Analisi qualitative e comparative dei dati di attività corticale da un esperimento funzionale di spettroscopia del vicino infrarosso che applica la progettazione di blocchi

Descriviamo l'analisi dell'esperimento di spettroscopia funzionale al vicino infrarosso ad onda continua utilizzando un progetto a blocchi con un compito sensorimotorio. Per aumentare l'affidabilità dell'analisi dei dati, abbiamo utilizzato la mappatura parametrica statistica lineare qualitativa basata su modelli lineari e i modelli misti gerarchici comparativi per più canali.

L'interpretazione dei dati F-N-I-R-S, o fNIRS, può essere difficile per gli utenti inesperti poiché i dati di solito non possono essere quantificati. Il nostro protocollo che utilizza due metodi complementari fornisce una migliore comprensione di questi dati. Il vantaggio principale di questa tecnica è l'aumento e l'affidabilità dell'analisi dei dati utilizzando due mappature parametriche statistiche qualitative basate su GLM e modelli misti gerarchici comparativi per multicanali.

Prima di eseguire un esperimento fNIRS, posizionare il dispositivo fNIRS in un'area buia e priva di rumore e posizionare un cappuccio di registrazione fNIRS per l'intera testa sulla testa del soggetto, in modo tale che la posizione corrispondente al centro del sistema internazionale 10-20 si trovi al supporto numero 245 del cappuccio per la testa. Attacca l'adesivo di marcatura ai punti di posizione di riferimento e scatta foto della testa del soggetto con le posizioni della sonda, inclusi i punti di riferimento da 15 prospettive. Disporre il sistema a 48 canali con 32 optodi su un cappuccio di testa bilateralmente sulle aree frontale e parietale come regioni di interesse e utilizzare il software di digitalizzazione 3D per determinare la registrazione spaziale.

Dopo aver scansionato i dati dell'immagine per l'intera testa, determinare le coordinate spaziali del soggetto mediante misurazione automatica e salvare i dati come file Origin e Others. Per eseguire un'analisi fNIRS, chiedi al soggetto di mettersi in una posizione comoda e istruiscilo a chiudere gli occhi. Quindi informa il soggetto dei segnali di inizio e fine e chiedi al soggetto di eseguire l'attività di progettazione del blocco mantenendo la stessa postura eretta per ogni attività.

Per utilizzare il software NIRS-SPM per eseguire un'analisi qualitativa del modello lineare generale, avviare il programma NIRS-SPM nel software MATLAB e selezionare l'opzione del sistema NIRS dal menu a comparsa. Selezionare il pulsante Carica. Per rilevare la registrazione spaziale della posizione del canale NIRS, selezionare le caselle di controllo standalone e Con digitalizzatore 3D.

Nello spazio Da coordinate reali a MNI, utilizzare la finestra di dialogo per selezionare il punto di riferimento delle coordinate e i file delle sonde/canali delle coordinate. Fare clic su Registrazione e selezionare i punti per procedere alla stima spaziale. Fare clic su OK e proiettare le coordinate MNI su Renderizzare il cervello.

Selezionare Vista dorsale e fare clic su Salva. Nella sezione Specifica il 1° livello, selezionare il nome del file di dati NIRS e la directory SPM. Selezionare la casella di controllo emoglobina e selezionare Specifica progetto e sec.

Selezionare il vettore di insorgenza e le durate e inserire un vettore di insorgenza moltiplicato per la durata delle condizioni sperimentali come indicato. Per il detrending, selezionare Wavelet-MDL. Utilizzare il metodo di precolorazione, il filtro passa-basso e selezionare hrf.

Correggi per la correlazione seriale, seleziona nessuna. Per stimare le correlazioni temporali, selezionare Analisi individuale per analizzare un singolo individuo. Per stimare le correlazioni temporali per un gruppo di soggetti, controllare l'analisi di gruppo, quindi calcolare la mappa di attivazione in base alle variazioni del livello di emoglobina per il cervello standardizzato.

Per eseguire un'analisi comparativa multicanale basata su un modello misto gerarchico, aprire un apposito software di analisi statistica e convertire il documento di testo delle variazioni di concentrazione di emoglobina ossigenata e deossigenata nel file di dati più vicino elaborato con il filtro passa-basso nel file dei valori separati da virgola del software per fogli di calcolo. Utilizzare i comandi per creare un'importazione dei dati pre e post intervento per ciascun soggetto ed eseguire il comando dati pre e post intervento per ciascun canale come indicato. Sulla base dei dati ottenuti dai risultati dell'output, inserisci le differenze pre e post intervento nei valori di modifica, riposo e on-task di ciascun canale nel foglio di calcolo.

Quindi inserisci i gradi di libertà del numeratore e del denominatore e i valori F e P dell'elemento di interazione del test di tipo tre a effetto fisso nel foglio di calcolo. In questa analisi di gruppo rappresentativa di 10 pazienti con ictus, è stato osservato un aumento dell'attività corticale della corteccia motoria primaria nell'emisfero misurato immediatamente dopo la riabilitazione assistita da robot rispetto a quella osservata prima dell'allenamento. In questa analisi di gruppo multicanale che confronta pre e post intervento, è stato osservato un aumento dell'attività corticale nella corteccia motoria primaria dopo l'intervento, la stessa regione cerebrale osservata nel NIRS-SPM.

I nostri metodi possono essere utilizzati per condurre analisi pre e post intervento per una varietà di disturbi neurologici, come disturbi del movimento, malattie cerebrovascolari e disturbi neuropsichiatrici. Invece dei movimenti del gomito, i ricercatori possono anche applicare altre attività di progettazione dei blocchi, come i movimenti delle gambe. Inoltre, il nostro protocollo è utile per rivelare gli effetti del trattamento in vari contesti.