Articolo metodologico

Cosa fare e cosa evitare nella scansione: Utilizzo dell'imaging a risonanza magnetica in bambini svegli dai 3 ai 5 anni per valutare la struttura e la funzione cerebrale

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DOI:

10.3791/70023

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10 marzo 2026

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1Department of Psychology, University of Maryland

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo descrive i metodi utilizzati per esaminare la struttura e la funzione cerebrale nei bambini di età compresa tra 3 e 5 anni. Include procedure per preparare i bambini a una sessione di risonanza magnetica (MRI), inclusi materiali per inviare le famiglie in preparazione alla sessione, formazione simulata con scanner e metodi impiegati durante la sessione di scansione.

Abstract

La prima infanzia (dai 3 ai 5 anni) è un periodo caratterizzato da cambiamenti significativi nel cervello. Questo sviluppo è alla base dei miglioramenti legati all'età in diversi ambiti, tra cui il linguaggio, la memoria e le abilità socioemotive. Tuttavia, valutare la struttura e la funzione cerebrale durante questo periodo tramite la risonanza magnetica presenta diverse sfide. Ad esempio, la difficoltà a rimanere fermi, mantenere l'attenzione per lunghi periodi e la mancata osservanza nell'eseguire risposte comportamentali nello scanner sono problemi particolarmente diffusi. I progressi tecnologici nelle tecniche di neuroimaging nell'ultimo decennio hanno migliorato significativamente i tassi di successo degli studi di neuroimaging pediatrico. Ad esempio, durate di scansione più brevi e il monitoraggio e la correzione in tempo reale del movimento durante la scansione si sono rivelati particolarmente preziosi per ottenere dati affidabili. Tuttavia, i ricercatori dello sviluppo devono comunque essere creativi per preparare adeguatamente i giovani partecipanti all'ambiente di scansione e, successivamente, assicurarsi che i dati acquisiti possano essere utilizzati per affrontare le domande di interesse. Il successo di queste sessioni è diventato fondamentale con l'avvio di grandi studi consorziali multi-sito, come lo studio HEALthy Child and Brain Development, che mirano a monitorare lo sviluppo cerebrale normativo e atipico nei primi anni di vita. A tal fine, l'attuale rapporto fornisce un protocollo di neuroimaging pediatrico per migliorare l'esperienza di scansione dei bambini piccoli e i risultati della qualità dei dati di neuroimaging dello sviluppo da quattro studi di neuroimaging condotti in un unico laboratorio negli ultimi 11 anni. Questi risultati forniscono un'indicazione del tempo previsto di preparazione della scansione, della durata totale e dei tassi di successo per le scansioni strutturali e funzionali nei bambini piccoli utilizzando questo protocollo.

Introduzione

Gli studi di risonanza magnetica su neonati addormentati dimostrano come l'architettura cerebrale strutturale e funzionale precoce posi le basi per competenze successive in diversi ambiti, tra cuilinguaggio 1,2, funzionamentoesecutivo 3 e svilupposocioemotivo 4. Tuttavia, molte domande di sviluppo, come quelle che mirano a processi cognitivi specifici, richiedono che i bambini siano svegli durante la scansione affinché i ricercatori possano misurare le risposte a compiti, film o altri stimoli. Con la crescita dei bambini, hanno sempre più la capacità di fornire risposte comportamentali durante la scansione, stimolando uno spostamento verso la neuroimaging sveglia nella prima infanzia. Questo passaggio dalla scansione dei bambini addormentati all'acquisizione di dati di scansione mentre i bambini sono svegli introduce nuove sfide. Ad esempio, molti bambini piccoli sperimentano ansia riguardo alla risonanza magnetica, poiché si tratta di un ambiente altamente nuovo e stimolante che spesso non è progettato per essere adatto ai bambini. Inoltre, potrebbe ricordare ai bambini gli studi medici e, in effetti, molti ricercatori fanno scansioni nei centri medici. Se i bambini riescono a entrare nello scanner, può essere difficile mantenerli per tutta la durata del protocollo di scansione e mantenere la loro attenzione. La perdita di attenzione è particolarmente rilevante per le scansioni basate su compiti, dalle quali i ricercatori sperano di dedurre relazioni tra caratteristiche funzionali del cervello e processi cognitivi. Sia l'ansia che l'attenzione fluttuante contribuiscono a un aumento del movimento in questa fascia d'età e, di conseguenza, la prima infanzia è considerata un periodo molto difficile daimmaginare 5.

I protocolli esistenti di risonanza magnetica pediatrica si concentrano principalmente sui neonatiaddormentati 6, e la scansione basata su compiti nei bambinipiù grandi 7,8. Tuttavia, durante la prima infanzia (circa dai 3 ai 5 anni) i bambini possono essere svegliati con una scansione scansionata, ma potrebbero essere ancora troppo piccoli per le tradizionali risonanze magnetiche funzionali basate su compiti che richiedono risposte con la pressione di un pulsante. Questa lacuna è importante da colmare, poiché la prima infanzia rappresenta una finestra di sviluppo unica durante la quale emergono l'attenzione, la capacità di restare fermi e il rispetto delle istruzioni, permettendo variazioni nella scansione della veglia. Di conseguenza, scansionare i bambini in età prescolare svegli richiede considerazioni aggiuntive oltre a quelle indicate per i bambini più grandi. Ad oggi, le migliori pratiche per affrontare queste sessioni sono state condivise informalmente attraverso conversazioni a conferenze o portando la formazione da una posizione all'altra (ad esempio, procedure apprese durante una borsa post-dottorato e successivamente implementate nell'istituzione di un laboratorio indipendente). L'attuale protocollo formalizza e consolida queste pratiche, con l'obiettivo di aumentare la trasparenza e permettere ai ricercatori alle prime armi di lavorare con questa fascia d'età in contesti di risonanza magnetica di implementare la risonanza magnetica sveglia con i bambini piccoli.

Pertanto, l'obiettivo di questo protocollo è promuovere l'acquisizione sicura di immagini cerebrali di alta qualità durante la prima infanzia per studiare le relazioni cervello-comportamento. In particolare, l'acquisizione di dati di alta qualità utilizzando questo protocollo consente ai ricercatori di affrontare una serie di questioni di sviluppo, come le relazioni tra struttura cerebrale ed esiti cognitivi, come la connettività funzionale tra le regioni cerebrali si relaziona agli esiti cognitivi, o come l'attivazione funzionale correlata al compito delle regioni cerebrali supporti diversi processi cognitivi. Queste domande sono particolarmente rilevanti durante gli anni della scuola materna, quando emergono rapidamente abilità fondamentali come la teoria dellamente 9, la formazione di ricordi duraturi10 e le abilità pre-alfabetizzate alla base dello sviluppo dellalettura 11 . Inoltre, la ricerca sullo sviluppo cognitivo in questo periodo può avere importanti implicazioni cliniche e politiche. Ad esempio, collegare lo sviluppo cerebrale e le transizioni dei pisolini nella prima infanzia può informare le politiche sui pisolini in scuola materna, con conseguenze per l'apprendimento e la memoria12.

Le tecniche descritte in questo articolo si basano sui precedenti protocolli 7,8 per la scansione dei bambini, incorporando al contempo progressi tecnologici più recenti e considerazioni metodologiche per scansionare i bambini molto piccoli. Questo metodo è particolarmente applicabile ai ricercatori che ottengono dati di risonanza magnetica da bambini dai 3 ai 5 anni. Le ricerche future dovrebbero continuare ad adattare procedure e tecnologie per consentire l'esame delle relazioni cervello-comportamento tra fascie d'età e stadi di sviluppo più ampie utilizzando la risonanza magnetica di veglia (ad esempio,infanzia 13,14 anni piccoli).

Seguendo i passaggi descritti in questo protocollo, i ricercatori potranno esaminare come lo sviluppo strutturale e funzionale del cervello supporti lo sviluppo cognitivo durante un periodo di rapida crescita in entrambi i domini. Inoltre, questo protocollo può essere utilizzato in contesti clinici, poiché consente l'acquisizione di dati di neuroimaging di alta qualità, con il potenziale di migliorare la diagnosi precoce e la caratterizzazione delle condizioni neuroevolutive nei bambini piccoli. Per illustrare l'efficacia del protocollo, sono presentati i risultati di quattro studi di neuroimaging condotti in un unico laboratorio che hanno impiegato questo protocollo negli ultimi 11 anni in bambini di età compresa tra 3 e 8 anni. I risultati forniscono un'indicazione del tempo di preparazione previsto necessario prima della scansione, della durata dei protocolli di scansione e della quantità effettiva di tempo trascorso nello scanner, oltre ai dati utilizzabili acquisiti tra diversi tipi di sequenza (ad esempio, strutturale vs. funzionale).

Protocollo

Questo protocollo descrive metodi e strumenti per misurare la struttura e la funzione cerebrale in bambini in età prescolare svegli e sani utilizzando la risonanza magnetica (MRI) e segue le linee guida del comitato etico della ricerca umana dell'Università del Maryland, College Park. Il consenso informato scritto veniva ottenuto da ciascun genitore o tutore legale del bambino, e il consenso verbale da ciascun bambino. Il protocollo include tutti i passaggi per facilitare una sessione di neuroimaging di successo, dalle pratiche di reclutamento fino alla vera e propria sessione di scansione, evidenzia modi per ridurre l'ansia di bambini e genitori riguardo alla risonanza magnetica e include pratiche di risoluzione dei problemi per massimizzare i dati.

1. Formazione ed esperienza dello staff

  1. Per prima cosa, fai seguire i nuovi membri del team di ricerca in una sessione in cui si limitano a osservare.
  2. Dopo aver seguito due o tre sessioni, i nuovi membri fungono da compagni di scansione, il che richiede meno decisioni e risoluzione dei problemi rispetto ad altri ruoli (come guidare la sessione), ma offre loro la possibilità di essere più coinvolti nella visita di studio e di esercitarsi a costruire un rapporto con un bambino partecipante.
  3. Dopo aver servito come compagno di scansione per due o tre sessioni, i nuovi membri conducono una sessione mentre un membro esperto del team di ricerca assiste. Fornisci un feedback dettagliato sulle loro prestazioni dopo la sessione. Ripeti questo processo finché il nuovo membro non può guidare una sessione in modo indipendente e sicuro.
    1. Fai iniziare i nuovi membri scansionando i bambini più grandi, poiché tendono a essere più collaborativi e le sessioni si svolgono più fluidamente rispetto ai bambini più piccoli. In alternativa, fateli esercitare con i figli di colleghi che potrebbero sentirsi più a loro agio in contesti di ricerca.

2. Reclutamento e programmazione

  1. Informarsi sulle idee preconcette della risonanza magnetica e alleviare potenziali fonti di ansia. Ad esempio, chiedi se il bambino ha esperienza precedente con le risonanze magnetiche e se ci sono stati problemi durante la seduta (ad esempio, il bambino era sensibile al rumore dello scanner o allo spazio confinato dello scanner).
  2. Fai sapere alle potenziali famiglie che la scansione non richiederà sedazione o radioterapia, che la scansione può essere interrotta in qualsiasi momento durante la sessione e (se coerente con le pratiche del centro di imaging) che i genitori/tutori possono rimanere sempre con il bambino e/o che un ricercatore sarà presente con il bambino per tutta la durata della scansione.
    NOTA: Alcuni bambini otterranno risultati migliori se i genitori sono molto coinvolti in tutte le fasi, mentre altri se il genitore assume un ruolo meno attivo.
    Chiedi direttamente al genitore, durante il reclutamento/selezione iniziale, se il figlio sarà più attento alle istruzioni del ricercatore se il genitore è coinvolto o disimpegnato (ad esempio, nella stanza durante la simulazione di formazione e la scansione vera e propria rispetto all'esterno, poiché questo determinerà come strutturare la visita di studio).
  3. Usa un linguaggio adatto ai bambini per qualsiasi materiale rivolto al bambino partecipante. Per esempio, "brain camera" suona meno intimidatorio di "MRI" o "scanner" e "helmet" suona meno intimidatorio di "head coil".
  4. Utilizza video e altre immagini per mostrare alle famiglie esattamente come andrà la sessione al loro arrivo al centro di neuroimaging (vedi Figura 1A).
  5. Tieni pronti alcuni articoli (idealmente scritti per un pubblico non specializzato) o altre risorse per i genitori che vogliono leggere di più sulla risonanza magnetica e comprendere il processo in modo piùdettagliato 15,16.
  6. Offri appuntamenti nei fine settimana, nelle vacanze scolastiche e al mattino (non dopo la scuola, quando il bambino è probabilmente stanco e meno obbedito). Raccogli il parere dei genitori sul momento migliore per programmare la risonanza magnetica per il proprio figlio. Ad esempio, alcuni bambini ottengono risultati migliori al mattino presto mentre altri sono astoniti al mattino e ottengono meglio nel pomeriggio.
  7. Invia un promemoria ai genitori qualche giorno prima della sessione, chiedendo loro di confermare di essere ancora in grado di partecipare. Includi eventuali requisiti per la loro prossima visita. Ad esempio, dì ai genitori di vestire il bambino con abiti comodi e privi di metalli, come una maglietta di cotone e pantaloni della tuta.
  8. Avere in loco vestiti di riserva sicuri per la risonanza magnetica nel caso in cui il bambino arrivi con abiti non adatti alla risonanza magnetica.

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Figura 1: Materiali per il reclutamento, la formazione e la retribuzione dei partecipanti. (A) Video della risonanza magnetica da inviare alle famiglie prima della visita di studio. Dovrebbe delineare cosa aspettarsi dal momento in cui la famiglia entra nel centro di neuroimaging fino all'uscita. (B) Tunnel di gioco usato per permettere ai partecipanti di vivere la posizione immobili in condizioni simili a quelle della risonanza magnetica vera e propria. (C) I premi dei partecipanti che utilizzano le loro immagini cerebrali includono un orsacchiotto che indossa una maglietta con l'immagine cerebrale del bambino stirata, oltre a una maglietta che il bambino può indossare da solo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

3. Preparativi prima della scansione

  1. Avere almeno due membri del laboratorio esperti nel lavorare con i bambini durante la visita: uno dello staff che lavorerà con il partecipante durante la sessione simulata e gestirà la sala di controllo della risonanza magnetica durante la scansione e un membro dello staff che funga da aiutante (alias 'compagno di scansione') che rimarrà nella stanza con il bambino durante la scansione vera e propria.
  2. Evita di sovraccaricare la famiglia con la dimensione del team di ricerca. Mantieni il team piccolo e presenta i membri uno alla volta.
  3. Fai accogliere la famiglia a un membro del team e la accompagna nella sala di simulazione, poi presenta altro personale quando necessario, ad esempio presentando l'operatore MR all'ingresso nella sala scanner.
    NOTA: Alcuni centri di neuroimaging hanno i propri operatori/tecnici di risonanza magnetica che effettuano la scansione, mentre in altre sedi il team di ricerca forma un membro per farlo. Se il centro non fornisce un operatore, allora si crea un ulteriore membro del team di ricerca che possa gestire lo scanner per un totale di 3 membri dello staff.
  4. Prima di entrare nella sala scanner vera e propria, effettua una sessione simulata di risonanza magnetica in cui al bambino viene mostrato cosa gli verrà chiesto di fare per la scansione vera e propria, ad esempio esercitarsi a stare fermo ascoltando rumori simili a quelli che lo scanner farà.
    NOTA: Alcuni centri di neuroimaging potrebbero non avere una suite di simulazione dedicata con scanner replica, ma gli stessi principi possono essere applicati con un po' di creatività. Ad esempio, ricrea l'ambiente della risonanza magnetica simulata facendo sdraiare il bambino in un tunnel di gioco di tessuto (vedi Figura 1B) mentre riproduce i rumori dello scanner su un cellulare a volume massimo. Tuttavia, alcuni studi suggeriscono che le sessioni di scansione simulata non siano essenziali per scansionare con successo i bambini piccoli,17,18, quindi decidi se utilizzare questo metodo. Va notato che la simulazione di scansione richiede tempo aggiuntivo, il che può rappresentare un peso. Inoltre, se fatto lo stesso giorno della scansione vera e propria, i bambini possono stancarsi, affamati, irritabili e le famiglie possono diventare frustrate. Pertanto, spetta al ricercatore decidere o meno utilizzare questo metodo. Il protocollo attuale spiega i passaggi per una sessione simulata, in linea con gli studi presentati nella sezione Risultati.
  5. Fornire molti impalcature per preparare i bambini alla risonanza magnetica. Inizia preparandoli a stare fermi in uno spazio ristretto usando qualcosa di più familiare o adatto ai bambini, come un tunnel di gioco in tessuto (vedi Figura 1B).
  6. Presentare la suite di scanner simulati e permettere al bambino di esplorare lo spazio secondo le proprie condizioni.
  7. Decora lo spazio per adattarlo a un tema adatto ai bambini (ad esempio, lo spazio esterno mostrato nella Figura 2) per aiutare il bambino a sentirsi a suo agio all'ingresso e crea un buon rapporto discutendo aspetti della stanza (ad esempio, chiedendo al bambino "quale immagine di astronave sul muro è la tua preferita?").
  8. Usa la simulazione di addestramento alla risonanza magnetica come un'opportunità per preparare il bambino a tutti gli aspetti della scansione reale (vedi Figura 2A, B). Crea un libro con la macchina del cervello che dettagli i passaggi che seguiranno mentre si fanno scattare immagini cerebrali con supporti visivi che dimostrano ciascuno dei passaggi (Figura 2C-F).
  9. Fai ascoltare al bambino suoni preregistrati dello scanner che imitano quelli che sentirà durante la scansione vera e propria, come un'altra occasione per supportare la propria esperienza.
  10. Inizia facendo ascoltare al bambino i suoni mentre è in piedi nella stanza e fargli identificare cose che gli ricordano il suono. Ad esempio, una delle sequenze spesso ricorda ai bambini un telefono che suona, una sveglia o un'autopompa. Mappare questi suoni estranei su quelli più familiari per aiutare a ridurre l'ansia quando si sentono i rumori nello scanner vero e proprio.
  11. Avere l'opzione per il bambino di guardare un film durante le scansioni strutturali, poiché questo aumenta il suo coinvolgimento e, di conseguenza, riduce il movimento per quelle scansioni. Durante la sessione simulata, fai scegliere al bambino il film che guarderà per le scansioni strutturali da una selezione predeterminata e adeguata all'età.
    NOTA: Offri film che catturino l'attenzione del bambino ma che non siano troppo comici o non coinvolgano il canto. I film comici inducono risate e quelli con il canto spingono il bambino a cantare insieme, entrambi stimolando il movimento. Raccogli il parere dei genitori sul film, poiché potrebbero avere ulteriori spunti su film particolarmente divertenti per il bambino o, al contrario, che possono essere spaventosi e causare disagio.
  12. Fai esercitare il bambino a stare immobile sul lettino della risonanza magnetica mentre guarda un film con i suoni dello scanner.
  13. Ricorda al bambino che dovrebbe essere immobile come una statua ma morbido come il suo peluche preferito (come introdotto nel libro della macchina da presa cerebrale, Figura 2F). Fallo per lo stesso tempo di una delle sequenze MRI reali (ad esempio, circa 4-5 minuti per una sequenza anatomica ponderata T1).
  14. Fornisci un feedback al bambino su movimento e attenzione durante questo periodo. Continua questa pratica finché il bambino non riesce a restare fermo per due minuti di fila.
    NOTA: Se il bambino annuisce o fa un gesto per rispondere alle domande, invitalo a rispondere verbalmente e fagli sapere che dovrà farlo anche per la vera telecamera cerebrale. Questo è importante per ridurre il movimento della testa durante la scansione. Incorpora questo prompt nelle domande al bambino (ad esempio, "Dì 'sì' se stai bene e sei pronto a andare avanti o dì 'no'"). Prendi nota di eventuali altri movimenti tipici o tendenze a muoversi in un certo modo che il bambino fa, come sollevare le ginocchia, muovere le mani verso lo specchio/soffitto dello scanner, e usa questo per regolare le istruzioni e l'approccio durante la scansione (vedi la Tabella Supplementare 1 per i parametri di scansione per ogni sequenza).
  15. Spingi il piano dello scanner MRI simulato per spostare il bambino dentro lo scanner simulato, imitando l'esperienza della MRI reale.
  16. Ripeti i progressi nelle sezioni 3.12-3.14 di riproduzione del film, rumori dello scanner e monitoraggio del movimento. Continua questa pratica finché il bambino non rimane fermo per tutta la durata di una delle scansioni senza muoversi (circa 5 minuti), facendo attenzione alla durata complessiva della visita e alla capacità del bambino di continuare.
    1. Se il bambino è particolarmente ansioso, offri al genitore o a un ricercatore di dimostrare prima di stare fermo nel mock scanner. Spesso è utile per i bambini partecipanti vedere che gli altri sono disposti a fare ciò che viene loro chiesto.
    2. Offri al bambino di scegliere un peluche tra una selezione di peluche sicuro per la risonanza magnetica da portare con sé allo scanner.
    3. Chiedi al bambino: "Vuoi portare un amico nella stanza delle telecamere cerebrali?". Se rispondono di sì, mostra loro le opzioni e fai in modo che ne selezionino una. Se dicono di no, procedi senza scegliere un peluche.
  17. Prima di procedere nella vera e propria stanza dello scanner, fai confermare al genitore le informazioni sul modulo di screening, fai una breve pausa per uno spuntino (minimizza i liquidi) e assicurati che il bambino usi il bagno.
  18. Assicurati che la famiglia lasci tutti gli effetti personali (ad esempio telefoni, borse, orologi, gioielli) in un armadietto fuori dalla sala controllo e scanner per ridurre al minimo le distrazioni.
    NOTA: Fai compilare al genitore il modulo di screening di sicurezza per la risonanza magnetica sia per il bambino che per sé stesso (se il centro di neuroimaging consente ai genitori di entrare nella sala scanner) prima di fissare la visita per assicurarsi che il bambino sia idoneo. Poi, rifai lo screening del partecipante e del genitore/caregiver il giorno della scansione. Anche se il genitore non intende restare nella stanza con il bambino durante la scansione, questo permetterà maggiore flessibilità durante la scansione se il bambino si sente turbato nello scanner e il genitore vuole/può entrare per confortarlo. Se il genitore non è sicuro per la RM, dovrebbe comprendere pienamente eventuali restrizioni correlate.
  19. Fornisci premi a tema cerebrale come una maglietta con l'immagine cerebrale del bambino o una piccola stampa 3D del cervello per motivare in più (vedi Figura 1C). Informa il bambino di questo premio prima di fare la scansione e informalo che, se è fermo, le foto del premio risulteranno migliori.
    NOTA: Anche se è possibile che questi premi vengano assegnati in loco durante la sessione (ad esempio, realizzare magliette cerebrali usando applicazioni termoadesive), il tempismo potrebbe non essere sempre perfetto. Se questi premi non possono essere assegnati il giorno della sessione di risonanza magnetica, tenete un premio che il bambino potrà portare con sé alla fine della sessione, come un orsacchiotto o un album di adesivi.

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Figura 2: Attrezzature e materiali di formazione per la suite di scansioni simulate. (A) Due esempi di suite di simulazione di risonanza magnetica in cui il bambino si esercita di più per la scansione reale e in uno spazio che imita più da vicino la suite scanner reale (a differenza del tunnel di gioco della Figura 1B). Utilizzare un tema spaziale o subacqueo rende lo spazio simulato meno intimidatorio e permette ai ricercatori di inquadrare la visita della risonanza magnetica come un'avventura. (B) Usa lo spazio simulato per esercitarti in tutti i passaggi della scansione reale, come mettere le cuffie, sdraiarsi sul letto dello scanner e mettere il casco da supereroe. (C) Una copertina colorata con immagini adatte ai bambini. (D) Collegare la fotocamera cerebrale a concetti che il bambino conosce già, come una fotocamera normale, può aiutare ad aumentare il suo comfort con la fotocamera cerebrale e rafforzare l'importanza di concetti come restare fermi per evitare immagini sfocate, cosa vera sia per le immagini normali che per quelle cerebrali. (E) Fornire foto di altri bambini che stanno passando attraverso il processo di scansione, incluso esercitarsi nelle pose per essere usati con la bacchetta per controllare la presenza di metallo e indossare le cuffie. (F) Comandi semplici con i partecipanti, come "fermo", "soft" e "super-duper", possono fornire in seguito brevi promemoria su cosa fare durante la sessione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

4. Durante la scansione

  1. Prepara prima che il bambino entri nella stanza (completare questi interventi prima che il bambino arrivi nella stanza dello scanner è l'ideale, così l'attenzione può essere quella di renderlo a proprio agio).
    1. Assicurati che il film selezionato dal bambino e eventuali file di attività necessari siano preparati prima di controllare le impostazioni visive e audio.
    2. Apri uno schermo, controlla quando il bambino è nello scanner. Questo può essere semplice come una diapositiva PowerPoint con immagini adatte ai bambini lungo i bordi (vedi Figura 3).
    3. Se il bambino riesce a dare nomi a tutte le immagini sullo schermo mentre è nello scanner senza muovere la testa, allora può vedere l'intero schermo. Se mancano alcune immagini, allora regola lo specchio e chiedi di nuovo cosa possono vedere. Ripeti questo processo finché non nominano tutte le immagini.
      NOTA: Se possibile, decora lo scanner vero e proprio con decalcomanie o fogli a tema, così l'ambiente dello scanner è meno intimidatorio e più adatto ai bambini.
    4. Controlla il volume delle cuffie per assicurarti che non sia né troppo basso né troppo forte.
    5. Prepara la protezione per le orecchie che verrà usata per il bambino e eventuali imbottiture per la testa.
    6. Se usi un software di monitoraggio del movimento, assicurati di impostare i parametri in anticipo. Se utilizzi il Frame Integrative Real-time MRI Monitoring (FIRMM), imposta le seguenti impostazioni: soglia di movimento fMRI: 0,3 mm, soglia di movimento T1/T2: 0,5 mm, Dimensione del cervello: predefinita.
  2. Entrare nella suite scanner con il bambino
    1. Una volta nella sala di controllo, presenta il bambino all'operatore della risonanza magnetica e digli che è un amico che aiuterà a scattare le immagini cerebrali.
    2. Usa un metal detector portatile per assicurarti che genitore/caregiver e bambino non abbiano metallo addosso. Se il genitore/tutore o il bambino indossano abiti con tasche, istruisci loro a controllare e assicurarsi che le tasche siano vuote.
    3. Chiedi al bambino di stare dritto "come una matita", con le mani ai lati e i piedi insieme. Passa il metal detector portatile lungo la parte anteriore del corpo del bambino, dai piedi fino alla sommità della testa, e poi lungo la schiena.
    4. Chiedi al bambino di aprire le braccia "come una stella marina." Passa il metal detector lungo il lato di una gamba, lungo il lato del bambino, sotto il braccio, lungo la parte superiore del braccio, lungo il lato della testa e poi giù per il lato opposto, seguendo lo stesso percorso.
    5. Se il metal detector segnala in qualsiasi momento, controlla la presenza di metallo, rimuovi l'oggetto e ricontrolla il bambino.
    6. Ripetere il processo nelle sezioni 4.2.3-4.2.5 per il genitore/caregiver.
    7. Una volta nella suite scanner, dai al bambino l'opportunità di esplorare lo spazio scanner o di fare domande sulla macchina prima di indirizzarlo a sedersi sul letto scanner.
    8. Avere uno sgabello per loro per salire sul letto e aumentare il senso di controllo e autonomia.
      NOTA: Se il bambino è particolarmente ansioso, prova a mettere musica adatta ai bambini nella stanza scanner per mascherare il rumore di "whoosh" che lo scanner produce.
    9. Quando i bambini sono seduti sul letto, mostra loro lo schermo sul retro della risonanza magnetica dove guarderanno il loro film e ricorda loro che lo vedranno usando uno specchio.
    10. Prima di mettere la protezione per le orecchie, lascia che la sentano con le proprie mani e spiega che questo aiuterà a evitare che il 'rumore della telecamera' li disturbi mentre guardano il loro film o giocano al loro gioco.
    11. Una volta inserita la protezione per le orecchie, posiziona le cuffie sulla testa del bambino e fallo sdraiare nella bobina della testa. Riposiziona il bambino finché non è comodo sdraiato e la testa dritta.
    12. Usa un morbido imbottitura in schiuma per infilare la testa del bambino nella molletta e spiega che questi sono come cuscini per renderli più comodi e che dovrebbero essere "belli e comodi, ma non troppo stretti". Lascia che stringano i cuscinetti prima di metterli.
    13. Elimina qualsiasi spazio negativo tra la testa del bambino e la spirale per evitare grandi movimenti della testa durante la scansione. Una volta che i tappetini sono al loro posto, chiedi al bambino: "È bello e comodo, ma non troppo stretto?". Riregola i cuscinetti se necessario finché il bambino non conferma.
    14. Riproduci parte del film del bambino con le cuffie per assicurarti che non sia troppo silenzioso o troppo rumoroso per il bambino.
    15. Posiziona un asciugamano arrotolato sotto le ginocchia del bambino per aumentare il suo comfort e ridurre la probabilità che muova le gambe o le incroci, il che potrebbe causare anelli conduttivi.
      NOTA: Per i bambini che tendono a muovere le gambe, usa una coperta ponderata sicura per la risonanza magnetica per aiutare a ridurre il movimento. Se il bambino sceglie un peluche per risonanza magnetica (vedi sezione 3.16.2), consegnagli il peluche da tenere in mano e assicurati che si sistemi in una posizione comoda. Ricorda loro di non muoverlo durante la scansione. Per fornire un feedback tattile durante la scansione, applica del nastro medico da un'estremità alla base della bobina della testa all'altra tramite la fronte del bambino, poiché è stato dimostrato che questo riduce il movimento della testa durante lascansione 19.
    16. Poi, dì al bambino che prenderà il suo casco spaziale o da supereroe che dovrà fare le foto cerebrali e mettere la bobina della testa.
    17. Una volta che la bobina della testa è al suo posto, dì al bambino che il 'letto della telecamera cerebrale' verrà sollevato.
    18. Una volta che il letto dello scanner è in posizione di casa, metti lo specchio e regolalo in modo che il bambino possa vedere lo schermo intero usando il controllo dello schermo (vedi Figura 4). Chiedi al bambino quali animali/colori vede sullo schermo e assicurati che dà tutti i nomi alle immagini.
      NOTA: I bambini piccoli potrebbero non capire cosa si intende quando viene chiesto se possono vedere lo schermo intero, quindi questo passaggio è essenziale per assicurarsi che il bambino possa vedere l'intero schermo durante la scansione.
    19. Prima di spostare il bambino nello scanner, chiedi se ha ultime domande, assicurati che sia a suo agio e ricordagli di stare fermo e di non incrociare braccia o gambe.
    20. Ricorda al bambino che un membro dello staff dello studio rimarrà nella stanza con lui per tutta la scansione e che controllerà come va e dopo ogni 'foto'. Ricorda anche loro di rispondere a parole invece di annuire.
      NOTA: È molto importante avere sempre qualcosa sullo schermo che il bambino possa guardare dal momento in cui viene inserito nello scanner e parlare continuamente con lui tramite le cuffie tra una sequenza e l'altra. Questo ridurrà il movimento, poiché i bambini diventano irrequieti quando non vedono nulla nello scanner e non sono sicuri di cosa succederà dopo.
  3. Ruolo dell'aiutante (compagno di scansione) nella stanza scanner
    1. Rimani vicino al foro dello scanner e monitora il movimento e la vigilanza durante la scansione. Evita di avere un contatto fisico irregolare con il bambino durante la scansione, a meno che non si senta in disagio, poiché questo spesso lo porta a guardare in basso, provocando un movimento della testa.
      NOTA: L'efficacia del contatto fisico nel prevenire il movimento varia molto da bambino a bambino, ma un approccio "tutto o niente" funziona bene. Per i bambini che stanno bene con lo scanner o si muovono a contatto fisico, non fornire alcun contatto fisico durante la scansione. Per i bambini ansiosi nello scanner che tendono a muoversi a meno che non vengano rassicurati in qualche modo, mantenere una pressione costante sotto forma di una mano sulla caviglia o di un avambraccio su entrambe le caviglie. Se necessario, il compagno di scansione può anche appoggiarsi alla canna e posare una mano sullo stomaco del bambino per tutta la durata della scansione.
    2. Una volta iniziata la scansione, evitare di muoversi troppo al foro per limitare le disomogeneità del campo magnetico che possono causare artefatti dell'immagine.
    3. Aiuta la transizione tra le sequenze facendo parlare il ricercatore nella sala di controllo o l'operatore con il bambino per preparazioni particolarmente lunghe, il che gli ricorderà che non è solo nella stanza scanner e ridurrà la sua ansia. Evita di far parlare il compagno di scansione con il bambino a meno che non sia necessario, perché questo probabilmente lo spingerà a guardare in basso, muovendo così la testa.
    4. Comunica le informazioni al bambino nelle immediate occasioni in cui sono rilevanti e in piccoli blocchi per evitare di sovraccaricarlo. Ad esempio, di' al bambino: "Stiamo per configurare il tuo gioco/film adesso. Vi faremo sapere subito prima che inizi" mentre i ricercatori stanno preparando la loro scansione funzionale. Poi, una volta configurato, fornisci eventuali istruzioni per il gioco/film e ricorda loro di restare fermi proprio prima di iniziare la scansione.
    5. Sii ricettivo ai bisogni del bambino. Ad esempio, se durante la scansione avvengono freddi, mettigli una coperta sopra e, se si scaldano, togli la coperta.
    6. Segnala ai ricercatori nella sala di controllo se devono fermare la scansione (ad esempio, il bambino vuole uscire, il bambino ha spostato lo specchio sulla bobina della testa). Assicurarsi che i segnali siano compresi e concordati da tutti i membri dello staff.
    7. Assicurati che il bambino rimanga sveglio e presti attenzione allo schermo per le attività funzionali.
  4. Sala di controllo
    1. Parla con il bambino attraverso le cuffie e digli che la prima immagine cerebrale inizierà presto e che inizierà a sentire i 'rumori della telecamera cerebrale'. Ricorda loro di restare fermi, morbidi e di fare del loro meglio per seguire le istruzioni (vedi Figura 2F). Se questa prima sequenza è una scansione strutturale (una sequenza che fornisce informazioni anatomiche statiche), fai partire il film pre-selezionato dal bambino.
    2. Scansioni strutturali: Metti il film del bambino e inizia la scansione. Controlla la qualità della scansione dopo la fine per determinare se è necessario rifarla.
      NOTA: Se il bambino è coinvolto durante il film e lo è, considera di eseguire più sequenze strutturali senza controllare. Questo può ridurre il movimento della testa così come l'ansia del bambino.
    3. Scansioni funzionali: Per scansioni funzionali basate su compiti, carica il compito e fornisci eventuali istruzioni al bambino tramite le cuffie. Ricorda loro di restare fermi mentre completano il compito.
      NOTA: Parla con il bambino mentre il compito si carica per mantenerlo coinvolto e fermo, poiché il tempo di pausa durante l'impostazione del compito può portare a noia e/oansia 7. Se il bambino rimane lasciato anche solo per qualche secondo senza che qualcuno gli parli, è probabile che si muova e/o chieda di interrompere la scansione. Fai attenzione a problemi comuni come il bambino che si addormenta durante il compito, che parla durante il compito (che induce movimento), che il bambino chiede una coperta a metà della scansione o che chiede di toglierne una a metà, il bambino che prude e si muove, il bambino che guarda il ricercatore nella stanza invece che lo schermo durante il compito, e il bambino che alza la mano e muove lo specchio durante la scansione, il che può influire su quanto dello schermo riesce a vedere. Le risposte dei pulsanti sono incredibilmente difficili da ottenere dai bambini piccoli senza indurre movimento. Considera di usare risposte verbali semplici con scansioni rase o risposte di movimentooculare 20,21.
    4. Sii il più flessibile possibile nell'adattare l'ordine delle scansioni.
      NOTA: Ad esempio, potrebbe essere meglio iniziare con sequenze basate su compiti per i bambini piccoli, così da sfruttare il loro maggiore coinvolgimento all'inizio della sessione di scansione. Tuttavia, se un bambino è particolarmente ansioso, potrebbe essere meglio iniziare con un'ecografia anatomica in cui può guardare un film a sua scelta.
    5. Tieni presente che i dati di task e rest potrebbero non essere utilizzabili se non si ottiene una scansione strutturale utilizzabile. Trova un equilibrio tra la cura delle esigenze specifiche del bambino e la priorità delle sequenze più importanti per lo studio, poiché potrebbero non essere raggiunte con il proseguire della sessione.
      NOTA: Se una sequenza o un compito non viene eseguito e richiede una risoluzione dei problemi, metti su un cortometraggio Pixar o un altro clip animato breve per mantenere il bambino fermo e coinvolto. Comunica eventuali cambiamenti al bambino tramite le cuffie così sa cosa aspettarsi. Ad esempio, se la risoluzione del problema del compito funzionale dice: "Abbiamo qualche difficoltà a far partire il tuo gioco, quindi metteremo un breve film per te prima di riprovare."
    6. Per le sequenze in cui è disponibile il monitoraggio del movimento tramite software, assicurarsi che il movimento del bambino rispetti una soglia predefinita per un movimento accettabile. Per sequenze in cui ciò non è praticabile, si utilizza l'ispezione visiva per determinare se una sequenza debba essere rieseguita (ad esempio, nitidezza dell'immagine, evidenza di banding/striature, artefatti).
    7. Tieni a portata di mano una guida alla valutazione della qualità per determinare se una sequenza debba essere rieseguita.
    8. Documenta chiaramente l'ordine della scansione, il numero di esecuzioni per ogni sequenza e eventuali deviazioni del protocollo durante la sessione, poiché questi dovrebbero essere considerati nell'analisi dei dati.
  5. Dopo la scansione
    1. Quando la sequenza finale è finita, avvisi al bambino tramite cuffie che hanno finito e che l'operatore entrerà per portarlo fuori. Ricorda loro di restare fermi finché l'operatore non li lascia uscire.
    2. Fai aiutare il compagno di scansione a garantire che il bambino rimanga nello scanner fino al momento opportuno.
    3. Dai un feedback positivo al bambino, dicendo che ha fatto bene e ringraziandolo per i suoi sforzi!
    4. Se consentito, mostra un'immagine del cervello del bambino da vedere una volta uscito dallo scanner e consegna al bambino un piccolo premio o regalo.

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Figura 3: Esempio di controllo dello schermo dopo aver configurato il bambino nello scanner. Chiedi loro di dare nomi a tutti gli animali/colori che riescono a vedere. Se riescono a nominare tutti gli animali/colori, allora possono vedere tutto lo schermo. Se non ci riescono, riconfigura lo specchio e chiedi di nuovo finché non danno nomi a tutti gli animali/colori. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Risultati

Tassi di successo della scansione
L'utilizzo delle procedure sopra descritte porta a un successo nell'acquisizione della risonanza magnetica nei bambini piccoli. I seguenti risultati provengono dall'analisi post hoc di quattro campioni di studi neuroimaging provenienti da un singolo laboratorio con partecipanti di età compresa tra i 3 e gli 8 anni (N = 344). Inoltre, tre di questi studi (Studi 1, 2 e 4) includevano una componente longitudinale in cui i partecipanti venivano riportati a intervalli di 6 mesi o 1 anno. Lo Studio 1 è statocompletato nel 22, 23, lo Studio 2 è nella fase di analisi dei dati e la raccolta dei dati è in corso per lo Studio 3 e lo Studio 4. Si noti che, in tutte le cifre e tabelle, i tassi di successo sono calcolati dal numero di famiglie presenti alla scansione. Pertanto, questi numeri non riflettono le famiglie che hanno rifiutato di partecipare alla risonanza magnetica o che non si sono presentate all'appuntamento. Gli studi 1 e 2 iniziavano tipicamente con i bambini che guardavano Inscapes24 (un film astratto e privo di linguaggio di 7 minuti, pensato per mantenere l'attenzione dei bambini senza essere troppo esigente dal punto di vista cognitivo), seguiti da un film a loro scelta. Lo Studio 3 iniziava tipicamente con un compito seguito da un film a loro scelta, mentre lo Studio 4 iniziava tipicamente con la scelta del film del bambino seguita da PartlyCloudy 25. La Figura 4 riassume il successo della scansione tra partecipanti e momenti temporali, definendo il successo come l'ottenimento di almeno una scansione utilizzabile (cioè inclusa nelle analisi successive). Lo scopo di questa figura è evidenziare l'efficacia complessiva di questo protocollo nell'acquisizione di dati di neuroimaging da bambini piccoli. I tassi di successo specifici per sequenza, inclusa la distinzione tra scansioni strutturali e funzionali, sono dettagliati nelle Tabelle 1, Tabella 2 e Tabella 3. Nel complesso, la maggior parte dei partecipanti ha contribuito con dati utilizzabili, con la maggior parte delle sessioni inutilizzabili concentrata sui partecipanti più giovani.

figure-results-1
Figura 4: Distribuzione per età e sessioni di risonanza magnetica longitudinale in quattro studi. Ogni pannello rappresenta uno studio (Studio 1-4). I singoli punti indicano le sessioni di risonanza magnetica per ogni partecipante, tracciate per punto temporale (asse x) e età (asse y). I colori indicano il tipo di sessione: verde = almeno una scansione utilizzabile acquisita, rosso = dati di scansione di bassa qualità acquisiti e grigio = nessun dato di scansione utilizzabile acquisito. Linee orizzontali nere collegano le sessioni dello stesso partecipante, illustrando la raccolta longitudinale dei dati. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

La Tabella 1 presenta i tassi di successo della scansione strutturale (almeno 1 scansione utilizzabile) al primo momento dei partecipanti e ai successivi per fascia d'età. I tassi di successo per il primo momento erano generalmente alti, anche se più bassi nel gruppo più giovane (87% per i 3-4 anni). Al contrario, tutti i partecipanti dai 5 anni in su hanno completato con successo la loro prima scansione strutturale. Nei momenti successivi, il tasso di successo della fascia d'età più giovane è leggermente diminuito (83%) così come quello del gruppo 5-6 anni (sceso dal 100% al 91%). Questi risultati possono riflettere in parte il rumore, poiché c'erano meno bambini di 3-4 anni nei momenti successivi (n = 18) rispetto al primo momento (n = 98) e meno bambini di 5-6 anni al primo momento (n = 39) rispetto ai momenti successivi (n = 83). Tuttavia, diversi fattori possono contribuire. I bambini più piccoli spesso migliorano con l'età ma, quando non lo fanno, potrebbero non ricordare bene la prima sessione di ecografia e quindi affrontare le sedute successive con maggiore ansia. Le prestazioni dei bambini più grandi spesso rimangono stabili, ma i cali possono riflettere il ricordo di difficoltà passate e di conseguenza una minore obbedienza. In alternativa, prestazioni peggiori potrebbero riflettere un maggiore comfort nello scanner al punto che i bambini hanno meno preoccupazione di restare fermi. Tuttavia, poiché questo studio non ha misurato le esperienze soggettive dei bambini durante le precedenti sessioni di ecografia, queste interpretazioni restano speculative.

3–4 anni4–5 anni5–6 anni6–7 anni7–8 anni8–9 anniTotale
Punto temporale 1
# Di visite programmate9810539423030344
# Di bambini che sono finiti nello scanner899939423030329
# di ragazzi troppo spaventati per entrare nello scanner97000016
# di scansioni strutturali riuscite779439423030312
percentuale di scansioni strutturali riuscite87%95%100%100%100%100%95%
Punti temporali successivi
# Di visite programmate185282473334266
# Di bambini che sono finiti nello scanner184882473334262
# di ragazzi troppo spaventati per entrare nello scanner0400004
# di scansioni strutturali riuscite154675473234249
percentuale di scansioni strutturali riuscite83%96%91%100%97%100%95%

Tabella 1: Primo momento temporale e i successivi completamento della scansione strutturale e tassi di successo per fascia d'età. La tabella mostra il numero di visite programmate, il numero di bambini che sono entrati nello scanner, il numero di chi è diminuito per paura e il numero di scansioni strutturali riuscite. Le percentuali rappresentano la proporzione di scansioni riuscite rispetto al numero di bambini che sono entrati nello scanner.

Gli studi 1 e 2 includevano anche una sequenza funzionale di stato di riposo senza compiti usando Inscapes, un film astratto e privo di linguaggio pensato per mantenere l'attenzione dei bambini senza risultare troppo esigentecognitivamente 24. La Tabella 2 mostra i tassi di successo per il primo momento temporale in cui è stato somministrato questo compito e i loro momenti successivi. In tutte le fasce d'età, i tassi di successo di questa scansione al primo momento dei partecipanti erano inferiori rispetto a quelli della scansione strutturale. Inoltre, sei anni sembravano rappresentare un punto di svolta per la performance, in cui i bambini sotto i sei anni mostrano tassi di successo bassi simili (tasso medio di successo = 58%) e i bambini di sei anni o più ottenuti ottengono risultati significativamente migliori (tasso medio di successo = 82%). Nei momenti successivi, le prestazioni nei gruppi dai tre ai sei anni migliorarono (tasso medio di successo = 65%), mentre quelli dai sei ai nove anni rimasero più costanti (85%).

3–4 anni4–5 anni5–6 anni6–7 anni7–8 anni8–9 anniTotale
Punto temporale 1
# Di visite programmate277333423030235
# Di bambini che sono finiti nello scanner257033423030230
# di ragazzi troppo spaventati per entrare nello scanner2300005
# di bambini che hanno tentato la sequenza "senza compiti"247033413030228
# di scansioni funzionali "senza compito" riuscite (frazione di censura ≤0,2 a 0,3 mm)144318342425158
% di scansioni funzionali "senza compito" riuscite (≤frazione di censura 0,2 a 0,3 mm)58%61%55%83%80%83%69%
Punti temporali successivi
# Di visite programmate22669463334210
# Di bambini che sono finiti nello scanner22668463334209
# di ragazzi troppo spaventati per entrare nello scanner0010001
# di bambini che hanno tentato la sequenza "senza compiti"22666443333204
# di scansioni funzionali "senza compito" riuscite (frazione di censura ≤0,2 a 0,3 mm)21039362631144
% di scansioni funzionali "senza compito" riuscite (≤frazione di censura 0,2 a 0,3 mm)100%38%59%82%79%94%71%

Tabella 2: Primo momento temporale e i successivi momenti di tempo "senza compiti" completamento della scansione funzionale e tassi di successo per fascia d'età. La tabella mostra il numero di visite programmate, il numero di bambini che hanno inserito lo scanner, il numero di chi è stato rifiutato per paura e il numero di scansioni funzionali "senza compito" riuscite. Il successo fu definito come ≤0,2 frazione di censura a 0,3 mm. Le percentuali rappresentano la proporzione di scansioni riuscite rispetto al numero di bambini che hanno tentato questa scansione.

Gli studi 1 e 3 includevano entrambi scansioni funzionali basate su compiti. Nello Studio 1 i partecipanti hanno codificato una serie di coppie oggetto-caratteri al momento 1, e nello Studio 3 i partecipanti hanno visualizzato passivamente immagini di oggetti codificati fuori dallo scanner immediatamente prima della sessione di scansione. Non sorprende che i tassi di successo di questo compito fossero inferiori rispetto al tasso di successo della scansione strutturale. Questo probabilmente perché i compiti, che non avevano audio e consistevano in immagini statiche presentate una dopo l'altra, erano meno coinvolgenti rispetto al film selezionato dal bambino per la scansione strutturale.

3–4 anni4–5 anni5–6 anni6–7 anni7–8 anni8–9 anniTotale
# Di visite programmate156235423030214
# Di bambini che sono finiti nello scanner136035423030210
# di ragazzi troppo spaventati per entrare nello scanner2200004
# di bambini che hanno tentato la sequenza dei compiti12171120231396
# di scansioni funzionali basate su compiti riuscite (≤frazione di censura 0,2 a 0,3 mm)79614131059
% di scansioni funzionali basate su compiti riuscite (≤frazione di censura 0,2 a 0,3 mm)58%53%55%70%57%77%61%

Tabella 3: Primo completamento e tassi di successo della scansione funzionale "basata su compiti" per fascia d'età. La tabella mostra il numero di visite programmate, il numero di bambini che hanno inserito lo scanner, il numero di chi è stato rifiutato per paura e il numero di scansioni funzionali "senza compito" riuscite. Il successo fu definito come ≤0,2 frazione di censura a 0,3 mm. Le percentuali rappresentano la proporzione di scansioni riuscite rispetto al numero di bambini che hanno tentato questa scansione.

Questi risultati evidenziano le sfide esistenti associate alla risonanza magnetica funzionale basata su compiti nei bambini piccoli. Lo Studio 4 ha cercato di risolvere questo problema utilizzando un paradigma di visione passiva dei film, in cui bambini dai 3 ai 5 anni guardavano il cortometraggio animato Pixar, Partly Cloudy, nello scanner e rispondevano a domande legate alla memoria dopo la sessione di scansione. Dei 61 bambini al primo momento, 50 (82%) hanno fornito dati utilizzabili.  La raccolta dei dati per questo studio è in corso, ma dei 64 dati dei partecipanti provenienti dai momenti successivi 56 (88%) sono stati positivi. Questi tassi di successo sono molto più alti rispetto a quelli osservati per questa fascia d'età utilizzando la scansione dello stato a riposo senza compito e i progetti a blocchi basati su compiti tramite immagini stock. Questi risultati illustrano l'importanza di compiti adeguati allo sviluppo e adatti ai bambini per garantire sessioni di scansione di successo.

Tempo di preparazione alla scansione e tempo di raccolta dati
La Figura 5 illustra il tempo medio necessario per sistemare i partecipanti nello scanner (misurato dal loro arrivo nella sala di controllo) così come il tempo medio trascorso nello scanner. Il tempo di preparazione è stato abbastanza costante tra studi e fasce d'età, tipicamente tra 10 e 20 minuti. Tuttavia, il tempo totale in-scanner ha mostrato schemi più specifici per lo studio. Negli Studi 1 e 2, i bambini sono rimasti nello scanner per durature simili indipendentemente dall'età. Nello Studio 3, tuttavia, i bambini più piccoli sembravano trascorrere meno tempo nello scanner rispetto a quelli più grandi, probabilmente riflettendo un aumento della tolleranza legato all'età all'ambiente di scansione e alle specifiche esigenze del compito. In particolare, lo Studio 3 includeva un compito funzionale di progettazione a blocchi con immagini statiche, un paradigma particolarmente impegnativo per i bambini piccoli. Lo studio 4 ha mostrato il modello opposto: i bambini più piccoli tendevano a rimanere nello scanner più a lungo rispetto ai più grandi. Questo potrebbe riflettere una maggiore efficienza nella scansione dei bambini più grandi, che sono più propensi a fornire dati utilizzabili al primo tentativo. Ad esempio, lo Studio 4 includeva una scansione strutturale dell'ippocampo ad alta risoluzione altamente sensibile al movimento; I bambini più piccoli spesso richiedevano più esecuzioni per ottenere un dataset utilizzabile.

figure-results-2
Figura 5: Tempi di preparazione e scansione per fascia d'età. Ogni pannello rappresenta uno studio (Studio 1-4), con i tempi medi (± SD) tracciati per diverse fasce d'età. Le barre verdi indicano il tempo dall'ingresso nella sala di controllo fino all'installazione nello scanner, mentre le barre viola rappresentano il tempo totale nello scanner. I titoli includono la durata del protocollo di scansione per ogni studio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

La Figura 5 illustra due punti importanti su come il tempismo influenzi i tassi di successo delle scansioni. Innanzitutto, il tempo di configurazione include tutti i passaggi sopra descritti nella sezione 3.2 del protocollo. Questa sezione, più di qualsiasi altra nel protocollo, sottolinea l'importanza della pazienza. Sfruttare questo tempo aggiuntivo per permettere al bambino di esplorare l'ambiente dello scanner ha contribuito notevolmente agli alti tassi di successo presentati nelle Tabelle 1, Tabella 2 e Tabella 3. Pertanto, i ricercatori dovrebbero aspettarsi di bloccare circa 15-20 minuti per preparare il bambino alla scansione, cosa che può essere diversa da quanto previsto per la scansione di neonati, bambini più grandi e adulti. In secondo luogo, anche se i protocolli di scansione in questa epoca tendono a durare circa 30 minuti, ci vuole circa il doppio del tempo per acquisire i dati. Come indicato nel protocollo, ciò è probabilmente dovuto al fatto di rieseguire scansioni inutilizzabili fino a raggiungere la soglia di movimento/qualità adeguata e/o di pause tra una scansione e l'altra per assicurarsi che il bambino sia a suo agio.

Tabella supplementare 1: parametri di scansione. Clicca qui per scaricare questo File.

Discussione

Da quando la risonanza magnetica è stata introdotta nei contesti di ricerca, ha notevolmente avanzato la comprensione del cervello nei bambini, adolescenti e adulti in età scolare. I dati presentati mostrano che, con protocolli a misura di bambino, molte barriere alla scansione dei bambini più piccoli possono essere superate. La preparazione è fondamentale: fornire ai genitori materiali per la risonanza magnetica adatti ai bambini, offrire una sessione prolungata di scanner simulato, rispondere alle domande sia dei genitori che dei figli e costruire un rapporto di fiducia aumentano significativamente le probabilità di successo.

Tuttavia, anche con una preparazione solida, la flessibilità in tutte le fasi del protocollo è essenziale. Sebbene questo protocollo delizi i passaggi principali per preparare i bambini alle sessioni di scansione strutturale e funzionale, questi passaggi raramente avvengono nello stesso ordine o nello stesso modo esatto tra i partecipanti. Ad esempio, un bambino particolarmente ansioso potrebbe trarre beneficio dal vedere prima un assistente di ricerca inserito nello scanner, o dal partire da scansioni strutturali abbinate a un film preferito prima di tentare scansioni più impegnative, basate su compiti o visioni passive. Al contrario, i bambini con un controllo dell'attenzione meno sviluppato possono trarre beneficio dall'iniziare con scansioni basate su compiti, sfruttando la loro capacità di concentrarsi nelle prime fasi della seduta. Alcuni bambini restano immobili senza alcun contatto fisico, mentre altri richiedono un contatto fisico costante durante la scansione. Inoltre, alcuni bambini otterranno risultati migliori se il genitore è molto coinvolto in tutte le fasi, mentre altri avranno risultati migliori se il genitore assume un ruolo meno attivo. Pertanto, è fondamentale imparare il possibile sul singolo bambino prima e durante la sessione di ecografia, per adattare l'esperienza alle sue esigenze. Questa flessibilità aiuta a massimizzare le possibilità di ottenere dati utilizzabili, rispettando il livello di comfort di ogni bambino. Queste considerazioni sono particolarmente rilevanti nell'era degli studi di coorte multi-sito e dei dataset condivisi di neuroimaging dello sviluppo. I ricercatori che analizzano questi dati potrebbero non avere esperienza diretta nella raccolta di dati MRI da bambini piccoli e quindi potrebbero non essere a conoscenza dei fattori chiave che influenzano la qualità dei dati. Ad esempio, se una data scansione riflette un primo tentativo o un tentativo successivo a fallimenti precedenti, così come l'ordine di acquisizione e il processo decisionale durante la sessione variano tra i partecipanti, ha importanti implicazioni per le analisi successive, poiché i bambini possono elaborare gli stimoli in modo diverso dopo una visioneripetuta 26. Documentando la preparazione, la flessibilità e il giudizio in tempo reale necessari per scansionare con successo i bambini piccoli, l'attuale protocollo mira ad aumentare la trasparenza su come questi dati vengono acquisiti. Queste informazioni possono aiutare gli utenti secondari a interpretare meglio la variabilità della qualità dei dati e ad apprezzare l'esperienza e lo sforzo necessari nell'acquisizione della neuroimaging pediatrica.

La risonanza magnetica funzionale (fMRI) è diventata particolarmente preziosa perché collega l'attività cerebrale a specifici processi cognitivi, spesso facendo svolgere i partecipanti a compiti nello scanner. Tuttavia, la maggior parte degli studi sulla fMRI si concentra su bambini più grandi (8+ anni) e adulti, poiché raccogliere dati basati su compiti da bambini più piccoli presenta sfide metodologiche significative. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno utilizzato approcci "senza compiti" in cui i bambini piccoli guardano passivamente film astratti e non verbali progettati per ridurre il movimento senza imporre alte richiestecognitive 24. Tuttavia, questi film potrebbero non coinvolgere in modo affidabile i partecipanti durante la prima infanzia e non consentire un esame mirato delle reti funzionali che supportano specifici processi cognitivi. La mancanza di coinvolgimento introduce un movimento significativo durante la scansione che compromette ulteriormente l'usabilità dei dati.

I risultati dimostrano sia progressi che sfide residue nella neuroimaging pediatrica. Le scansioni strutturali, che di solito sono abbinate a film selezionati dai bambini, producono i tassi più alti di dati utilizzabili. Le scansioni a riposo senza compito — film astratti senza linguaggio né narrazione — producono tassi di successo più bassi, mentre la fMRI basata su compiti esistente, che richiede ai bambini di prestare attenzione a immagini statiche, mostra i tassi di successo più bassi. Pertanto, i ricercatori devono essere creativi nel progettare compiti sufficientemente coinvolgenti da mantenere l'attenzione dei bambini piccoli, riducendo così il movimento, pur raccogliendo dati sufficienti per indicizzare in modo robusto i meccanismi neurali alla base del processo cognitivodi interesse 28,29. Sebbene richieda più impegno rispetto ai tradizionali film astratti e non verbali, sviluppare stimoli cinematografici coinvolgenti e naturalistici con personaggi e contesti interessanti può essere la strada migliore per migliorare i tassi di successo delle scansioni funzionali e l'usabilità dei dati in questa fascia d'età. Questo approccio è in linea con lavori recenti che mostrano che la visione naturalistica di film supera lo stato di riposo nella previsionedel comportamento 30. Inoltre, i paradigmi di visione di film hanno vantaggi rispetto ai compiti tradizionali con immagini statiche, poiché riflettono più da vicino i processi cognitivi che si svolgono in contesti reali. Ad esempio, codificare informazioni mentre i personaggi sono inseriti in una narrazione significativa riflette più fedelmente l'apprendimento quotidiano rispetto alla codifica di immagini statiche presentate isolatamente o sovrapposte a uno sfondo statico. Allo stesso tempo, se isolare processi specifici è essenziale per la domanda di ricerca, i paradigmi basati sul compito possono rimanere fattibili se progettati per essere adeguati allo sviluppo, altamente coinvolgenti e brevi. Ad esempio, studi che hanno acquisito con successo risposte comportamentali da bambini durante un compito tradizionale di fMRI includevano stimoli audiovisivi che probabilmente hanno aiutato a mantenere i bambini coinvolti nonostante la presentazione di immaginistatiche 31.

Tuttavia, è importante ribadire che questi risultati provengono da un unico laboratorio e quindi non devono essere interpretati come parametri normativi o di campo per i tassi di successo della neuroimaging pediatrica. La conservazione e l'usabilità dei dati dovrebbero variare tra laboratori, protocolli e tempi man mano che metodi, tecnologie e pratiche formative evolvono. Inoltre, la variabilità interna al laboratorio probabilmente riflette non solo fattori legati ai figli o al compito, ma anche l'aumento dell'esperienza del team di acquisizione dati, poiché la fiducia nell'implementazione del protocollo e la capacità di prendere giudizi opportuni sul momento migliorano con l'esperienza. Invece, l'intento di condividere questi risultati è dimostrare la variabilità dei tassi di successo delle scansioni in base al tipo di sequenza e al gruppo d'età, per attirare l'attenzione sulle aree di miglioramento dell'acquisizione dei dati nella neuroimaging della prima infanzia.

Questo articolo fornisce un protocollo completo per la neuroimaging pediatrica, dal reclutamento all'acquisizione dei dati. A differenza dei protocolli precedenti, enfatizza la preparazione che può essere fatta prima della sessione di ecografia per ridurre l'ansia di bambino e genitori riguardo alla risonanza magnetica (cioè nella fase di reclutamento/programmazione). Inoltre, questo protocollo affronta considerazioni importanti per la raccolta di diverse sequenze dai partecipanti - sono necessarie azioni diverse per promuovere la raccolta efficace di scansioni funzionali basate su compiti da scansioni anatomiche. Questo è particolarmente importante, poiché la ricerca mostra che le caratteristiche neurali funzionali sono probabilmente modellate dalle proprietà strutturali sottostanti delcervello 32,33, indicando che i cambiamenti strutturali osservati nella letteratura esistente probabilmente interagiscono con le proprietà funzionali emergenti per supportare lo sviluppo cognitivo. Inoltre, indagare questi processi durante la prima infanzia è particolarmente cruciale, poiché questo periodo di sviluppo riflette un punto di svolta per diverse strutture cerebrali importanti e domini cognitivi. In definitiva, migliorare i protocolli di neuroimaging pediatrico migliorerà la capacità di tracciare le relazioni cervello-comportamento nello sviluppo e informerà interventi precoci per i bambini a rischio di sfide neurosviluppative.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse noti da divulgare.

Ringraziamenti

Questo lavoro fu sostenuto dai National Institutes of Health (borsa numero HD079518, HD094758, HL164628, DA055316, HL164628), dalla National Science Foundation (BCS 1749280) e dalla borsa di studio Ann G. Wylie Dissertation Fellowship. Vorremmo ringraziare le famiglie che hanno partecipato agli studi qui presentati. Ringraziamo inoltre i membri del Neurocognitive Development Lab che hanno contribuito al reclutamento e alla raccolta dati e tre revisori anonimi per i commenti utili.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Monitoraggio Integrativo della Risonanza Reale in Tempo Frame per Frame (FIRMM)Turing Medicalhttps://turingmedical.com/firmm/Software di monitoraggio del movimento in tempo reale utilizzabile durante le risonanze magnetiche
Scanner MRI simulatoMRAhttps://www.mra1.com/Una replica non magnetizzata della macchina che raccoglierà le immagini strutturali e funzionali del cervello del bambino
MRI ScannerSiemensTrioTim: https://www.siemensmriequipment.com/siemens-magnetom-trio-a-tim-system-3t-mri-system/ 
Prisma: https://www.siemens-healthineers.com/magnetic-resonance-imaging/3t-mri-scanner/magnetom-prisma		La vera macchina che acquisirà le immagini strutturali e funzionali del cervello dal bambino. L'attuale studio ha utilizzato scanner Siemens MAGNETOM TrioTim e Siemens MAGNETOM Prisma Fit.
PigPigPen Tenda Pull-up Tunnel da gioco per bambini piccoli, neonati o cani, sia al chiuso che al chiuso. Set da gioco da giardino per giocattoli da esterno per bambini. (Rosso, Giallo, Blu)QC Toys (acquistati su Amazon)ASIN: B08CX8CSHS
https://www.amazon.com/Tunnel-
Toddlers-Outdoor-Backyard-Playset
/dp/B08CX8CSHS/ref=sr_1_1_sspa
?crid=TMOEHG3ZTIQE& dib=eyJ2I
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nel& qid=1766335944& sprefix=%2C
aps%2C67& sr=8-1-spons&; sp_csd=
d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY& th=1		Un tunnel di gioco cilindrico fatto di tessuto che può essere usato per imitare le esperienze durante la risonanza magnetica e la risonanza magnetica;

Riferimenti

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