Articolo metodologico

Connettività funzionale dello stato di riposo basato sul flusso sanguigno cerebrale del cervello umano utilizzando la spettroscopia ottica di correlazione diffusa

DOI:

10.3791/60765

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27 maggio 2020

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1Department of Biomedical, Industrial and Human Factors Engineering, Wright State University, 2South China Academy of Advanced Optoelectronics, South China Normal University

In questo articolo

Sommario

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Questo protocollo dimostra come misurare la connettività funzionale dello stato di riposo nella corteccia prefrontale umana utilizzando uno strumento di spettroscopia di correlazione diffusa su misura. La relazione discute anche gli aspetti pratici dell'esperimento e le fasi dettagliate per l'analisi dei dati.

Abstract

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Per ottenere una comprensione completa del cervello umano, l'utilizzo del flusso sanguigno cerebrale (CBF) come fonte di contrasto è desiderato perché è un parametro emodinamico chiave relativo all'apporto di ossigeno cerebrale. È stato di riposo le fluttuazioni a bassa frequenza basate sul contrasto di ossigenazione hanno dimostrato di fornire correlazioni tra regioni funzionalmente connesse. Il protocollo presentato utilizza la spettroscopia di correlazione diffusa ottica (DCS) per valutare la connettività funzionale dello stato di riposo basata sul flusso sanguigno (RSFC) nel cervello umano. I risultati di RSFC basati su CBF nella corteccia frontale umana indicano che rsFC intraregionale è significativamente più alto nei cortici sinistro e destro rispetto al RSFC interregionale in entrambe le cortice. Questo protocollo dovrebbe essere di interesse per i ricercatori che impiegano tecniche di imaging multimodale per studiare la funzione del cervello umano, specialmente nella popolazione pediatrica.

Introduzione

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Quando il cervello è in uno stato di riposo, dimostra un'alta sincronizzazione di attività spontanea in regioni funzionalmente correlate, che può essere situata nelle vicinanze o da una distanza. Queste aree in-sync sono note come reti funzionali1,2,3,4,5,6,7,8,9. Questo fenomeno è stato scoperto per la prima volta da uno studio di risonanza magnetica funzionale (fMRI) ....

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Protocollo

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Il protocollo è stato approvato dall'Institutional Review Board della Wright State University, e il consenso informato è stato ottenuto da ogni partecipante prima dell'esperimento.

1. Preparazione del soggetto

  1. Accendere il sistema FD-fNIRS e DCS per riscaldarsi per almeno 10 min (vedere le sezioni 2 e 3 per ulteriori dettagli) prima di iniziare qualsiasi misurazione del soggetto. Un esempio di misurazione del soggetto con lo strumento DCS compatto è illustrato nella Figura 1.
  2. In primo luogo, utilizzare un metro a nastro per misurare la distanza tra la nasion e l'inion sulla testa di ciascun ....

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Risultati

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La fattibilità dell'utilizzo di DCS per misurare la connettività funzionale è stata esordiata con successo39. È stata misurata la connettività funzionale dello stato di riposo nelle cortice prefrontali di nove soggetti. I risultati (media - SD) indicavano una correlazione più elevata nell'area intraregionale di sinistra (0,64 x 0,25) e a destra (0,62 x 0,23) cortici, rispetto alla regione interregionale della sinistra (0,32 x 0,32), (0,34 x 0,27) e a destra (0,34 x 0,29), (0,34 x 0,26) cortice. (<.......

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Discussione

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Per determinare se CBF misurato da DCS accuratamente rilevato RSFC, due aree del cervello con proprietà RSFC note sono state esaminate. Si presuppone che la connettività funzionale tra le aree DLFC e tra DLFC e IFC esistanoto 57,58,59. È stata scelta la connettività tra due siti all'interno del DLFC sinistro e destro, perché la connettività intraregionale è in genere più elevata. Inoltre, è stata scelta la connettività tra l'IFC.......

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Dichiarazioni

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Gli autori non dichiarano interessi finanziari concorrenti.

Ringraziamenti

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Gli autori desiderano riconoscere il sostegno finanziario dell'Ohio Third Frontier all'Ohio Imaging Research and Innovation Network (OIRAIN, 667750) e alla National Natural Science Foundation of China (n. 81771876).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Sonda stampata in 3DSonda PLA stampata in 3D in-house (Craftbot, Craft unique)
785nm, 100mW, CW, FC accoppiato LaserCrystaLaserDL785-100-SDCS component (sorgente luminosa)
Auto-corlatorCorrelator.comFlex05-8chDCS component (uscita curva g2 su PC)
Acquisizione dati GUIN/A in-housecodificato in LabVIEW per eseguire il Sistema DCS
Software di analisi dei datiN/AIn-houseCodice Matlab utilizzato per ottenere i risultati RSFC
Cappuccio per elettrodi EEGOpenBCIN/ACappuccio a rete EEG con 10/20 posizioni
standard Fibra multimodaleOZ OtticaQMMJ-3,2.5-IRVIS-600/630-3PCBK-3Componente DCS (fibra sorgente)
Phantom di calibrazione OxiplexISS75019, 75020Set di 2 PDMS Calibrazione Sonda
muscolare Phantom OxiplexISS86010Sonda muscolare a 4 canali
Ossimetro OxiplexISS95205FD-fNIRS (690nm, 830nm)
Misuratore di potenzaThorlabsPM100DRegolatore di potenza della luce laser
sensoreThorlabsF-IRC1-Svisualizzatore di raggi IR laser
ottica OZ monomodaleSMJ-3S2.5-780-5/125-3PCBK-3Componente DCS (fibra rivelatore)
Macchina per il conteggio di fotoni singoliExcelitasSPMC-NIR-1x2-FCComponente DCS (rivelatore)
SchedaFibra

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Cohen, A. L., et al. Defining functional areas in individual human brains using resting functional connectivity MRI. NeuroImage. 41 (1), 45-57 (2008).
  2. Pizoli, C. E., et al.

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Connettivit in stato di ripososonde ottichecorteccia prefrontalemisurazione del flusso sanguignomonitoraggio non invasivoFD fNIRSconteggio di singoli fotoni

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