השלבים באמצעות תמונות סטילס.
בסדר, ואז לאחר שנצפה בקטע קצר מהסרטון, תראו סמל כזה. אתם יודעים מה זה? סימן שאלה?
כן. כשאתה רואה את סימן השאלה, אני רוצה שתספר לי מה קרה בסרטון, כדי שתוכל לספר לי כמה שיותר על מה שהפינגווינים עשו, במה הם שיחקו, מה הם אכלו, או כל דבר אחר שתרצה. ואז, כשתסיים לספר לי מה קרה בסרטון, תראה תמונה של ילד שעושה "ששש". כשאתה רואה את זה, אני רוצה שתהיה ממש שקט ודומם, תפסיק לדבר ולא תספר לי יותר. בסדר.
המתינו מעט ולאחר מכן הסרטון יחזור. הפעילו את מכשירי ההקלטה והתחילו. בדיקת הניסוי עובדת בצורה הטובה ביותר כאשר חוקר אחד אחראי על שמירת הילד מרוכז במשימה ועל תיעוד דבריו.
מה קרה שם? הוא שם את הכובע של חברתו ויצא. טוב מאוד.
ובאיזה צבע היו הכובע והצעיף שלו? נהדר. טוב מאוד. כל הכבוד.
שנית, על החוקר לנטר את המולטימטר כדי לוודא שנשמר אות מתאים. אם האות מופרע באופן משמעותי, יש להשהות את תצוגת המחשב ולכוונן מחדש את הפרובים תוך הוספת ג'ל במידת הצורך.
יש לעקוב אחר התנהגות הילד ולוודא שהוא מרגיש בנוח ובנינוחות. להלן דוגמה לניסוי אחד. התוכנה במחשב הגירויים שומרת על תזמון מדויק של האירועים ושולחת פולס סימון לקובץ נתוני הדופלר כדי לציין את תחילת תקופת ההפעלה השפתית.
בפרוצדורה זו עם ילדים, אנו מקליטים 30 ניסיונות. אנו ממליצים על מינימום של 20 ניסיונות להערכת לטרליזציה מדויקת. עם סיום הפרוצדורה הניסויית, הפסיקו את ההקלטה הרב-ערוצית והסִירו את הפרובים.
השתמשו בנייר ספיגה כדי להסיר שאריות ג'ל מהמשתתף. תנו לילד פרס כדי להודות לו על השתתפותו. להלן הקלטת נתונים נקייה של מהירות זרימת דם גולמית.
במהלך ניסוי אחד, כל פעימה גלויה תואמת לדופק לב אחד. סימון האירוע המציין את תחילת הגירוי מוצג בירוק. כאן ניתן לראות הקלטת נתונים מחלק מהסשן הניסויי שבו האות היה חלש ונقطع לסירוגין.
מקטעים אלו מוסרים באופן אוטומטי מהרישום על ידי פרוצדורה של דחיית ארטיפקטים. גרף זה מציג את הסיגנל הממוצע לאורך ה-EPOCH עבור הערוץ השמאלי, ואת הערוץ הימני הממוצע על פני כל הניסויים הקבילים. עבור קבוצת המשתתפים, תקופת הפעלת השפה מוצגלת ברקע ירוק.
לוח זה מציג את ההפרש בין הצד השמאלי לצד הימני של מהירות הדופלר. תקופת העניין לחישוב הלטרליות (laterality) מוצגת גם היא בירוק. האזור המוצל באפור המקיף את מהירות ההפרש מייצג את טעות התקן של הממוצע לאחר שלב השליטה.
ניתן ליישם טכניקה זו בתוך כ-30 דקות במידה ובוצעה כראוי לאחר פיתוחה. טכניקה זו סללה את הדרך עבור חוקרים בנוירופסיכולוגיה התפתחותית לחקור לטרליזציה מוחית בקרב ילדים בגיל הגן.
סקירה כללית
סונוגרפיה דופלר transcranial תפקודית (fTCD) היא טכניקת אולטרסאונד לא פולשנית המשמשת להערכת לטרליזציה של תפקודים קוגניטיביים, ובמיוחד שפה, בילדים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- מדעי המוח
- התפתחות הילד
- פסיכולוגיה קוגניטיבית
רקע
- fTCD מודד את זרימת הדם בעורק המוח האמצעי (middle cerebral artery).
- השיטה מאפשרת הערכה של לטרליזציה שפתית באופן ידידותי לילדים.
- הטכניקה ניידת ופחות יקרה בהשוואה ל-fMRI.
- היא מתאימה לילדים, שעלולים להתקשות להישאר ללא תנועה במהלך טכניקות דימות אחרות.
מטרת המחקר
- לקביעת לטרליזציה (lateralization) תפקודית של השפה במוח.
- להשוואת לטרליזציה של המוח בילדים בגילאים שונים.
- להערכת הבדלים בלטרליזציה בין קבוצות עם הפרעות התפתחותיות לבין קבוצות ללא הפרעות אלו.
שיטות שהשתמשו בהן
- מתלינגי אולטרסאונד מונחים על הראש כדי לנטר את זרימת הדם.
- המשתתפים מבצעים משימות שפתיות בזמן ניטור זרימת הדם.
- אות דופלר ממוצע מופק משני חצאי המוח.
- מדד לטרליות (laterality index) מחושב על בסיס ההבדלים בהפעלה.
תוצאות עיקריות
- ערכים חיוביים מעידים על לטרליזציה שמאלית; ערכים שליליים מעידים על לטרליזציה ימנית.
- ניתן להשתמש בנתונים כדי לנתח לטרליזציה שפתית בגילאים שונים.
- התוצאות אמינות גם עם משתתפים ילדים שעשויים להיות פחות משתפי פעולה.
- נהלי דחיית ארטיפקטים משפרים את איכות הנתונים.
מסקנות
- fTCD הוא כלי יעיל להערכת לטרליזציה של השפה בילדים.
- השיטה יתרונית בשל אופייה הלא-פולשני וקלות השימוש בה.
- היא מספקת תובנות בעלות ערך לגבי התפתחות קוגניטיבית והפרעות קוגניטיביות.
שאלות נשאלות שכיחות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הערכת לטרליזציה מוחית בילדים תומכת בזיהוי מוקדם של סיכון להתפתחות נוירולוגית ומספקת מידע לצורך תיקוף מטרות עבור טיפולים קוגניטיביים. אולטרסאונד דופלר תודיאני תפקודי (fTCD) מספק שיטה ניידת וחסכונית למדידת פעילות מוחית הקשורה לשפה ללא צורך במצב של דומם של המשתתף, מה שמאפשר סריקה רחבה באוכלוסיות פדיאטריות. גישה זו מגבירה את הביטחון החזוי במודלים פרה-קליניים על ידי קישור אסימטריה תפקודית של המוח לתוצאות התנהגותיות בהפרעות התפתחותיות.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בדיקה של לטרליזציה שפתית כסמן ביולוגי למעורבות של מטרה נוירו-התפתחותית.
- ערך תפעולי: תומך בסריקה בתוספת גבוהה (high-throughput) של פנוטיפים קוגניטיביים בילדים הודות לניידות ולסבילות לתנועה.
- ערך ניבוי: מדד לטרליות הנגזר מהבדלים בזרימת הדם בעורק המוח האמצעי מספק קריאה כמותית למחקרי מודולציה של מטרה.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- ערך מדעי: משימת תיאור תמונה מאפשרת הערכה של הפקת דיבור מרומזת, ובכך מרחיבה את הישימות לילדים טרום-אלפבטיים.
- ערך תפעולי: פרוטוקולים לדחיית ארטיפקטים מבטיחים את איכות הנתונים למרות הפרעות מוטוריות גסות, ובכך משפרים את חוסנו של הבדיקה.
- יכולת הרחבה: פרוטוקול סטנדרטי של 30 ניסיונות עם סף מינימלי של 20 ניסיונות מאפשר הערכה מהימנה של לטרליות בין אתרים שונים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- המשכיות תרגומית: מאפשר השוואה של לטרליזציה שפתית בין קבוצות גיל ובין קבוצות נוירוטיפיות לקבוצות עם הפרעות התפתחותיות.
- הפחתת סיכונים מכניסטית: מדד לטרליות (מהירות דופלר משמאל פחות מימין) מספק קריאה תפקודית לטרלית אובייקטיבית להפחתת סיכונים בהיפותזות של מטרות.
- ביטחון חיזוי: מתאם עם שיטות לטרליזציה מבוססות תומך בתקפות לשימוש בתרגום מהשלב הפרה-קליני לשלב הקליני.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
fTCD משתלב ברצף הגילוי, החל מתיקוף מטרות מוקדם ועד לסריקה פנוטיפית פרה-קלינית, במיוחד עבור תוכניות מחקר בתחומי הקוגניציה וההתפתחות העצבית.
- ביולוגיה של הגילוי: מדידת הפעלה תפקודית של המוח במהלך משימות שפתיות כדי להבהיר את הלטרליות של רשתות קוגניטיביות.
- סריקה: מאפשרת הערכה כמותית הניתנת לשחזור של לטרליזציית שפה באוכלוסיות פדיאטריות לצורך סריקת ביומרקרים.
- אנליטיקה: חישוב מדד לטרליות מספק מדד מנורמל וניתן להשוואה עבור הבדלים קבוצתיים והשפעות טיפוליות.
- מחקר תרגומי: תומך במעקב אורך של התפתחות לטרליזציה מוחית בילדים, בהתאמה להסמכת ביומרקרים פרה-קליניים.
- שימוש חוזר ארגוני: מערך נייד המאפשר פריסה באתרים קליניים ובמחקרי אורך ללא צורך בתיקוף מחדש.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית בלטרליזציה של השפה על ידי אספקת מתאמים המודינמיים ישירים ובזמן אמת של תפקוד קוגניטיבי.
- ערך תפעולי: תכנון לא פולשני, בעלות נמוכה ונייד הממזער את נטל התשתית ומאפשר איסוף נתונים מבוזר.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go בתוכניות פיתוח תרופות נוירו-התפתחותיות על ידי תיקוף מעורבות המטרה (target engagement) באמצעות אסימטריה תפקודית של המוח.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעוד עדיפויות של תרכובות בהתאמה לסיכון על בסיס השפעות מדידות על לטרליזציה מוחית במודלים פדיאטריים.
שיקולי יישום
- הדרכה במיקום מתמר האולטרסאונד בחלונות הרקתיים כדי להבטיח אינסונציה של העורק המוחה האמצעי.
- דרישה למערכת multi-DOP עם יכולת דופלר דו-ערוצית ותוכנה לדחיית ארטיפקטים.
- סטנדרטיזציה של משימות הפעלת שפה (למשל, תיאור תמונה) בין המפעילים והאתרים השונים.
- שיקולי התאמה עבור ילדים צעירים יותר או כאלה עם תפוקה מילולית מוגבלת, כולל שימוש בגירויים מבוססי וידאו מרתקים.
- צורך בניטור התנהגותי כדי לשמור על ציות למשימה ועל שלמות האות במהלך המפגשים.
