Name: Metodi di neuroimaging campo usando vicino spettroscopia infrarossa (NIRS) Neuroimaging funzionale per studiare lo sviluppo globale del bambino: zone rurali dellAfrica sub-sahariano (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-02-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 10 s
Description: Scopri la neuroimmagine di campo con fNIRS per studiare lo sviluppo cerebrale infantile in contesti rurali a bassa risorsa. Questo metodo portatile e non invasivo permette di analizzare le reti cognitive nei bambini.

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Questa ricerca è stato reso possibile attraverso la Jacobs Foundation Fellowship di carriera precoce a K. Jasinska (Fellowship numero: 2015 118455). Gli autori desiderano anche riconoscere Axel Blahoua, Fabrice Tanoh, Ariane Amon, Brice Kanga e Yvette Foto per la loro assistenza nella raccolta dei dati e supporto sul campo. Si ringrazia le famiglie e i bambini di Moapé, Ananguié, Affery e Becouefin per la loro partecipazione a questo programma di ricerca e la calda ospitalità dei villaggi.

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<li>Jasińska, K. K., Petitto, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+neural+systems+for+reading+in+the+monolingual+and+bilingual+brain%3A+new+insights+from+functional+near+infrared+spectroscopy+neuroimaging%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Neuropsychol%22%5BJournal%5D)">Development of neural systems for reading in the monolingual and bilingual brain: new insights from functional near infrared spectroscopy neuroimaging.</a> Dev Neuropsychol. 39 (6), 421-439 (2014).</li>
<li>Petitto, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+%22Perceptual+Wedge+Hypothesis%22+as+the+basis+for+bilingual+babies%27+phonetic+processing+advantage%3A+new+insights+from+fNIRS+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Lang%22%5BJournal%5D)">The "Perceptual Wedge Hypothesis" as the basis for bilingual babies' phonetic processing advantage: new insights from fNIRS brain imaging.</a> Brain Lang. 121 (2), 130-143 (2012).</li>
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<li>Tak, S., Ye, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+analysis+of+fNIRS+data%3A+A+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Statistical analysis of fNIRS data: A comprehensive review.</a> Neuroimage. 85, Part 1 (0), 72-91 (2014).</li>
<li>Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIRS-SPM%3A+statistical+parametric+mapping+for+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">NIRS-SPM: statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 44 (2), 428-447 (2009).</li>
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<li>Huppert, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Commentary+on+the+statistical+properties+of+noise+and+its+implication+on+general+linear+models+in+functional+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophotonics%22%5BJournal%5D)">Commentary on the statistical properties of noise and its implication on general linear models in functional near-infrared spectroscopy.</a> Neurophotonics. 3 (1), 010401(2016).</li>
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</ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Questa carta ha presentato un protocollo di neuroimaging di campo adatto a contesti di risorse limitate in località remote. L'anticipo chiave di questo protocollo di neuroimaging del campo è la capacità di prima volta di studiare la funzione del cervello e suo sviluppo nel sostituto (o mai-prima studiato) contesti. Punti critici in questo protocollo sono in viaggio con e allestire il laboratorio mobile adatto per la raccolta di dati di qualità in climi tropicali senza elettricità o strutture disponibili. Questo protocoll...

Formazione immagine portatile fNIRS offre la possibilità di studiare la funzione del cervello e sviluppo di fuori del laboratorio, in impostazioni precedentemente inaccessibili o con popolazioni Zito. Gran parte della conoscenza nel settore delle neuroscienze cognitive proviene da studi condotti nelle regolazioni del laboratorio Università o ospedale, nei paesi occidentali principalmente di imaging. Per impostazione predefinita, questo contribuisce ad un raramente parlato di problema nella ricerca: Gran parte di ciò che è noto circa il cervello si basa su studi con i partecipanti per i quali le impostazioni di laboratorio in (quasi) i paesi occidentali sono accessibili. Vale a dire, la maggior parte ricerca di neuroimaging coinvolge partecipanti che vivono nella prossimità ragionevole a un laboratorio di neuroimmagini e hanno sia il tempo e le risorse necessarie per partecipare ad uno studio. Come disciplina, neuroscienze cognitive mira a comprendere il cervello e i fattori che determinano il suo sviluppo — tra cui gli effetti potenti di ambiente di un bambino e loro presto-vita esperienze1,2,3. Metodi che migliorano la capacità del campo nello studio dello sviluppo in una gamma più completa di esperienza umana possono drammaticamente avanzare la comprensione della complessa relazione tra lo sviluppo del cervello e le esperienze di vita che forma.
Questa carta presenta un protocollo per campo neuroimaging, che è stato sviluppato per uso rurale Africa sub-sahariana, in particolare del Sud Costa d'Avorio. Lo scopo di questo programma di ricerca di neuroimaging campo era per comprendere lo sviluppo di lettura dei bambini in un ambiente con un alto rischio di analfabetismo. Tasso di alfabetizzazione giovanile (15-24 anni) della Costa d'Avorio è 53%, nonostante 93% scuola primaria iscrizione Tariffe4. Costa d'Avorio è la principale fonte mondiale di cacao, e ci sono un stimato 1,3 milioni di bambini lavoratori nel settore agricolo cacao5. Tuttavia, piccolo è conosciuto circa l'impatto del lavoro minorile su sviluppo del cervello e apprendimento, in particolare imparando a leggere. Applicando gli strumenti più recenti delle neuroscienze cognitive, cioè, metodi di neuroimaging portatile, può produrre preziose intuizioni risultati di apprendimento dei bambini. Ad esempio, neuroimaging di campo con fNIRS può consentire l'identificazione di neurodevelopmental periodi durante i quali mirati programmi educativi o interventi possono avere un massimo impatto sugli esiti di apprendimento dei bambini.
fNIRS neuroimaging è ben adatto per ricerche sul campo. Simile a risonanza magnetica funzionale (fMRI), fNIRS misure risposta emodinamica6 del cervello. Tuttavia, fNIRS utilizza una serie di luce che emettono optodi e rilevatori di luce piuttosto che generano campi elettromagnetici. Non ci sono restrizioni su metallo in o vicino all'area di test, e nessuna schermatura elettrica è necessaria, come nel caso per elettroencefalografia (EEG). Un vantaggio chiave dei fNIRS è la sua portabilità (vale a dire, alcuni sistemi possono adattarsi in una valigia) e la facilità d'uso. fNIRS è anche facile da usare con i bambini; il bambino è comodamente seduto in una sedia durante l'esperimento e il sistema fNIRS tollera bene rispetto alla fMRI di movimento. Confrontato con fMRI, fNIRS fornisce anche misure separate di deossigenata (HbR) ed emoglobina ossigenata (HbO) durante la registrazione, rispetto alla fMRI che produce una misura di livello di densità (grassetto) di ossigeno sangue combinato. fNIRS ha una risoluzione temporale superiore RMF: frequenze di campionamento possono variare tra ~ 7-15 Hz. fNIRS ha buona risoluzione spaziale: profondità dei fNIRS di registrazione nella corteccia umana è minore di fMRI, misura circa 3-4 cm di profondità, che ben si adatta per lo studio funzioni corticali, soprattutto con gli infanti ed i bambini che hanno più sottile teschi di adulti3,7,8,9,10.
Questo protocollo di neuroimaging campo delinea considerazioni per viaggio con e allestire il laboratorio portatile neuroimaging in contesti di risorse limitate. Il protocollo, inoltre, evidenzia la natura essenziale di collaborazioni significative, a lungo termine con partner locali scienza e modi con cui questo approccio serve a costruire capacità scientifiche locali. Il protocollo di neuroimaging per la raccolta e l'analisi dei dati di cervello fNIRS da una batteria di lingua, lettura e compiti cognitivi, è dimostrato comprese le raccomandazioni per la creazione di procedure di consenso informato culturalmente appropriato per l'imaging di ricerca. Mentre questo protocollo è progettato per la ricerca di sviluppo cognitivo con bambini della scuola primaria di età compresa tra in rurale Costa d'Avorio, il protocollo è molto rilevante per lo studio di neuroimaging qualsiasi campo in ambienti impegnativi, risorse limitate e può essere adattato per il romanzo contesti.

<table><tbody><tr><td>Pacchetto unità principale LIGHTNIRS 120V</td><td>Shimadzu</td><td>292-34000-42</td><td>Componente del sistema fNIRS</td></tr><tr><td>SUPPORTO ASSY, ALL- CAP</td><td>Shimadzu</td><td>594-07618-01</td><td>Componente del sistema fNIRS</td></tr><tr><td>Cavo di collegamento LIGHTNIRS</td><td>Shimadzu</td><td>567-10976-11</td><td>Componente del sistema fNIRS</td></tr><tr><td>Set di fibre per LIGHTNIRS, 1m (8 set)</td>Sistema fNIRS <td>Shimadzu</td><td>567-11350-01</td><td> componente</td></tr><tr><td>Dell Latitude Laptop</td><td>Shimadzu (da Dell)</td><td>220-97322-00</td><td>Computer master per l'esecuzione di applicazioni fNIRS</td></tr><tr><td>PATRIOT SEU (System Electronics Unit)</td><td>POLHEMUS</td><td>1A0453-001</td><td>PATRIOT Componente di sistema</td></tr><tr><td>Alimentatore</td><td>POLHEMUS</td><td>2C0809</td><td>PATRIOT Componente</td></tr><tr><td>di sistema Cavo di alimentazione</td><td>POLHEMUS</td><td>17500B-BLK</td><td>PATRIOT Componente di sistema</td></tr><tr><td>Cavo null modem RS-232</td><td>POLHEMUS</td><td>1C0288</td><td>Componente del sistema PATRIOT</td></tr><tr><td>Cavo USB</td><td>POLHEMUS</td><td>1C0289</td><td>Componente del sistema PATRIOT</td></tr><tr><td>Sensore RX2 Cavo 10'</td><td>POLHEMUS</td><td>4A0492-20</td><td>Componente del sistema PATRIOT</td></tr><tr><td>TX2 Cavo sorgente 10'</td><td>POLHEMUS</td><td>4A0506-20</td><td>Componente del sistema PATRIOT</td></tr></tbody></table>

metodi di neuroimaging campo usando vicino spettroscopia infrarossa (nirs) neuroimaging funzionale per studiare lo sviluppo globale del bambino: zone rurali dell'africa sub-sahariano

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Approcci di neuroimaging portatile forniscono nuovi progressi per lo studio della funzione del cervello e lo sviluppo del cervello con popolazioni precedentemente inaccessibili e in località remote. Questa carta Mostra lo sviluppo dell'imaging funzionale di Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) campo allo studio del bambino lo sviluppo cognitivo, la lettura e la lingua in un villaggio rurale della Costa d'Avorio. Innovazione nei metodi e lo sviluppo di protocolli di neuroimaging culturalmente appropriato consentire un'occhiata prima volta nello sviluppo del cervello e risultati di apprendimento dei bambini in ambienti studiati. Questa carta dimostra protocolli per il trasporto e allestire il laboratorio mobile, vengono illustrate considerazioni per campo contro laboratorio neuroimaging, e presenta una guida per lo sviluppo di neuroimaging consenso procedure ed edificio significativo a lungo termine collaborazioni con partner locali di governo e della scienza. Metodi di neuroimaging portatile utilizzabile per studiare i contesti di sviluppo complesso figlio, compreso l'impatto della povertà significativa e avversità sullo sviluppo del cervello. Il protocollo qui presentato è stato sviluppato per uso in Costa d'Avorio, fonte primaria del mondo del cacao, e dove i rapporti del bambino manodopera nel settore del cacao sono comuni. Tuttavia, piccolo è conosciuto circa l'impatto del lavoro minorile su sviluppo del cervello e l'apprendimento. Metodi di neuroimaging del campo hanno il potenziale per produrre nuove intuizioni tali questioni urgenti e lo sviluppo dei bambini a livello globale.

Dati di posizione sonda ottenuti dal digitalizzatore 3D (Figura 2) possono essere visualizzati su un modello di cervello standard. Registrare canali fNIRS allo spazio MNI usando registrazione autonoma funzione25 di NIRS-SPM. La funzione di registrazione spaziale genera MNI coordinate, etichette anatomiche e le aree di Brodmann al massimo rappresentate da ogni canale.
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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

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

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.

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