カスタムサイズのMEGと就学前のお子様でNeuromagnetic脳機能の計測

こんにちは、スティーブン・クレインです。私はKIT Macquarie Brain Research Labの共同ディレクターです。このラボは、オーストラリアのシドニーにあるマッコーリー大学のマッコーリー認知科学センターの一部です。

こんにちは、マッコーリー大学のマッコーリー認知科学センターに勤務するイラ・デッサンです。こんにちは、私はメラニー・リードで、マッコーリー認知科学センターで働いています。マッコーリー大学では、脳磁図法(MEG)を用いて、2歳から6歳までの子どもの言語の急速な習得の根底にある脳のメカニズムを研究しています。

MEGは、脳皮質によって生成される磁場を測定します。MEGを使用すると、言語処理中にどの脳領域が活動し、これらの異なる領域がどのように相互作用するかを観察できます。脳イメージングシステムを使用して幼児と協力する際には、2つの課題があります。

まず、一般的な実験室環境は子供に優しいものではありません。次に、MEG研究に参加するには、子供たちは動きを最小限に抑えるように指示され、長時間タスクに参加する必要があります。ですから、MEGを使えると同時に、子どもたちにも楽しんでもらえるようなプロトコルを開発することが重要でした。

とはいえ、MEGのメリットは課題をはるかに上回っています。MEGは、その非常に高い時間分解能と優れた空間分解能、および完全に非侵襲的であるため、子供の神経組織に考えられるリスクをもたらさないため、子供の脳機能を測定するための貴重なツールです。MEGとは対照的に、他の神経イメージング技術は、幼児にリスクをもたらす可能性のある強力な磁場と放射性医薬品を使用しました。

当社のチャイルドMEGシステムの主な特徴の一つは、幼児に使用するために特別に設計されていることです。カスタムサイズシステムは、金和工業大学、横河電機株式会社と共同で開発されました。次のビデオでは、子供向けにカスタマイズされたMEGシステムを開発する必要があった理由を説明し、MEGシステムで子供たちを学習させる準備をどのように行うかを示します。

では、これから数分間、ラボをお見せしますので、ぜひご参加ください。子どもたちが楽しく学べるようにするための取り組みについて解説します。ある研究室では、同じ磁気形状の部屋に2つのMEGシステムがあります。

アダルトシステムは、MEGヘルメットの内側に均等に広げられた160個のセンサーで構成されており、頭全体をカバーします。チャイルドMEGシステムも同様のレイアウトですが、64個のセンサーを備えているため、ヘルメットは小さく、未就学児や乳児に最適です。脳磁図法またはイメージングは、ニューロンの活動を直接測定するニューロイメージング技術です。

MEGは、大脳皮質の何千もの活動ニューロンによって生成される微弱な磁場を検出し、増幅することができます。これらの弱い磁場の検出は、イカまたは超伝導量子干渉デバイスと呼ばれる特別なセンサーによって簡単に実現できます。MEGシステムを稼働させるためには、超伝導技術が必要です。

センサーは、マイナス270°Cの液体ヘリウムで冷却する必要があります。次のシーケンスは、毎週行う必要がある液体ヘリウムをシステムに補充する方法を示しています。液体ヘリウムは、MEGシステムの運用コストの大部分を占めています。

脳からの磁場は、現代の研究室のすべての機器が作り出す磁場と比較して非常に小さいです。これは、MEGシステムを磁気シールドされた部屋に収容する必要があることを意味します。当研究室の遮蔽室は、ペルロを3層、銅を1層

部屋の重さは約8.5トンで、その重さを支えるために実験室の床は特に補強する必要がありました。磁気シールドルームのコストは、MEGシステムの資本コストの3分の1から半分を占めています。部屋には側面にいくつかのポートがあり、視覚刺激を部屋に投影したり、他の種類の機器を光ファイバーケーブルで操作したりできます。

MEGは、脳の活動細胞によって生成される磁場を測定します。関連する技術である脳波計は、これらの磁場の電気成分を測定します。EEGははるかにシンプルで安価な技術ですが、脳内の活動を局在化するmegの能力はありません。

年長の子供や大人を対象とした研究では、脳波と脳磁図の両方を同時に記録することがよくあります。ただし、これは通常、EEGに必要なセットアップ時間が最も長いため、就学前の子供には実用的ではありません。MEGは液体ヘリウムを浴びたセンサーを使用しているため、センサーは真空密閉された絶縁ヘルメットのdoer内の固定位置にあります。

標準的な成人用MEGシステムのヘルメットは、成人の頭部の約95%を収容できるように設計されています。これは、最大と最小の頭が大人のヘルメットにうまく収まらないことを意味します。これは、就学前の子供にとって特に問題であり、彼らの頭は大人の頭よりも半径が2〜3センチも小さいためです。

なぜなら、MEG信号は距離とともに非常に速く減衰するからです。これは、大人のヘルメットの多くの感覚が子供の脳からの信号を測定するのに効果的でないことを意味します。もう一つの問題は、測定セッション中に子供が大きなヘルメットの中で頭を動かす可能性が高いことです。

これにより、MEG 信号が劣化します。このクリップは、成人用システムのMEGセンサーを示しています。子供の頭に関しては、多くのセンサーが頭の表面からかなり離れていることがわかります。

これが、就学前の子供の頭に合うようにカスタムサイズのMEGヘルメットdoerを製造する価値がある理由です。このクリップでは、私たちの子供のMEGシステムのセンサーがすべて頭の表面に非常に近いことがわかります。実験を開始する前に、いくつかの手順を完了する必要があります。

MSR内では、お子様がフェリスの素材で作られたものを持っているかどうかを確認します。ポケットに何か入っていますか?いいえ、彼らは2位です。

マーカーコイルが5個入ったキャップをお子様に装着します。次に、子供の頭の形をデジタル化するか、いわゆる頭の絵を作成します。次に、MSRまたは宇宙船の中に子供を乗せてゲームをプレイする準備をします。

MSRの内部では、上の画面で選択したムービーが再生されます。彼らが快適に横になったら、ドアを閉めて取得を開始します。通常、実験は約 20 分間続きます。

ミュートされた映画を見ながら、宇宙船内でゲームをするように勧めます。私たちの場合、子供たちは一連の文章を注意深く聞き、それを聞いたらすぐにチーズという言葉を繰り返します。サルのバックパックからチーズの匂いがします。

よく出来ました。にんじんチーズは、優れた仕事 音響刺激、例えば、子供の胸に見えるプラスチックチューブを通じて子供の耳に届けられるような発話。子供用サイズのフォームイヤーピースを使用して、チューブを耳の内側にフィットさせます。

データ取得中、子供は閉回路ビデオを通じて継続的に監視され、実験者はマイクを介して子供と通信できます。脳磁図測定に先立ち、5つのマーカーコイルをスイミングキャップに固定し、それを子供の頭に装着します。MEG測定中、これらはデータ収集全体のヘッドの位置と動きを測定および監視するために使用されます。

研究者と親は、希望すれば、常に遮蔽された部屋で子供と一緒にいます。これは、子供が快適で、動きが最小限に抑えられるようにするためです。実験の最後に、子供たちはタスクを正しく実行したことで賞品が与えられます。

では、どのステッカーを選びますか?それは1つ、ここ、そこです。就学前の子供に詳しい方なら、彼らの最初の選択は磁気シールドされた部屋でじっと横になることではないことをご存知でしょう。

私たちは、環境とプロセスの両方を子供に優しいものにするために、多くの技術を使用しています。ラボには、子供向けのステッカーやぬいぐるみがたくさんあります。検査は、研究所への3〜5回の訪問で行われます。

最初のミーティングは通常、子供を研究者やMEG環境に紹介するために使用されます。子供はおもちゃを見たり、動物はクマを見たり、カーミットはカエルを見たりします。彼らが通過するすべてのステップを通過します。

テストセッションのテーマをご紹介します。MEGシステムは、子供たちを宇宙の冒険に連れて行くのを待っている宇宙船です。このテーマに基づいたワークブックレットには、これから進むステップを説明し、その周りをクレヨンで描いています。

まるであなたの頭の絵を描くように。デジタル化とテストが行われている間、子供たちがじっとしていることができることが非常に重要です。さて、今度はフリーズする必要があります。

こんな風に凍りつくの?私たちは、子どもたちに凍りつく様子を見せてもらうことで、このことを伝えています。よく出来ました。

かなりいいです。凍結。凍結できることの重要性は、研究室を訪れるたびに強化されます。また、子どもたちが実験の各ステップを理解していることを確認することも重要です。

子どもたちが理解できる言葉で手順を説明します。たとえば、マーカーコイルを含むキャップを宇宙飛行士のヘルメットと呼びます。あなたはまだ宇宙飛行士のように感じていますか?

そして、デジタル化とは、彼らの頭の絵を描くことと表現しています。子供が恥ずかしがり屋だったり、不安そうに見えたりする場合は、実験の内容を説明するために人形を使用することがよくあります。また、私たちが何をしようとしているのかを子供たちに理解してもらうために、子供たちに助けを求めています。

子供たちは通常、人形が磁気シールドされた部屋に入るのを喜んで手伝います。それでも子供が磁気シールドされた部屋に入りたがらない場合は、彼らがより快適に感じるまで、単に遊びの時間があります。私たちのプロトコルのすべてのステップに慣れ親しんだら、MSR内で実行される実験タスクを紹介します。

Mm.So 覚えていますか、繰り返さなければならなかった魔法の言葉はどれでしたか?聞こえなかったのでしょうか?できますか?

Yes.Cheese.So、例えば、先日公園に行ったらチーズを見た、というようなことを言うとしたら。お仕事は何をなさっていますか。

このように、子どもを対象とした脳画像研究を行うには、専門的な技術が必要であり、大人を対象とした研究で一般的に行われる手順を超えた手順が必要です。まず、子供の頭にフィットし、頭の動きを制限するように設計されたカスタムサイズのMEGヘルメットを開発しました。次に、ウォールアートとぬいぐるみを使って実験室を子供にやさしくしました。

私たちは、幼い子供たちのニーズとモチベーションに適応した方法を採用しています。当研究室は、健常で覚醒した幼児の認知脳機能を測定するための研究室です。したがって、要件は、小児神経画像で遭遇する可能性のある要件とは多少異なります。

チャイルドMEGシステムの出現は、認知神経科学にとって重要な進歩です。これにより、脳機能の魅力的で劇的な構造化が行われている年齢層で脳機能の測定値を得ることができます。現在、これらの発達過程についてはほとんどわかっていません。

私たちは、MEGを用いて子どもの脳機能を研究することで、このギャップを埋めたいと考えています。