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

L'obiettivo generale di questo protocollo di neuro imaging sul campo è quello di studiare lo sviluppo cerebrale dei bambini e i risultati cognitivi e di apprendimento, utilizzando la spettroscopia funzionale portatile nel vicino infrarosso, nota come FNIRS, in contesti remoti poco studiati e con scarse risorse, come le comunità rurali povere dell'Africa subsahariana. Questo metodo può aiutarci a rispondere a domande chiave sullo sviluppo del cervello in ambienti ad alto rischio. Ad esempio, come si sviluppa la rete cerebrale per la lettura nelle comunità ad alto rischio di analfabetismo.

Questo metodo affronta anche importanti questioni teoriche nello sviluppo globale del bambino, riguardo a come sia lo sviluppo biologico che le esperienze diverse, e spesso negative, influiscono sul cervello. E può rivelare nuove informazioni sullo sviluppo e sui periodi sensibili. Per iniziare, investire nella formazione di collaborazioni e fornire opportunità, nell'ambito della ricerca, ai ricercatori locali.

Stabilire partnership con istituzioni scientifiche locali ai fini dell'inclusività, poiché il riconoscimento da parte dei colleghi a livello locale è importante per comunicare i risultati della ricerca nella regione. Prepararsi a condizioni climatiche piovose, sul campo, poiché le condizioni di temperatura e umidità possono variare in modo significativo rispetto alle impostazioni di laboratorio, il che può influire sul funzionamento e sulla longevità dell'apparecchiatura e sul comfort dei partecipanti. A dimostrare la procedura saranno Lais Freitas, uno studioso in visita nel mio laboratorio, dell'Università Federale di San Pallo, e Violet Kozloff, la nostra responsabile di laboratorio.

Iniziare sottoponendosi a una procedura di consenso, in una lingua locale o preferita del partecipante, che sia culturalmente appropriata e garantisca che i partecipanti, le loro famiglie e le comunità siano informati sulla ricerca e sulla loro decisione di partecipare allo studio. Quindi, accompagna i partecipanti alla sala prove e falli sedere su una sedia. Spiegare al partecipante che verrà effettuata una misurazione della testa.

Utilizzando un metro a nastro standard, misurare le distanze tra il nasion e l'inion intorno alla testa, il nasion e l'inion sopra la parte superiore della testa, attraverso la linea mediana centrale, o CC, e la distanza tra il trago dell'orecchio sinistro e destro, sopra la parte superiore della testa, attraverso CC.Quindi, posizionare il cappuccio del supporto dell'optodo fNIRS sulla testa dei partecipanti, allineando la calotta al sistema International 10-20, per le posizioni del cuoio capelluto. Fissare il cappuccio con la cinghia. Una volta posizionato il tappo, chiedi al partecipante di stare fermo, mentre viene presa una misurazione del digitalizzatore 3D delle posizioni chiave del cuoio capelluto del sistema 10-20 e di ciascun segnaposto optodo.

Quindi, sistemare l'attrezzatura del digitalizzatore 3D, posizionando un sensore sulla testa del partecipante, a CC, e fissato in modo sicuro, e posizionando il secondo sensore sul tavolo direttamente dietro la testa del partecipante. Spostare lo stilista del digitalizzatore 3D in ciascuna posizione della sonda e nelle posizioni chiave del sistema 10-20. Dopo aver raccolto i dati del digitalizzatore 3D, indirizzare il partecipante a sedersi comodamente, davanti al computer di presentazione dello stimolo.

Utilizzando il software integrato fNIRS, selezionare la disposizione della sonda che corrisponde al progetto dell'esperimento. Assicurati che sia posizionato in modo da sovrapporre al massimo le aree linguistiche dell'emisfero sinistro e i loro omologhi dell'emisfero destro, nonché il lobo frontale. Assicurarsi che sia le sonde dell'emettitore che quelle del rivelatore siano numerate in base alla mappa di disposizione della sonda.

Utilizzando la mappa degli optodi e il software integrato fNIRS come guida, posizionare ogni optodo nella rispettiva apertura. Spostare i capelli per garantire il contatto tra la punta dell'optodo e il cuoio capelluto. Infine, dopo che tutti gli optodi sono in posizione, controllare la qualità del segnale, utilizzando il software integrato nel sistema fNIRS.

Regolare le singole sonde, se necessario, fino a raggiungere una qualità del segnale sufficiente. Inizia posizionando le cuffie con cancellazione del rumore sulla testa del partecipante, facendo attenzione a non interferire con il posizionamento della sonda fNIRS. Assicurati che le cuffie forniscano stimoli vocali uditivi, se applicabili al partecipante, e blocchino qualsiasi rumore ambientale.

Chiedi al partecipante di fissarsi sulla croce, al centro dello schermo. Chiedi loro di rimanere fermi durante l'esperimento, mentre vengono visualizzati i compiti dell'esperimento. Abbassa le luci e inizia a registrare il partecipante sulla videocamera integrata.

Iniziare la registrazione dei dati fNIRS, sul computer di comando fNIRS, e iniziare le attività sul computer di presentazione dello stimolo. Monitora le prestazioni dei partecipanti, in tutte le attività, e fornisci pause tra le attività e le esecuzioni. Assicurarsi che l'attivazione, dal computer di presentazione degli stimoli sperimentali, sia ricevuta dal computer di comando fNIRS.

Infine, al termine di tutte le attività, interrompi la raccolta di dati video e fNIRS. Al termine dell'esperimento, rimuovere ciascun optodo dal cappuccio del supporto dell'optodo. Senza interrompere la posizione del cappuccio del supporto dell'optodo sulla testa del partecipante, indirizzare il partecipante a sedersi in una posizione, per ottenere una seconda misurazione del digitalizzatore 3D.

Ripetere la misurazione del digitalizzatore 3D, per assicurarsi che eventuali interruzioni delle posizioni della sonda del cuoio capelluto durante l'esperimento possano essere rilevate, confrontando i due file di posizione. Infine, al termine della misurazione ripetuta, rimuovere il cappuccio del supporto dell'optodo dalla testa del partecipante. I dati di posizione 3D e i dati di progettazione sperimentale sono stati combinati con i dati delle serie temporali fNIRS, per l'analisi al fine di mappare i modelli di attivazione neurale significativi correlati all'esperimento su un modello cerebrale standard.

Questo soggetto ha mostrato una maggiore attivazione nel giro temporale superiore dell'emisfero sinistro, durante le prove di rima rispetto al riposo. Inoltre, viene mostrata una maggiore attivazione per le prove di rima dei versi non in rima, nell'emisfero sinistro. Ad esempio, il Soggetto 1 ha mostrato una maggiore attivazione nel giro frontale inferiore sinistro e il Soggetto 2 ha mostrato una maggiore attivazione nel giro temporale superiore sinistro.

Seguendo questa procedura, possono essere eseguiti altri metodi come la valutazione delle abilità cognitive e verbali per rispondere a ulteriori domande sull'associazione tra attività cerebrale e abilità dei bambini. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di importanti considerazioni nel neuroimaging sul campo, come le partnership locali con comunità e ricercatori, nonché una comprensione tecnica di come posizionare il tappo fNIRS, posizionare gli optodi e raccogliere dati con questo sistema. Non dimenticare che lavorare in luoghi remoti può essere pericoloso, con rischi di malattie, criminalità e instabilità politica.

E precauzioni come farmaci, vaccinazioni e consigli di viaggio di monitoraggio dovrebbero essere sempre prese durante l'esecuzione di questa procedura.