スポーツによる軽度の外傷性脳損傷を持つ選手を評価できるポータブルで低コストの尺度として、オリジナルのデュアルタスクスクリーン(DTS)を開発しました。我々は、将来の臨床使用のために元のDTSを改訂し、単一および二重タスクのパフォーマンスの神経基盤を測定するために、DTSのニューロイメージング互換バージョンを開発しました。
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方法論記事
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スポーツによる軽度の外傷性脳損傷を持つ選手を評価できるポータブルで低コストの尺度として、オリジナルのデュアルタスクスクリーン(DTS)を開発しました。我々は、将来の臨床使用のために元のDTSを改訂し、単一および二重タスクのパフォーマンスの神経基盤を測定するために、DTSのニューロイメージング互換バージョンを開発しました。
デュアルタスクパラダイムは同時に運動能力と認知能力を評価し、最近の軽度の外傷性脳損傷(mTBI)を持つ選手の微妙な残留障害を検出することができます。しかし、過去の二重タスクパラダイムは、下肢のスキルだけに焦点を当てており、面倒で高価な実験室機器に依存しており、日常的なmTBI評価の実用性を制限しています。その後、管理とスコア付けに<10分かかるデュアルタスクスクリーン(DTS)を開発し、低コストのポータブル機器を使用し、下肢(LE)と上肢(UE)サブタスクを含みます。この原稿の目的は二つあった。最初に、元の DTS の制限に対応するために改訂された、改訂された DTS の管理プロトコルについて説明します。具体的には、この改訂には、より詳細な歩行データを取得するためのスマートデバイスの追加と、二重タスク条件下での認知能力の中断をテストするための単一の認知条件の包含が含まれていました。重要なことに、改訂DTSは将来の臨床使用を目的とした尺度であり、3人の男性アスリートの代表的な結果を提示し、この指標から取得できる臨床データの種類を説明します。重要なことは、次の研究イニシアチブであるmTBIを用いたアスリートの改訂DTSの感度と特異性をまだ評価していない。この原稿の第二の目的は、DTSのニューロイメージング互換バージョンを記述することです。このバージョンを開発し、mTBIに関連する行動障害の経験的理解を深めるため、単一タスクとデュアルタスクのパフォーマンスの神経基盤を評価することができました。本稿では、DTS中の同時機能近赤外分光(fNIRS)測定を可能にするステップと、fNIRSデータの第1レベル処理の取得と完了の方法についても説明します。
毎年、世界中で4,200万人が軽度の外傷性脳損傷(mTI)1を維持しています。かつては良性と考えられていたが、新しい研究は、mTIS、特に繰り返しmTIsが、身体的、認知的、および睡眠障害2、3、4などの永続的な否定的な結果を引き起こす可能性があることを示している。その後、研究者や臨床医は、mTBIを理解し、対処するための強化された評価と治療方法を求めています。
現在までに、mTBI評価のベストプラクティスには、自己報告された症状と神経認知機能および運動機能5の客観的測定が含まれる。しかし、競技大学レベルのアスリートのような一部の個人は、症状報告の有用性を制限するmTBI関連の症状6を過少報告することが知られている。客観的な神経認知および運動機能の尺度はまた、テスト再テストの信頼性の低下、ベースラインテストへの依存、または高性能アスリート7、8、9のための不十分な難易度を含む限界を有する。しかし、運動能力と認知能力を同時に評価する二重タスクパラダイムは、微妙な残留障害を検出することができ、特に高性能アスリート10、11、12、13、14を評価するのに役立つ可能性があります。
二重タスクパラダイムを用いた過去の研究では、モーションキャプチャシステム14などの煩雑で高価な実験装置を組み込み、高性能なアスリートを評価することが多かった。これらのシステムは微妙な運動障害を正確に測定できますが、高い設備コスト、限られた携帯性、および長い管理時間(すなわち、個人1人あたり45分 ≥)のために日常的なmTBI評価に使用することは現実的ではありません。また、過去の多くの二重タスクパラダイム研究は、バランスや歩行11、12、13、14などの下半身または下肢のスキルのみに焦点を当てた。間違いなく、上肢機能と手と目の協調は、多くのスポーツで高性能なアスリートにとっても重要です。このように、ポータブルで低コストの計測器を使用して<10分で管理および採点するように設計された簡単な尺度であるデュアルタスクスクリーン(DTS)を開発しました。この当初のDTSには、下肢(LE)および上肢(UE)サブタスクが含まれており、単一モータおよび二重タスク条件15の下で歩行速度(ストップウォッチを使用)および手と目の協調を評価した。
最初の実現可能性調査では、32人の健康な女性の思春期の参加者が元のDTSを完了しました。この研究は、DTSが二重タスクと単一のモータ条件の間にモーター性能を低下させることによって示されるように、二重タスクモータコストを引き出すことができることを確立するために設計されました。また、DTSを10分以内に管理し、得点できることを確認しようとしました。参加者全員が少なくとも1つのサブタスクで二重タスクモーターの性能が低下していることがわかりました。さらに、平均5.63分でDTSを管理し、2-3分15分でテストを採点することができました。
最初の実現可能性調査は成功したが、いくつかの制限が明らかになった。最も顕著なのは、歩行速度を、自然な人為的ミスを起こしやすいストップウォッチで測定したことです。したがって、改訂されたDTSでは、各足首に加速度計(材料表)を内蔵したスマートデバイスを使用しました。この追加は、歩行速度、ステップの合計数、平均ステップ長、平均ステップ時間、およびステップ期間の変動性の洗練された尺度を提供しながら、ポータブル、低コストの機器の使用を維持しました。元のDTSのもう一つの制限は、単一の認知状態の欠如でした, 二重タスク認知コストの評価を妨げました.二重タスク認知コストは、二重タスク対単一の認知状態の間に認知能力が悪いと定義されています。その後、LE と UE の両方のサブタスクに対して、単一の認知状態を追加しました (プロトコルで説明)。
将来の臨床使用のための尺度を開発することに加えて、チームの長期的な目標の1つは、健康なアスリートにおける単一および二重タスクのパフォーマンスの神経基盤を評価し、それらの知見をスポーツ誘発mTBIを持つ選手と対比することです。このように、我々は、DTSのニューロイメージング互換バージョンを作成しました。同時機能近赤外分光法(fNIRS)測定でDTSを正常に改変できるかどうかを判断し、モーションアーチファクトの影響を低減することで総運動の動きを収容するように特別に設計されたモバイルfNIRSデバイスを使用しています。さらに、このデバイスは、研究目的で現在利用可能なモバイルデバイスのために、私たちの知識に対して、ヘッドカバレッジの最大の量を持っています(資料表)。
要約すると、研究プロトコルは次のことを行うために設計されています。
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すべての研究手続きは、コロラド州立大学の制度審査委員会(IRB)によって承認され、すべての成人参加者は、任意の研究手順を完了する前に書面によるインフォームド・コンセントを提供しました。18歳未満の参加者の両親から書面によるインフォームド・コンセントが提供され、マイナーな参加者も研究手続きを完了する前に書面による同意を得た。
1. 二重タスク画面(DTS)の改訂
2. ニューロイメージング対応デュアルタスク画面(DTS)
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参加者
参加者は、口コミや広告チラシを使用して、地元の高校チームや大学の大学間大学やクラブスポーツチームから募集されました。参加者は15歳から22歳までの間で、組織的なコンタクトスポーツに定期的に参加する必要がありました。コンタクトスポーツには、日常的なプレー中にチームメイトや対戦相手との物理的な接触が必要なすべてのスポーツが含まれていました。参加者はまた、正常または矯正された視力および聴覚、神経学的または精神医学的状態の既往歴がなく、自己報告ごとに中等度または重度の外傷性脳損傷の既往がない。
改訂されたDTSから取得できる臨床データの種類を説明するために、健康な男性コンタクトスポーツアスリート参加者3人(平均年齢:18.0±2.65歳)からのデータを含めました。健康な女性のコンタクトスポーツアスリートからのデータは、厳密にメソッドに焦点を当てていない別の出版物に含まれます。
改訂 DTS のデータ分析
代表結果に含まれる参加者の数が少ない場合、正...
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本稿では、新たに改訂された二重タスク画面(DTS)の管理プロトコルについて述べた。これらの改訂は、元のDTS15で特定された制限に対処するために完了し、二重タスクの認知コストをテストするための単一の認知条件の追加が含まれていました。また、より正確に歩行特性を測定するためのスマートデバイスベースのaccelerometryも含まれていました。DTSで取得できる臨床データの種類を示す代表的な結果を含めた。また、単一および二重タスクのパフォーマンスの神経基盤を評価するために設計された、神経イメージング互換デュアルタスクスクリーン(DTS)の研究プロトコルについても説明しました。我々が選択した神経イメージングモダリティは、動きアーチファクト18,19の影響を低減することによって総運動運動に対応する携帯機能近赤外分光(fNIRS)装置であった。ニューロイメージング互換バージョンを作成するには、DTSをブロック設計に変換する必要がありました。ブロック設計では、単一のモータ、単一の認知、...
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著者らは開示する利益相反を持っていません。
コロラド州立大学のアケロメトリーデータ分析を支援した学生、イザベル・ブースさんに感謝します。また、著者J.S.に発行されたNIH K12 HD055931とK01 HD096047-02からの資金提供を認めたい。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ハードウェア(アルファベット順) | |||
| NIRx NIRSport2 デバイス: NSP2-CORE1616 | NIRx | リファレンス #: GC359 | "NIRSport 2は、大脳皮質の酸素、デオキシ、および総ヘモグロビンの変化による神経活性化に対する血行動態反応を測定する、ユーザーフレンドリーでモジュール式の堅牢な無線機能近赤外分光法(fNIRS)プラットフォームです。NIRSport 2には、幅広い認知神経科学アプリケーションのニーズを満たすために、すぐに実装できるアップグレードとモジュールが多数付属しています」 (nirx.net/nirsport からの直接引用) |
| NIRx NIRSCap (5つの異なるサイズで利用可能) | NIRx | N/A | 「NIRScapは、測定キャップとオプトードホルダーで構成されています。(NIRxのNIRScapスタートガイドから直接引用) |
| NIRxオプトソース(x 2) | NIRx | リファレンス#:GC359 | "デュアルチップ付きファイバーレス光学照明用8ソースアクティブソースバンデル;長さ240cm。(NIRxパッキングリスト説明からの直接引用) |
| NIRxオプトデクター(x2) | NIRx | リファレンス#: GC359 | 「ファイバーレス光学検出用の8倍アクティブセンサーのバンドル;デュアルチップ;長さ240cm。」(NIRxパッキングリスト説明からの直接引用) |
| NIRx短距離検出器プローブ | NIRx | N / A | 「プローブは、8つの独立したソースサイトからの短距離データを装置上の1つの共通の検出器チャネルに結合できる8つの検出器クリップのバンドルで提供されます。」 (NIRxの短距離検出器からの直接引用)プローブ入門ガイド) |
| ソフトウェア(アルファベット順) | |||
| Aurora | NIRx | N/A | "NIRSport 2取得ソフトウェア。Aurora fNIRSは、Wi-FiまたはUSB経由でNIRSport 2デバイスに接続し、数回クリックするだけで完全な実験構成をセットアップできます。Aurora fNIRSは、自動信号最適化アルゴリズムにより、測定を開始する前に最適な信号品質を確保します。生データ、HbO、HbB濃度の変化は、いくつかの表示モードでリアルタイムに視覚化できます。さらに、ハイエンドの全頭部ビジュアライゼーションがすぐに利用できます。記録されたデータは、統合ラボストリーミングレイヤー(LSL)プロトコルを介してエクスポートでき、ブレインコンピューターインターフェース(BCI)およびニューロフィードバックパラダイムでのリアルタイム処理を可能にします。」 (nirx.net/software から直接引用) |
| Matlab | Math Works | N/A | "MATLAB®は、反復解析および設計プロセス用に調整されたデスクトップ環境と、行列および配列数学を直接表現するプログラミング言語を組み合わせています。これには、実行可能なノートブックでコード、出力、およびフォーマットされたテキストを組み合わせるスクリプトを作成するためのライブエディターが含まれています。」 (mathworks.com |
| NIRS Toolbox | Huppert Brain Imaging Lab | N/A | によって開発されました。「NIRSツールボックスはMatlabベースの分析プログラムです。」 (huppertlab.net/nirs-toolbox-2/ から直接引用) |
| PsychoPy | Python | N/A | 「PsychoPyは、Pythonプログラムで書かれたオープンソースソフトウェアパッケージであり、主に神経科学および実験心理学研究の言語を明示しています。」(psychopy.org からの直接引用) |
| Lower Tech/Cost Research Supplies*(アルファベット順) | |||
| AmazonBasics 60インチ軽量三脚バッグ付き | Amazon | アイテムモデル#:WT3540 | この軽量三脚は、最大6.6ポンドのほとんどのカメラに最適です。セットアップは迅速かつ簡単です。付属のバッグを使えば、収納や持ち運びが簡単になります。三脚の脚は20インチから伸ばすことができます48インチまで。レッグロックはスムーズに解除され、希望の高さまで簡単に滑ります。センターポストをクランクアップして、60インチの三脚にします高い。(Amazon.com からの直接引用) |
| iPod Touch x 2 | Apple | N/A | 加速度計内蔵のスマートデバイス。 |
| パナソニックフルHDビデオカメラビデオカメラHC-V180K、50倍光学ズーム、1 / 5.8インチBSIセンサー、タッチ対応2.7インチLCDディスプレイ(黒) | アマゾン | アイテムモデル#:HC-V180K | コンパクトで軽量で使いやすいパナソニックフルHDビデオカメラHC-V180Kは、高解像度ビデオキャプチャに楽しく心配のない体験をもたらします。ハンドヘルドの安定性を最大限に高めるための5軸手ぶれ補正機能を搭載したこの1080pカメラの超長光学50倍ズームと最大90倍のインテリジェントズームにより、遠くの物体にすばやく焦点を合わせます。便利な28mm広角レンズを使用すると、結婚式、同窓会、休暇などの設定に、より多くの人や風景を収めることができます。高度なBSIセンサーにより、低照度でのビデオ画質を保証し、パナソニックはのレベルショット機能は、気を散らすカメラの傾きを自動的に検出して補正します。さらに、カメラには8mmムービー、サイレントムービー、ミニチュアエフェクト、タイムラプス録画などのクリエイティブなフィルターエフェクトが含まれており、すべて2.7インチのLCDタッチスクリーンで簡単にアクセスできます。(Amazon.com からの直接引用) |
| ポストイットノート、3 "x 3"、カナリアイエロー、18パッドのパック | オフィスデポ/オフィスマックス | アイテム#1230652 | "ポストイット®" |
| スコッチ232マスキングテープ、1"×60ヤード | オフィスデポ/オフィスマックス | アイテム#910588 | "高性能紙マスキングテープは、中温塗料ベーキング操作でシャープなペイントラインを生成します。スコッチテープは、伝統的に取り除くのが難しかった表面でも、毎回きれいに取り外すことができます」 (officedepot.com からの直接引用) |
| Stanley Tools Leverlock Tape Measure, Standard, 25' x 1" Blade | Office Depot/Office Max | Item #389512 | "テープルールは、操作が簡単な自動ボトムロック付きのパワーリターンを備えています。視認性の高いケースカラーで見つけやすいです。特別なTru-Zeroフックは、円や円弧を描くためのピボットとして釘を使用することができます。テープルールは、複数のリベット留めフックとポリマーコーティングされたブレードにより、長寿命、ブレード摩耗ガード、快適なラバーグリップを提供します。保護されたブレードは、摩耗、油、汚れ、およびほとんどの溶剤に耐えます。テープルールには、最初の足の後に上に連続した足、下に連続したインチがある帝国法があります。(officedepot.com からの直接引用) |
| ストップウォッチ | オフィスデポ/オフィスマックス | アイテム#357698 | "1/100秒の精度で分割タイミングを提供します。6つの機能が含まれています—(officedepot.com からの直接引用) |
| Tourna Ballport Deluxe Tennis Ball Hopper with Wheels - Holds 80 Balls Amazon | Item Model #: BPD-80W | "Balloon port 80 deluxeは80個のボールを保持し、操作性に優れたホイールが付属しています。ハンドルは、より便利なフィードとピックアップのために非常に長い33インチです。非常に軽量でありながら耐久性があるため、これは市場で最もプレミアムなホッパーの1つです。特許取得済みの機能を搭載:脚は上下の位置でロックされます。上部のバーはスライドが閉じているため、輸送中にボールが落ちることはありません。(Amazon.com からの直接引用) | |
| トゥルナプレッシャーレステニスボールとビニールトート(ボールの45パック) | アマゾン | アイテムモデル#:EPTB-45 | "45ビニールトートバッグに入ったプレッシャーレステニスボール。バッグにはジッパーが付いており、しっかりと閉められます。ボールは規定サイズで耐久性があります。練習用やテニス用のボールマシンに適しています。ボールは圧力が少ないので、死なることはありません。プレッシャーレスとは、彼らが死ぬことがないことを意味するため、テニスの練習、ボールマシン、ボールバスケットやホッパーの充填、またはペットがこれらのボールを追いかけて何時間も楽しむのに最適です。チャックイットスタイルの犬用ボールランチャーと自動ボールランチャーに適合します。耐久性のあるゴムとプレミアムフェルトにより、新進のテニスプレーヤーであろうとペットの飼い主であろうと、普遍的に使用できます。」 (Amazon.com からの直接引用) |
| ベルクロ | クロ | N / A | 粘着ストリップとラップ、スマートデバイスの固定に使用されます。 |
| ヨガブロック2パック– 2つの高密度軽量エクササイズブロック4 x 6 x 9インチはすべてのポーズをサポートします-軽量で用途の広いフィットネスとバランス無臭レンガ(注:デュアルタスクスクリーンには6つのブロックが必要です) | Amazon | N / A | 「これらのブロックはリサイクルされた高密度EVAフォームから作られており、さまざまなヨガポーズでしっかりとサポートします。これにより、姿勢が改善され、挑戦的なポーズをより長く続けることができます」(Amazon.com から直接引用) |
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