Name: Esplorare le funzioni cognitive in neonati, bambini e adulti con Near Infrared Spectroscopy (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-07-28T16:25:00.000+00:00
Duration: 12 min 40 s
Description: Scopri la spettroscopia nel vicino infrarosso (fNIRS) per studiare le funzioni cognitive in neonati, bambini e adulti. Questa tecnica non invasiva misura l'attività cerebrale attraverso le risposte emodinamiche.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Questo lavoro è stato sostenuto dalle concessioni di LAP (PI): National Institutes of Health R21 HD50558, premiato 2005-07; Nazionale Institutes of Health R01 HD045822, premiato 2004-09; Dana Foundation Grant, assegnato 2004-06; Fondazione canadese per l&#39;innovazione (&quot;TPG&quot; sovvenzione), premiato 2008-2012; L&#39;Ontario Research Fund Grant, premiato 2008-2012.

Parte 1: Prima di arrivare partecipante al laboratorio <ol><li> Assicurarsi che la stanza è libera di articoli estranee che possono essere fonte di distrazione al partecipante. </li><li> Set-up e carico protocollo sperimentale sul Hitachi fNIRS ETG-4000 sistema. </li><li> Set-up tuo paradigma sperimentale. Paradigmi sperimentali possono essere programmati con software di presentazione diversi, tra cui Eprime, Presentazione, Psyscope o una psicologia basata toolbox Matlab. Qui usiamo toolbox psicologia basata Matlab. </li><li> La tempistica è fondamentale per l&#39;analisi dei dati, quindi il paradigma sperimentale deve essere perfettamente a tempo con la raccolta dei dati. La Hitachi fNIRS ETG-4000 ha attivazione capacità, consentendo il paradigma sperimentale per attivare la raccolta di dati o viceversa. Test di attivazione del programma di presentazione da fNIRS Hitachi ETG-4000. Attivazione può essere fatto utilizzando parallele, seriali, USB o porte. Qui vi mostriamo attivazione tramite la porta parallela. </li><li> Prima di iniziare lo studio fNIRS è importante condurre uno screening sfondo partecipante. Nel laboratorio Petitto, conduciamo uno screening sfondo avendo i partecipanti o dei loro genitori di compilare questionari standardizzati di studio appropriato 29. </li></ol> Arriva partecipante <ol start="6"><li> E &#39;importante condurre la sessione e di trattare i partecipanti in modo professionale. Il partecipante o dei genitori dei partecipanti &#39;/ tutori devono firmare un modulo di consenso prima che l&#39;esperimento comincia. E &#39;vitale per ringraziare i partecipanti per il loro tempo in questi esperimenti importanti ed emozionanti. </li><li> Il partecipante è seduto comodamente vicino alla sala prove fNIRS. Un partecipante bambino può essere seduti in braccio a un genitore. </li></ol> Parte 2: Posizionamento Optodes e uso il 10-20 del sistema Un altro componente del metodo di analisi che consente coerente interpretazione dei dati è la standardizzazione del protocollo di registrazione fNIRS. Ciò comporta la posizione optode, il posizionamento dei partecipanti e attivazione del software di stimolo presentazione. Sia il preciso neuro-anatomiche posizionamento delle sonde e la conferma delle regioni di interesse (ROI) si ottengono usando il 10-20 sistema 3,4,30. Inoltre, la localizzazione stereotassica dell&#39;array sonda è stata confermata sul cranio del partecipante sovrapponendo le informazioni 3D da un sistema di tracciamento Polhemus Fast Trak su un anatomico MRI co-registrazione scansione del partecipante condotta con capsule di vitamina E messi a ogni posizione della sonda 3,4. posizionamento ottimale dei partecipanti coinvolti collocare i partecipanti comodamente su una sedia a sdraio, con le fibre ottiche appesi liberamente, senza contatto con il corpo o la sedia. <ol><li> Le misure che seguono sono presi la testa con un metro a nastro e scritto sul foglio dei dati dei partecipanti: <ul><li> Nasion al Inion intorno </li><li> Nasion di coniugi Inion sopra la parte superiore </li><li> Un orecchio all&#39;altro sopra la parte superiore </li></ul></li><li> Nastro chirurgico può essere usato per contrassegnare luoghi specifici. In questo esperimento ci segnerà Fp, T3/T4, F8/F7 </li><li> Array Optode sono posizionati sulla testa dei partecipanti &#39;con optodes specifico ancorata a 10-20 punti come indicato dal fini dell&#39;esperimento. </li></ol> Parte 4: Test della matrice Optode <ol><li> Introduzione al ETG-4000 Hitachi interfaccia GUI e test sonda. </li><li> Test segnale: optodes Una volta immessi sul cuoio capelluto dei partecipanti &#39;, la qualità del segnale viene testato. Se un optode non ha un segnale chiaro, i ricercatori rimuovere delicatamente i capelli dal collegamento della optode e del cuoio capelluto. In occasione del optodes aver bisogno di essere pulite con un batuffolo di cotone imbevuto di alcool. </li></ol> Parte 5: Esecuzione dell&#39;esperimento. <ol><li> Almeno due sperimentatori deve essere sempre presente in sala, uno osservando i Hitachi fNIRS ETG-4000 in tempo reale, leggere e l&#39;altra osservazione partecipante. Avere una videocamera focalizzata sul partecipante è altamente raccomandato per la post-hoc osservazioni. Un vantaggio della Hitachi fNIRS ETG-4000 è che il video e il segnale fNIRS sono sincronizzati e co-registrate. Un registro contenente tutte le informazioni e file generato viene mantenuto. </li><li> Ci sono ben definiti i metodi di costruzione di paradigmi sperimentali emodinamica, cioè blocchi di design e di eventi legati disegni. Per una descrizione più completa si veda il recente documento revisione 31. </li></ol> Parte 6: Analisi Una volta che tutti i dati sono stati raccolti, il partecipante viene ringraziato per il loro tempo e la volontà di partecipare e lascia il laboratorio. L&#39;analisi non viene fatta sulla Hitachi fNIRS ETG-4000, come, invece, i dati vengono esportati in un computer di analisi. <ol><li> La conversione da uV a concentrazioni di emoglobina. Come valori di attenuazione prime siano raccolte in attenuazione della forza laser (misurata in uV), questi valori devono essere convertiti in Valu emoglobina ossigenata e deossigenatoes. Questo viene fatto usando la modifica di Beer-Lambert equazione. </li><li> L&#39;applicazione della modifica di Beer-Lambert è condotta in due fasi. Partendo dal presupposto che la diffusione è costante la lunghezza del percorso, in primo luogo l&#39;attenuazione per ogni lunghezza d&#39;onda (λ ΔA (t)) è calcolato confrontando la densità ottica di intensità luminosa durante il compito (compito I) alla linea di base calcolata del segnale ( I basale). I valori di ΔA per ogni lunghezza d&#39;onda e il punto di tempo campionato (t) per risolvere la modifica di Beer-Lambert equazione. <table border="0"><tbody><tr><td> Equazione 1 <img style="float:left;" src="/files/ftp_upload/1268/eq1.jpg" alt="equazione 1" /></td><td> Equazione 2 <img style="float:left;" src="/files/ftp_upload/1268/eq2.jpg" alt="equazione 2" /></td></tr></tbody></table></li></ol> λ 1 ∈ deossi, λ 1 ∈ ossi, λ 2 e λ ∈ deossi 2 ∈ ossi sono le costanti per i coefficienti di estinzione che misura la frazione di luce persa ad assorbimento per unità di distanza concentrazione nei tessuti. Il deossi C e C i valori risultanti ossi sono le concentrazioni di emoglobina ossigenata deossigenata e per ogni t. Parte 7: Risultati Rappresentante Tipico risultati risposta emodinamica in diverse caratteristiche distinte. Nel ossi-emoglobina risposta, vi è prima un tuffo caratteristica. Questo tuffo si presenta come una regione di neuroni si attiva e consuma ossigeno disponibile. Mentre aumenta il flusso sanguigno, portando l&#39;emoglobina ossigenata, l&#39;ossi-emoglobina risposta sale rapidamente sopra i livelli basali iniziale ad un livello di stato stazionario. Quando la regione non è più in corso di attivazione, l&#39;ossi-emoglobina decade risposta nei prossimi 12-15 secondi e lentamente scende a livelli basali. C&#39;è tanto in tanto un undershoot che si verifica prima della risposta emodinamica tornando ai livelli di base iniziale. Cattivi risultati sono di solito sotto forma di optodes non correttamente posizionato sul cuoio capelluto o movimenti eccessivi. Questi tipi di rumore - chiamato &#39;Flatling&#39; - sono evidenti nel segnale di come i valori microvolt saturare e una serie di canali diversi, spostare entrambi ossi-e deossi-risposta in modo coordinato. DIMOSTRAZIONE: Agitare la fibra ottica. Analisi statistica: L&#39;ossi estratti e deossi-emoglobina valori per ciascun canale, per ogni partecipante e per ogni attività può essere sottoposto alle tradizionali analisi statistiche, tra cui t-test, ANOVA, correlazioni, ecc

<ol><li>Quaresima, V. J. Biomed. Opt. 10, 11012-11012 (2005).</li>
<li>Watanabe, E. Neurosci. Lett. 256, 49-52 (1998).</li>
<li>Kovelman, I. NeuroImage. 39, 1457-1471 (2008).</li>
<li>Kovelman, I. Brain and Language. , (2008).</li>
<li>Bortfeld, H. Developmental Neuropsychology. 34, 52-65 (2009).</li>
<li>Petitto, L. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPetitto%2C+LA+%22The+Cambridge+Companion+to+Chomsky%22">The Cambridge Companion to Chomsky</a>. , Cambridge University Press. England. (2005).</li>
<li>Berens, M. S. Society for Research in Child Development, , (2009).</li>
<li>White, K. S. Cognitive Neuroscience Society Annual Meeting, , (2008).</li>
<li>Dubins, M. Cognitive Neuroscience Conference, , (2009).</li>
<li>Dubins, M. H. Society for Research in Child Development. , (2009).</li>
<li>Dubins, M. H. NeuroImage. , (2009).</li>
<li>Ehlis, A. C. J. Biol. Psychol. 69, 315-331 (2005).</li>
<li>Petitto, L. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPetitto%2C+LA+%22The+Educated+Brain%22">The Educated Brain</a>. Fischer, K., Battro, A. , Cambridge University Press. England. (2008).</li>
<li>Pena, M. Proc Natl. Acad. Sci. U. S. A.. 100, 11702-11705 (2003).</li>
<li>Baird, A. A. NeuroImage. 16, 1120-1125 (2002).</li>
<li>Taga, G. Proc. Nat.l Acad. Sci. U. S. A. 100, 10722-10727 (2003).</li>
<li>Wilcox, T. Dev. Science. 11, 361-370 (2008).</li>
<li>Otsuka, Y. NeuroImage. 34, 399-406 (2007).</li>
<li>Watanabe, H. NeuroImage. 43, 346-357 (2008).</li>
<li>Kameyama, M. NeuroImage. 29, 172-184 (2006).</li>
<li>Arai, H. Brain. Cogn.. 61, 189-194 (2006).</li>
<li>Grignon, S. Cognitive and Behavioral Neurology. 21, 41-45 (2008).</li>
<li>Boas, D. A. Neuroimage. 23, S275-S288 (2004).</li>
<li>Aslin, R. N., Mehler, J. J. of Biomed. Opt.. , 1-3 (2005).</li>
<li>Plichta, M. M. NeuroImage. 35, 625-634 (2007).</li>
<li>Schroeter, M. L. NeuroImage. 21, 283-290 (2004).</li>
<li>Jobsis, F. F. Science. 198, 1264-1267 (1977).</li>
<li>Villringer, A., Chance, B. Trends Neurosci. 20, 435-442 (1997).</li>
<li>Kovelman, I. Bilingualism: Language & Cognition. 11, 203-223 (2008).</li>
<li>Jasper, H. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 10, 370-371 (1958).</li>
<li>Amaro, E. Brain Cogn. 60, 220-232 (2006).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da dichiarare.

In questo studio, abbiamo dimostrato l&#39;utilizzo di una, il romanzo non invasiva tecnologia di imaging del cervello fNIRS per indagare la funzione del cervello umano in relazione alla cognizione umana e la percezione. brain imaging fNIRS può rappresentare il futuro della non-invasiva di imaging cerebrale, in particolare con le popolazioni neonato e bambino, che un giorno potrebbe essere ampiamente disponibili nei laboratori di ricerca, studi medici &#39;, e nei sistemi scolastici che permette ai medici di applicare i...

<table><tbody><tr><td>ETG-4000</td><td>Hitachi</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Psychology toolbox</td></tr></tbody></table>

esplorare le funzioni cognitive in neonati, bambini e adulti con near infrared spectroscopy

Exploring Cognitive Functions in Babies, Children &amp; Adults with Near Infrared Spectroscopy

Un&#39;esplosione di funzionali Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) studi che hanno valutato l&#39;attivazione corticale in relazione ai processi cognitivi superiori, come il linguaggio 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, memoria 11, 12 e attenzione è in corso in tutto il mondo che coinvolgono adulti, bambini e neonati 3,4,13,14,15,16,17,18,19 con cognizione tipico e atipico 20,21,22. La sfida contemporanea di utilizzare fNIRS di neuroscienze cognitive è quello di raggiungere analisi sistematica di tali dati che sono universalmente interpretabili 23,24,25,26 e, quindi, possono avanzare importanti questioni scientifiche circa l&#39;organizzazione funzionale e di sistemi neurali alla base della cognizione umana più alta. Tecnologie esistenti neuroimaging hanno o meno robusta risoluzione temporale o spaziale. I potenziali evento correlati e Magneto encefalografia (ERP e MEG) hanno un&#39;eccellente risoluzione temporale, mentre la Tomografia ad Emissione di Positroni e risonanza magnetica funzionale (PET e fMRI) hanno una migliore risoluzione spaziale. Utilizzando non ionizzanti lunghezze d&#39;onda della luce nel vicino infrarosso (700-1000 nm), dove ossi-emoglobina è preferenzialmente assorbita da 680 nm e deossi-emoglobina è preferenzialmente assorbita da 830 nm (per esempio, infatti, le lunghezze d&#39;onda molto cablata in il fNIRS Hitachi ETG-400 sistema illustrato qui), fNIRS è adatto per gli studi di maggiore cognizione, perché ha sia una buona risoluzione temporale (~ 5s) senza l&#39;uso di radiazioni e una buona risoluzione spaziale (~ 4 cm di profondità), e non richiedono ai partecipanti di essere in una struttura chiusa 27,28. I partecipanti attività corticale può essere valutata stando comodamente seduti in una sedia normale (adulti, bambini) o addirittura seduti in grembo mamma s (neonati). In particolare, NIRS è l&#39;unico portatile (delle dimensioni di un computer desktop), praticamente in silenzio, e può tollerare un movimento sottile partecipanti. Ciò è particolarmente eccezionale per lo studio neurali del linguaggio umano, che ha necessariamente come uno dei suoi componenti chiave del movimento della bocca nella produzione di discorso o le mani nel linguaggio dei segni. Il modo in cui è localizzata la risposta emodinamica viene da una serie di emettitori laser e rivelatori. Emettitori emettono una nota di intensità non ionizzanti luce mentre rilevatori di rilevare la quantità riflessa dalla superficie corticale. I più vicini alla optodes, maggiore è la risoluzione spaziale, mentre la più lontani del optodes, la maggiore profondità di penetrazione. Per la fNIRS Hitachi ETG-4000 sistema ottimale penetrazione / risoluzione dell&#39;array optode è impostato a 2 cm. Il nostro obiettivo è quello di dimostrare il nostro metodo di acquisizione e analisi dei dati fNIRS per standardizzare il campo e permettono diversi laboratori fNIRS tutto il mondo per avere uno sfondo comune.

Qui si descrive una raccolta di dati e metodo di analisi dei dati funzionali per Near Infrared Spectroscopy (fNIRS), un romanzo non invasivo sistema di imaging del cervello utilizzata in neuroscienze cognitive, in particolare nello studio del cervello sviluppo del bambino. Questo metodo fornisce uno standard universale di acquisizione ed analisi dei dati vitali per l&#39;interpretazione dei dati e le scoperte scientifiche.

Esplorare le funzioni cognitive in neonati, bambini e adulti con Near Infrared Spectroscopy

Un'esplosione di studi di spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) che indagano l'attivazione corticale in relazione a processi cognitivi superiori, come ...

La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso, o F nears, è un metodo per misurare la risposta emodinamica associata all'attività neurale nel cervello, utilizzando coppie di sorgenti e detector laser nel vicino infrarosso, o optodi, posizionati sulla testa del partecipante. Quando i neuroni in una specifica regione cerebrale aumentano la loro attività, aumenta anche il consumo di ossigeno. Di conseguenza, ciò promuove un incremento del flusso sanguigno nella regione cerebrale attiva.Dato che il sangue ossigenato e quello deossigenato presentano diverse proprietà di assorbimento ottico, gli optodi posizionati all'esterno del cranio possono monitorare queste variazioni sottili. Tali variazioni sono correlate all'attività cerebrale sottostante e il percorso dei fotoni tra la coppia sorgente-rivelatore assume una forma a banana. Maggiore è la vicinanza tra sorgente e rivelatore, migliore sarà la risoluzione spaziale; maggiore è la distanza tra loro, maggiore sarà la profondità di penetrazione.Ciao, sono Yuli Coman del laboratorio di Neuroscienze Cognitive di Dr. Laura e Petito sulla Neuroimmagine Cerebrale degli Infermieri e del laboratorio di Gene sul bilinguismo linguistico e lo

exploring-cognitive-functions-babies-children-adults-with-near

Research

Ricerca

JoVE Journal

Biology

Biologia

MazeSuite è un set di strumenti completo per preparare, presentare e analizzare esperimenti di navigazione e spaziale. Funzionale spettroscopia nel vicino infrarosso (fNIR) è una tecnica di imaging ottico del cervello che permette il monitoraggio non invasivo e portatile di cambiamenti cerebrali ossigenazione del sangue. Questo documento riassume uso collettivo di MazeSuite e fNIR all'interno di un paradigma di apprendimento cognitivo di elaborazione.

Utilizzando MazeSuite e funzionale Near Infrared Spectroscopy per studiare l&#39;apprendimento in navigazione spaziale

Abbiamo combinato nel dominio della frequenza del vicino infrarosso misure di spettroscopia di ossigenazione dell'emoglobina cerebrale con misure di spettroscopia di correlazione di diffuse indice flusso ematico cerebrale per stimare un indice di metabolismo dell'ossigeno. Abbiamo testato l'utilità di questa misura come strumento di screening letto per valutare la salute e lo sviluppo del cervello neonato.

Non invasiva di misurazione ottica del metabolismo cerebrale ed emodinamica nei neonati

Fonte: Reindl, V., et al. Conduzione di esperimenti di iperscansione con spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso. J. Vis. Exp. (2019) Questo video dimostra l'uso della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) per misurare l'attività cerebrale durante le interazioni sociali. I partecipanti si impegnano in un compito coordinato che aumenta l'attività nella corteccia prefrontale, una regione critica per il comportamento sociale, mentre il sistema rileva i cambiamenti...

Spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso per la registrazione dell'attività cerebrale durante le interazioni sociali

Il monitoraggio dell'attività cerebrale durante i compiti motori in posizione eretta è di grande valore quando si indaga la fonte neurale dei disturbi del movimento. Qui, dimostriamo un protocollo che combina la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso con il monitoraggio continuo dell'attività muscolare e cinematica durante 4 tipi di compiti motori.

Vicino funzionale Infrared Spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e EMG monitoraggio durante compiti motori

Approcci di neuroimaging portatile (funzionale Near Infrared Spectroscopy) forniscono anticipi allo studio del cervello nelle regioni precedentemente inaccessibili; qui, rurale Costa d'Avorio. Innovazione nei metodi e lo sviluppo di protocolli di neuroimaging culturalmente appropriate consente un romanzo studio dello sviluppo del cervello e risultati di apprendimento dei bambini in ambienti con le avversità e povertà significativa.

Metodi di neuroimaging campo usando vicino spettroscopia infrarossa (NIRS) Neuroimaging funzionale per studiare lo sviluppo globale del bambino: zone rurali dell'Africa sub-sahariano

Il presente protocollo descrive come condurre esperimenti hyperscanning fNIRS e analizzare la sincronia di cervello al cervello. Ulteriormente, discutiamo le sfide e le possibili soluzioni.

Esperimenti di Hyperscanning con spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso

Questo protocollo è progettato per aiutare i medici a misurare l'ossigenazione dei tessuti regionali in diversi siti corporei nei neonati e nei bambini. Può essere utilizzato in situazioni in cui l'ossigenazione dei tessuti è potenzialmente compromessa, in particolare durante il bypass cardiopolmonare, quando si utilizzano dispositivi di assistenza cardiaca non pulsatile e in neonati, neonati e bambini gravemente malati.

Come somministrare la spettroscopia del vicino infrarosso in neonati, neonati e bambini gravemente malati

Viene delineato il protocollo per condurre esperimenti di iperscanning fNIRS su diadi di apprendimento collaborativo in un ambiente di apprendimento naturalistico. Inoltre, viene presentata una pipeline per analizzare la sincronia inter-cerebrale (IBS) dei segnali di emoglobina ossigenata (Oxy-Hb).

Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: uno studio fNIRS-Hyperscanning

Presentiamo un metodo per la raccolta simultanea di segnali fMRI e fNIRS dagli stessi soggetti con copertura fNIRS a testa intera. Il protocollo è stato testato con tre giovani adulti e può essere adattato per la raccolta di dati per studi sullo sviluppo e popolazioni cliniche.

Raccolta simultanea di dati di fMRI e fNIRS utilizzando un array di optodi a testa intera e canali a breve distanza

La coerenza della trasformata wavelet (WTC) è una metodologia comune per valutare l'accoppiamento tra i segnali utilizzata negli studi di iperscansione della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS). In questo lavoro viene presentata una serie di strumenti per valutare la direzionalità dell'interazione del segnale.

Nuovo quadro per la comprensione della coerenza cross-brain negli studi di iperscansione della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS)

Scopri la spettroscopia nel vicino infrarosso (fNIRS) per studiare le funzioni cognitive in neonati, bambini e adulti. Questa tecnica non invasiva misura l'attività cerebrale attraverso le risposte emodinamiche.

Esplorare le funzioni cognitive in neonati, bambini e adulti con Near Infrared Spectroscopy

Esplora altri video