機能性経頭蓋ドップラー超音波を使って子供の脳の側性化の評価（fTCD）

Summary

機能的な経頭蓋ドップラー超音波検査（fTCDは）認知機能、特に言語の左右差を評価するために使用できるシンプルかつ非侵襲的超音波法であり、そして子供との使用に適しています。

Abstract

脳の側性化に関する多くの疑問があります。特に、それはどの言語と非言語能力の側面は、脳の側性化の非定型的なパターンに関連付けられている欠点があるかどうか、片側にされている、と脳の側性化は年齢とともに発達するかどうか。不明のまま過去には、これらの質問に興味を持って研究者は脳の側性化のためのプロキシ対策として利き手を使う傾向にあったが、利き手だけの認知機能¹の側性の弱いと間接的な指標であるので、これは不十分である。このようなfMRIのような他の方法は、、大規模な研究のための高価な、と子供²常に可能ではありません。

ここでは、脳の側性化を評価するための費用対効果の高い、非侵襲的かつ信頼性の高い方法として機能的な経頭蓋ドップラー超音波（fTCD）の使用について説明します。手順は、ちょうど耳の前に配置された超音波プローブを介して中大脳動脈の血流を測定します。私たちの仕事は、1982年にTCD共導入ルーンAaslid、、とステファンクネヒト、左と右中大脳動脈の血流の同時測定の使用を開拓したミュンスターの大学のマイケルDEPPEとその同僚は、、で仕事に基づいていますとハートビートの活動のために補正する方法を考案した。これにより、左右差は、他の方法^3を使用^して得られたものとも合意して、言語の生成時に左サイドの血流が明らかに増加を見て行った。

中大脳動脈は非常に広い血管領域（図1を参照）を持ち、メソッドでは、半球内局在に関する有用な情報を提供しません。我々の経験は、それが明示的または暗黙的な音声生成を伴う作業に特に敏感であることを示唆している。 "ゴールドスタンダード"タスクは、単語の生成タスク^4（あなたがその文字'B'で始まることができるように例えば、多くの単語と考える）が、これは限られたリテラシーのスキルを持つ子供や他の人には向いていないです。他の脳のイメージング法と比較して、fTCDは話してからの動きの遺物から、比較的影響を受けず、そして私たちは声を出して^5,6説明写真に関連する作業から信頼性の高い結果を得ることができます。したがって、我々は物語を伝えるビデオクリップを見、そして次に見られたかを記述含む子供向けのタスクを開発しました。

Protocol

1。子供の言語の側性を評価するためfTCD使用

1. 可能であれば、我々は、ドップラーシステムにそれらを導入する前に別のセッションでビデオストーリーから文字を示す絵で子供を理解。
2. 我々は、わずか15〜10のような臨床試験で有用なデータを取得しているものの、理想的には20人以上：それは手順が信頼できる測定を得るために十分な試験が含まれていることが重要です。各試験では、言語の活性化に続くベースラインとして使用される弛緩の期間を、伴います。アクティベーションの期間中の血流速度は、ベースラインと比較されます。我々は、それは子供が受動的にベースラインとして12秒間のビデオクリップを監視しながらピリオドを使用することが可能であることを見出した。これは、退屈を防ぐことができます。ベースラインは、子どもが何が起こったかを記述するために要求される10秒の応答期間が続きます。これは、16秒、残りの期間が続きます。
3. 手続きのタイミングは7秒程かかります代謝要求に起因する血流速度の変化を、検出するために重要です。我々は、各試験のタイミングを制御するプレゼンテーションやMatlabで書かれたコンピュータ化されたタスクを、使用してください。批判的に、これらのプログラムはまた、活性化期間の開始を示すために、ドップラーデータファイル内のマーカーを記録するハードウェアにパルスを送る。これらは、ベースラインと活性化血流の周期を決定するためにデータ分析に使用されています。
4. 我々は、同時に左右両側から超音波の記録が可能なマルチDOPのシステムを使用してください。マルチDOPのシステムをセットアップし、参加者が到着する前に行って準備ができていることが最良です。プローブがオンに切り替える前に、マルチDOPシステムに接続されていることを確認します。一方が他方に見られているからマルチDOPのコンピュータとパルスに、パラレルポートを介して、刺激のコンピュータが接続されていることを確認してください。ハイパスフィルタは、両側を300 Hzに設定されていることを確認し、insonationの深さ（45〜55ミリメートル）と信号の電力を確認してください。システムは、唯一の安全レベルを使用することができるように、さまざまなパラメータに設定された制限を持っています。
5. 参加者コードは、条件、グループ、または一致する人口統計データのためのマルチDOPのデータファイルに記録されるべきである。
6. プローブを準備しながら、システムは、一時停止する必要があります。各超音波プローブは、プローブと皮膚との接触を提供するゲルで覆わ​​れている。可能な限り最善の接触を維持するためにゲルの寛大な量を使用してください。
7. 今では、セッションを開始する時間です。子が起動する前にトイレに行く必要があるかどうかを確認してください！私たちは、おもちゃの動物を使ってヘッドセットを示し、そして子供が起こると何を彼らがするように頼まれるために何が起こっているかについて理解していることを確認してください。それは、彼らは信号がベースラインに戻ることができるように、ライセンス認証の猶予期間の後静かに保つために必要性を理解することが特に重要です。完全なタスクは、20〜30分続く場合があり、総身体の動きの多くはドップラー信号と干渉することができるように子どもたちが快適に着席してください。
8. 手順で最も難しい部分はゲルで覆わ​​れたプローブのポジショニングです。新しいユーザーは、それはプロセスのこの部分でエキスパートになるために練習を要することに注意する必要があります。訓練で助けることができるルーンAaslidで便利なコンピュータシミュレーションがあります
   （ http://www.transcranial.com/ ）が、習得する最良の方法は、友人や同僚に練習することです。一度約10人を評価している、あなたはそれがはるか​​に容易に見つけることが開始されます。子どもたちとの作業についての一つの良いところは、それは彼らが薄い頭蓋骨を持っているので、大人よりも子どもからの信号を見つけることは通常容易であるということです。
9. 各プローブは、頭部の両側にある頭蓋骨の一時的なウィンドウに置かれます。これは頭​​の骨の最も薄いセクションで、信号が中大脳動脈から取得されることができる最高のエリアが用意されています。これらのウィンドウは、各耳のすぐ前方に見つけることができます。子どもたちを操作するとき、それは、2つの実験者、それぞれのプローブを調整するものを持っている場合、セットアップの時間を削減することができます。ほとんどの子供は、この手順の部分の間にDVDを見れるのは嬉しいですが、それは子供の行動を監視し、彼らが快適でリラックスしていることを確認することが重要です。苦痛の兆候がある場合この場合、または子のリクエストとセッションを終了する。
10. プローブの位置は、中大脳動脈をinsonateするために調整されます。十分な信号が検出されるまでに数分かかる場合があります。この信号は、特徴的なサウンドだけでなく、マルチDOPのコンピュータから監視する必要がある視覚的なパターンを持っています。
11. 特徴的な音は、参加者の心拍率の低いwhooshingノイズです。特徴的な視覚的なパターンは、心拍の速度で繰り返されるから指数関数的減衰の秋に続いて急激な上昇です。あなたは、に応じて、他の血管からのアクティビティを拾うことができる insonationとプローブの方向の深さ。約45〜50mmの深さは、通常、小児に適しています。強い信号が検出されると良好な信号を維持しながら、可能な限り消費電力を削減。利得も弱い信号を増幅するために増加することができます。
12. 各中大脳動脈のための信号が満足したら、マルチDOP信号の聴覚の出力を下げておく必要が、と手順を開始することができます。実験者は、彼らは静かにビデオクリップを見に行くされていることを子供に説明しています。ときに疑問符は、彼らがビデオで何が起こったかについてはそれほど彼らはできる限り実験者に指示する必要があるコンピュータ上で出てくる参照してください。彼らは少年の絵が"shhh"行くが表示されたら、彼らはすぐに話を停止し（図2を参照して。aviファイルの例）を起動するために次のビデオを待つ静かに座ってする必要があります。
13. マルチDOPのシステムの記録と一緒に;の記録装置は、その後、すなわち、聴覚応答のためのボイスレコーダーを開始され、コンピュータを制御する刺激提示。
14. 実験者の仕事は、する子とドップラー信号を監視するためにしています）子供は快適とタスクとb）適切な信号が維持されていることを保証するために出席していることを確認してください。ドップラー信号は、fMRIの信号よりも動きにはるかに敏感ですが、それはまだ総身体の動きによって、またはプローブを移動すると中断することができます。信号が大幅に中断になった場合は、ディスプレイコンピュータが一時停止し、プローブが適切にリセットする必要があります。時にはそれが再確立満足できる信号を得るために、より多くのゲルを適用する必要があるかもしれません。我々一実験者がタスクに子を保ち、彼らの言うことを記録し、及び他のモニタードップラー信号のための責任がある場合は子供のようなテストは、最高の作品見つける。
15. 実験手順が終了すると、マルチDOP記録が停止し、プローブは、削除することができます。それは余分なゲルを除去するために使用できるいくつかの組織があると便利です。
16. 生データファイルは、左と右のドップラー信号を比較するために処理されます。我々はDEPPE ⁷によって開発された手法に基づいて、当社独自のMATLABソフトウェアを開発しました。この処理が伴うダウンサンプリングデータを、心臓の拍による変動を補正する。左または右の活性化は、ベースライン血流速度の一般的に70から130パーセント、指定された範囲外にある場合、単一の試験は、分析から除外されます。これらの試験で活性化は、問題のあるプローブの接触によって影響を受ける可能性があります。図4は、信号が周期的に失われた場合を示しているのに対し、図3は、良好な信号のために信号をプローブするために相対的な活性化を示しています。
17. ベースラインの血流速度と比較して、右チャンネルの活性化は、差分活性化を（図5を参照）を計算するために左から減算されます。側性指数は、関心のあらかじめ定義された期間内の最大差の1秒のどちらかの側の違いの活性化の平均として計算されます。興味のこの期間は、マルチDOPデータファイルにディ​​スプレイコンピュータから送信されたマーカーによって示される"話"コマンド、開始後7から17秒です。違いの活性化は、左マイナス右チャネルであるため、正の側性化の指標には、左の側性化と負は右反映反映している。

2。代表的な結果

図1：大脳半球の外側面、脳動脈によって供給される地域を示すには、ピンクの中大脳動脈によって供給される地域です。 （から： http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png ）

図2：12秒のベースラインのビデオ、10秒応答の間隔、および16秒、残りの段階で実験的試験の概略図概略側性の計算の対象期間にも描かれている。

図3。単一の実験セッション中に130から150秒から左（青）と右（赤）ドップラーチャネルの生のドップラー速度（cm /秒）のクリーンなデータ記録は、各可視パルスは、1心拍動に対応しています。緑色で表示されて刺激開始を示すイベントマーカー。

図4。単一の実験セッション中に400から450秒から左（青）と右（赤）ドップラーチャネルの生のドップラー速度（cm /秒）の中断データ記録。緑色で表示されて刺激開始を示すイベントマーカー。ドロップアウトの重要な証拠は、両方のチャネルで表示されます。

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図5。左（青）と右（赤）チャンネル（パネル）と（パネルB）の差、右マイナス左ドップラー速度（cm /秒）は、参加者のグループのためにすべて受け入れ試験で平均。参加者は12時に、"トーク"に頭出しをされた秒と側性の計算の対象期間も緑色で描かれている。パネルBの違いは速度を囲む灰色のエラーバーは平均値の標準誤差を表す。

aviファイルの例："Freezefoot"ストーリーを語るためのビデオシーケンスは、次のURLからダウンロードできます。 http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm

Discussion

だけでなく、正常な発達を研究するとして、我々は、言語とリテラシー^8,9の発達障害を持つ成人と小児における言語の側性を研究するためにfTCD使用している。我々はvisuo -空間能力^10、11の左右差の評価のためにfTCD使用する方法の開発にも興味を持っています。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Compumedics	5610 EN	へのアップグレードとマルチDOP T	に取って代わられる
	。16thアベニュー、シアトル、ワシントン州98122