Misurazione della funzione cerebrale Neuromagnetic In bambini in età prescolare con dimensioni personalizzate MEG

Ciao, sono Steven Crane. Sono co-direttore del KIT Macquarie Brain Research Lab. Il laboratorio fa parte del Macquarie Center for Cognitive Science presso la Macquarie University di Sydney, in Australia.

Ciao, sono Illa Dessan e lavoro al Macquarie Center for Cognitive Science della Macquarie University. Ciao, sono Melanie Reed e lavoro al Macquarie Center for Cognitive Science. Alla Macquarie University, utilizziamo la magnetoencefalografia o MEG per studiare i meccanismi cerebrali alla base della rapida acquisizione del linguaggio nei bambini di età compresa tra i due e i sei anni.

Il MEG misura i campi magnetici prodotti dalla corteccia cerebrale. Utilizzando la MEG, possiamo osservare quali aree cerebrali sono attive durante l'elaborazione del linguaggio e come queste diverse aree interagiscono. Ci sono due sfide nel lavorare con i bambini piccoli utilizzando qualsiasi sistema di imaging cerebrale.

Innanzitutto, l'ambiente tipico del laboratorio non è a misura di bambino. In secondo luogo, per partecipare a uno studio MEG, i bambini devono essere istruiti a mantenere il movimento al minimo e sono tenuti a svolgere un compito per un lungo periodo di tempo. Quindi era importante per noi sviluppare un protocollo che ci permettesse di utilizzare MEG e allo stesso tempo fosse piacevole per i bambini.

Detto questo, i vantaggi del MEG superano di gran lunga le sfide. Il MEG è uno strumento prezioso per misurare la funzione cerebrale nei bambini grazie alla sua risoluzione temporale estremamente elevata e alla sua buona risoluzione spaziale e, poiché è completamente non invasivo, non rappresenta alcun rischio concepibile per il tessuto neurale dei bambini. A differenza della MEG, altre tecniche di neuroimaging hanno utilizzato forti campi magnetici e farmaci radioattivi che possono rappresentare un rischio per i bambini piccoli.

Una delle caratteristiche principali del nostro sistema MEG per bambini è che è stato progettato specificamente per essere utilizzato con i bambini piccoli. Il sistema di dimensioni personalizzate è stato sviluppato in collaborazione con il Kanawa Institute of Technology e la Yokogawa Electric Corporation. Nel seguente video, spiegheremo perché è stato necessario sviluppare un sistema MEG personalizzato per i bambini e ti mostreremo come prepariamo i bambini ad essere studiati nel sistema MEG.

Unisciti a noi per i prossimi minuti e ti mostreremo il laboratorio. Spiegheremo i passi che abbiamo intrapreso per far sì che i bambini si divertano a partecipare ai nostri studi. Un laboratorio ha due sistemi MEG alloggiati nella stessa stanza di forma magnetica.

Il sistema per adulti è composto da 160 sensori distribuiti uniformemente all'interno del casco MEG, che offrono una copertura dell'intera testa. Il sistema MEG per bambini ha un layout simile, ma ha 64 sensori che rendono il casco più piccolo e perfettamente adatto a bambini in età prescolare e neonati. La magnetoencefalografia o imaging è una tecnica di neuroimaging che misura direttamente l'attività neuronale.

Il MEG è in grado di rilevare e amplificare i deboli campi magnetici generati da migliaia di neuroni attivi nella corteccia cerebrale. Il rilevamento di questi deboli campi magnetici è facilmente ottenibile da speciali sensori noti come calamari o dispositivi di interferenza quantistica superconduttivi. La tecnologia superconduttiva è necessaria per far funzionare i sistemi MEG.

I sensori richiedono un raffreddamento con elio liquido a meno 270 gradi Celsius. La sequenza seguente mostra i sistemi che vengono riempiti con elio liquido, che deve essere fatto su base settimanale. L'elio liquido rappresenta la maggior parte dei costi operativi di un sistema MEG.

I campi magnetici del cervello sono estremamente piccoli rispetto ai campi magnetici prodotti da tutte le apparecchiature di un laboratorio moderno. Ciò significa che i sistemi MEG devono essere alloggiati in una stanza schermata magneticamente. La camera schermata del nostro laboratorio è composta da tre strati di perlo e uno strato di rame.

La stanza pesa circa 8,5 tonnellate e il pavimento del laboratorio ha dovuto essere particolarmente rinforzato per sostenerne il peso. Il costo della stanza schermata magneticamente rappresenta da un terzo alla metà del costo di capitale di un sistema MEG. La stanza ha una serie di porte sul lato in modo che gli stimoli visivi possano essere proiettati nella stanza e altri tipi di apparecchiature possono essere azionati attraverso cavi in fibra ottica.

Il MEG misura i campi magnetici prodotti dalle cellule attive del cervello. Una tecnica correlata, l'elettroencefalografia, misura la componente elettrica di questi campi. L'EEG è una tecnologia molto più semplice e meno costosa, ma non ha la capacità del meg di localizzare l'attività nel cervello.

Per gli studi con bambini più grandi e adulti, spesso registriamo sia EEG che MEG contemporaneamente. Tuttavia, questo di solito non è pratico con i bambini in età prescolare a causa del tempo di configurazione più lungo richiesto per l'EEG. Poiché MEG utilizza sensori immersi in elio liquido, i sensori si trovano in posizioni fisse all'interno di un elmetto isolante sigillato sottovuoto.

Il casco di un sistema MEG standard per adulti è progettato per ospitare circa il 95% delle teste degli adulti. Ciò significa che le teste più grandi e più piccole non si adattano bene al casco per adulti. Questo è un problema particolare per i bambini in età prescolare perché le loro teste hanno un raggio fino a due o tre centimetri più piccolo rispetto alle teste degli adulti.

Perché i segnali MEG diminuiscono molto rapidamente con la distanza. Ciò significa che molti dei sensi in un casco per adulti non saranno efficaci per misurare i segnali provenienti dal cervello dei bambini. Un altro problema è che i bambini hanno maggiori probabilità di muovere la testa nei caschi grandi durante le sessioni di misurazione.

Ciò provoca un degrado dei segnali MEG. Questa clip mostra i sensori MEG in un sistema per adulti. Per quanto riguarda la testa di un bambino, si può vedere che molti dei sensori sono abbastanza lontani dalla superficie della testa.

Questo è il motivo per cui è importante produrre un casco MEG che sia dimensionato su misura per adattarsi alle teste dei bambini in età prescolare. In questa clip, puoi vedere che i sensori del nostro sistema MEG per bambini sono tutti molto vicini alla superficie della testa. Prima di poter iniziare l'esperimento, è necessario completare diversi passaggi.

All'interno dell'MSR, controlliamo se il bambino ha qualcosa di materiale Ferris su di lui. Hai qualcosa in tasca? No. E sono arrivati secondi.

Dotiamo il bambino di un cappuccio che contiene cinque bobine di marcatura. Quindi digitalizziamo la forma della testa del bambino o facciamo un disegno delle loro teste, come lo chiamiamo noi. Quindi facciamo in modo che il bambino all'interno dell'MSR o dell'astronave sia pronto a giocare mentre stiamo preparando la cravatta.

All'interno dell'MSR, sullo schermo in alto viene riprodotto un film a loro scelta. Una volta che si sono sdraiati comodamente, chiudiamo la porta e inizia l'acquisizione. L'esperimento durerà in genere circa 20 minuti.

Invitiamo il bambino a fare un gioco all'interno dell'astronave mentre guarda un film in modalità mute. Nel nostro caso, i bambini ascoltano attentamente una serie di frasi e ripetono la parola formaggio non appena la sentono. L'odore di formaggio dallo zaino delle scimmie.

Ottimo lavoro. Il formaggio di carota, ottimo lavoro Stimoli acustici, come il parlato come consegnato alle orecchie del bambino attraverso il tubo di plastica che si vede sul petto del bambino. Utilizziamo auricolari in schiuma per bambini per inserire i tubi all'interno delle orecchie.

Durante l'acquisizione dei dati, il bambino viene monitorato continuamente attraverso video a circuito chiuso e gli sperimentatori possono comunicare con il bambino attraverso un microfono. Prima della misurazione del MEG, fissiamo cinque bobine di pennarello su una cuffia da nuoto, che viene poi posizionata sulla testa del bambino. Durante le misurazioni MEG, questi vengono utilizzati per misurare e monitorare la posizione e il movimento della testa durante l'acquisizione dei dati.

Il ricercatore e il genitore, se lo desiderano, rimangono sempre con il bambino nella stanza schermata. Questo per garantire che il bambino sia a suo agio e che il movimento sia ridotto al minimo. Al termine dell'esperimento, i bambini vengono premiati con un premio per aver eseguito correttamente il compito.

Allora, quale adesivo vorresti scegliere? È uno su qui, su là. Quelli di voi che hanno familiarità con i bambini in età prescolare sapranno che la loro prima scelta non sarebbe quella di stare fermi in una stanza magneticamente schermata.

Utilizziamo una serie di tecniche per rendere sia l'ambiente che il processo a misura di bambino. Il laboratorio è pieno di adesivi e peluche a misura di bambino. I test vengono eseguiti nell'arco di tre-cinque visite in laboratorio.

Il primo incontro viene solitamente utilizzato per introdurre il bambino ai ricercatori e all'ambiente MEG. Il bambino guarda un giocattolo, l'animale un orso o Kermit la rana. Passa attraverso tutti i passaggi che attraverseranno.

Introduciamo un tema per le sessioni di test. Il sistema MEG è un'astronave in attesa di portare i bambini in un'avventura spaziale. Abbiamo libretti di lavoro basati su questo tema che spiegano i passaggi che andremo a percorrere, e poi con il disegno a pastello intorno.

Proprio come disegniamo un'immagine della tua testa. È di vitale importanza che i bambini siano in grado di rimanere fermi sia durante la digitalizzazione che durante i test. Ok, ora dobbiamo congelare.

Puoi congelare in questo modo? Lo comunichiamo chiedendo ai bambini di mostrarci come si bloccano. Ottimo lavoro.

Abbastanza buono. Congelamento. L'importanza di poter congelare è rafforzata ad ogni visita in laboratorio. È anche importante assicurarsi che i bambini comprendano ogni fase dell'esperimento.

Spieghiamo i passaggi ai bambini usando un linguaggio che possono capire. Ad esempio, ci riferiamo al tappo contenente le bobine di marcatura come a un casco da astronauta. Ti senti già un astronauta?

E descriviamo la digitalizzazione come disegnare un'immagine della loro testa. Se un bambino appare timido o ansioso, useremo spesso dei pupazzi per illustrare di cosa tratta l'esperimento. Chiediamo anche ai bambini il loro aiuto in modo da dare loro una migliore comprensione di ciò che stiamo per fare.

I bambini di solito sono felici di aiutare un burattino a entrare nella stanza magneticamente schermata. Se il bambino continua a non voler entrare nella stanza magneticamente schermata, abbiamo semplicemente dei periodi di gioco fino a quando non si sente più a suo agio. Quando i tailies hanno familiarità con tutti i passaggi del nostro protocollo, introduciamo il compito sperimentale che deve essere eseguito all'interno dell'MSR.

Mm.So ti ricordi, qual è la parola magica che dovevi ripetere? Non l'ho sentito? Posso?

Puoi dirlo di nuovo? Yes.Cheese.So, per esempio, se dico qualcosa del tipo: l'altro giorno sono andato al parco e ho visto un pezzo di formaggio. Che lavoro fai?

Come puoi vedere, condurre studi di imaging cerebrale con i bambini richiede una tecnologia specializzata e richiede procedure oltre a quelle tipicamente utilizzate negli studi con gli adulti. Innanzitutto, abbiamo sviluppato un casco MEG di dimensioni personalizzate, progettato per adattarsi alla testa dei bambini e per limitare il movimento della testa. In secondo luogo, abbiamo reso il laboratorio a misura di bambino utilizzando opere d'arte murali e peluche.

Adottiamo metodi che sono stati adattati alle esigenze e alla motivazione dei bambini piccoli. Il nostro laboratorio è progettato per misurare la funzione cognitiva del cervello in bambini sani e svegli. Pertanto, i requisiti sono in qualche modo diversi da quelli che possono essere altrimenti incontrati nel neuroimaging pediatrico.

L'avvento dei sistemi MEG per bambini è un importante progresso per le neuroscienze cognitive. Ci permetterà di ottenere misurazioni della funzione cerebrale in una fascia d'età in cui si sta verificando una strutturazione affascinante e drammatica della funzione cerebrale. Attualmente, sappiamo molto poco su questi processi di sviluppo.

Speriamo di colmare questa lacuna studiando la funzione cerebrale dei bambini utilizzando il MEG.