Analisi qualitative e comparative dei dati di attività corticale da un esperimento funzionale di spettroscopia del vicino infrarosso che applica la progettazione di blocchi

Summary

Descriviamo l'analisi dell'esperimento di spettroscopia funzionale al vicino infrarosso ad onda continua utilizzando un progetto a blocchi con un compito sensorimotorio. Per aumentare l'affidabilità dell'analisi dei dati, abbiamo utilizzato la mappatura parametrica statistica lineare qualitativa basata su modelli lineari e i modelli misti gerarchici comparativi per più canali.

Abstract

Gli studi di neuroimaging svolgono un ruolo fondamentale nella valutazione delle condizioni neurologiche pre- vs post-interventiali come nella riabilitazione e nel trattamento chirurgico. Tra le molte tecnologie di neuroimaging utilizzate per misurare l'attività cerebrale, la spettroscopia funzionale vicino all'infrarosso (fNIRS) consente la valutazione delle attività corticali dinamiche misurando i livelli locali di emoglobina simili alla risonanza magnetica funzionale (fMRI). Inoltre, a causa della minore restrizione fisica in fNIRS, è possibile valutare più varianti di attività sensorimotorie. Molti laboratori hanno sviluppato diversi metodi per l'analisi dei dati fNIRS; tuttavia, nonostante i principi generali siano gli stessi, non esiste un metodo universalmente standardizzato. Qui presentiamo i metodi analitici qualitativi e comparativi dei dati ottenuti da un esperimento fNIRS multicanale utilizzando un block design. Per l'analisi qualitativa, abbiamo utilizzato un software per NIRS come approccio univariato di massa basato sul modello lineare generalizzato. L'analisi NIRS-SPM mostra i risultati qualitativi per ogni sessione visualizzando l'area attivata durante l'attività. Inoltre, il digitalizzatore tridimensionale non invasivo può essere utilizzato per stimare le posizioni del canale fNIRS rispetto al cervello. Per confermare i risultati nirs-spm, l'ampiezza dei cambiamenti nei livelli di emoglobina indotti dal compito sensorimotorio può essere analizzata statisticamente confrontando i dati ottenuti da due sessioni diverse (prima e dopo l'intervento) dello stesso soggetto di studio utilizzando un modello misto gerarchico multicanale. I nostri metodi possono essere utilizzati per misurare l'analisi pre- vs post-intervento in una varietà di disturbi neurologici come disturbi del movimento, malattie cerebrovascolari e disturbi neuropsichiatrici.

Introduction

La neuroriabilitazione gioca un ruolo importante nel recupero funzionale a seguito di disturbi sensorimotori. Per chiarire i meccanismi di recupero funzionale associato alla neuroplasticità, sono state utilizzate varie tecnologie di neuroimaging, come la risonanza magnetica funzionale (fMRI), la tomografia ad emissione di positroni (PET), l'elettroencefalografia (EEG) e la spettroscopia funzionale vicino all'infrarosso (fNIRS). Diverse modalità di imaging hanno diversi vantaggi e svantaggi. Sebbene il fMRI sia il dispositivo più tipico, è influenzato da campi magnetici, ha un costo elevato, un'elevata restrizione fisica e attività sensorimotorie^limit....

Protocol

Questo studio è stato approvato dal comitato di revisione istituzionale (IRB) dell'Università di Fukuoka, Giappone (IRB n. 2017M017). Prima della partecipazione, tutti i pazienti hanno fornito il consenso informato scritto.

1. Preparazione dell'esperimento fNIRS

NOTA: È stato utilizzato un sistema NIRS basato su laser a onde continue multicanale per questo esperimento. Le lunghezze d'onda della luce del vicino infrarosso erano di 780 nm, 805 nm e 830 nm, e la frequenza di campionamento era impostata a 7,8 Hz. Il tempo e la risoluzione spaziale (distanze tra l'emettitore di luce e la sonda del rivelatore) erano risp....

Results

Qui, introduciamo la riabilitazione assistita da robot su cui il nostro gruppo sta attualmente lavorando: gli effetti del biofeedback sul deficit motorio degli arti superiori nei pazienti con ictus acuto. Abbiamo incluso 10 pazienti con ictus consenzienti (età media: 66,8 ± 12,0 anni; due donne e otto uomini) che sono stati ricoverati nel nostro ospedale. Nella fase di ictus subacuto, più di 2 settimane dopo l'inizio, abbiamo valutato l'attività corticale correlata al motore di questi paz.......

Discussion

Nel nostro gruppo metodi analitici per fNIRS, oltre a eseguire un metodo analitico di imaging mediante mappature qualitative t-statistica, abbiamo confrontato pre- vs. post-intervento (esercizio assistito da robot) utilizzando l'analisi comparativa multicanale. Per l'analisi qualitativa, abbiamo utilizzato il software NIRS-SPM come approccio univariato di massa basato sul modello lineare generalizzato. L'analisi NIRS-SPM mostra i risultati qualitativi di ogni sessione visualizzando l'area attivata durante l'atti.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Software digitalizzatore 3D			software ver.1.50
Sistema NIRS	Shimadzu-FOIRE-3000
Robot	CYBERDYNE-Single-joint		type Hybrid Assitive Limb (HAL-SJ)