脳皮質機能および変更された重力状態の間、神経認知パフォーマンスとの間のコヒーレンス

この手順では、EEGと近赤外分光法の記録技術を組み合わせて、無重力状態での神経認知能力の低下が、血行動態および電気皮質の変化の主な影響によるものか、それとも二次的なストレス関連の影響によるものかを判断します。これは、微小重力、微小重力、および垂直重力のフェーズを含む、放物線飛行中の参加者の電気皮質活動の変化を監視することによって達成されます。前頭脳内の血行動態の変化は、近赤外分光法または神経を使用して並行して監視できます。

その後、脳皮質活動の変化は、電磁断層撮影法を使用して特定できます。最後のステップは、電気皮質と血行動態の変化を相関させることです。最終的に、結果は、重力条件の変化による血行動態の変化が電気皮質機能の変化と関連していることを示しています。

MRIやPETのような既存の方法に対するこの技術の主な利点は、電光撮影と電気断層撮影法および近赤外分光法を組み合わせることが、HyperVの無重力、限られた負荷、限られたスペースでの放物線飛行や宇宙飛行などの極端な環境で実現可能であり、脳内の神経電気活動の変化と血行動態の殺傷変化を測定し、相関させることができることです。この方法は、血行動態や電気皮質の変化につながる重力条件の変化など、神経生理学や宇宙研究の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。これは、これらの変化が脳のどこで正確に発生し、これらの変化の結果が何であるかを答えるのに役立ちます。

根底にある神経生理学的プロセスを特定し、宇宙にいる間、無重力状態にあるときに脳の皮質機能と血行動態に何が起こるかを特定すれば、生活の質、ミッションの成功、ミッションの安全性を向上させるための具体的な対策を開発することができます。したがって、この方法は、脳の働きメカニズムについての洞察を提供することもできますし、神経学的患者の神経学的障害などの他のシステムや、私たちの脳がどのように機能するかについての基本的な考え方にも適用できる可能性があります。この研究のアイデアを思いついたのは、宇宙に住む宇宙飛行士から神経認知機能の低下について聞いたときでした。

フライトの1〜2時間前にデータを処理および分析する方法が多数あるため、分析手順を学ぶのが難しいため、この方法の視覚的なデモンストレーションは重要です。参加者は空港の部屋に連れて行かれ、実験の準備をします。まず、頭囲を測定し、頭皮を清掃して、統合されたナースオプトとレシーバーを備えたEEGキャップを参加者の頭に装着できるようにします。

次のステップは、FP 1 電極と FP 2 電極の位置をマークすることです。まず、nasn と inion の間の距離を、次に Sian と inion の間の 10 分の 1 の距離で測定します。シアンを起点に、頭囲の20分の1の距離で正中線の左右に2つのマークが作られます。

キャップには、頭皮に取り付けられる電極が含まれており、センサーの正しい位置を確保します。参加者の頭のサイズに適したEEGキャップが選択されます。次に、キャップを引っ張ります。

参加者の頭とその位置がチェックされます。CZ電極は頂点とFP1とFP2に、O1とO2の電極は水平に、マークにはキャップが対称で適切な位置に留まるようにあごひもを固定します。次に、これを行うために心拍数電極が配置されます 1つのEEG電極を使用することができ、センサーは参加者の胸に配置されます。

これで、電極のインピーダンスが最小限に抑えられ、信号の伝導がチェックされます。各電極にはLEDが含まれており、インピーダンス測定が開始されるとLEDが読み取られます。毛髪を先端が鈍い針で電極の先端から遠ざけ、電極の先端と皮膚の表面との間に、基準電極と接地電極から始めてゲルを注入します。

ゲルが注入されると、インピーダンスが減少するとLEDの色が変化し、最初の赤色が最初に黄色になり、次に緑色になります。目標インピーダンス値が25キロオームで達成されるため、電極の作用により、この目標値以下で良好な信号対雑音比が得られます。この手順は、すべてのキャップ電極に対して繰り返されます。

両方の参加者のために電極キャップが準備されると、参加者はパラボラ飛行の詳細とそれに従う実験のタイムスケジュールについて指示を受けます。放物線0から30までの概略図と、実行するタスクが参加者に提示されます。また、テストをいつ、どのように開始および停止するかを詳述した口頭でのアナウンスも見直されます。

最後に、参加者は機内飛行の準備のために飛行機に連れて行かれます。乗船すると、参加者は実験装置で隣同士に座り、シートベルトを緩く固定します。EEGケーブルは電極コントロールボックスに接続され、電極コントロールボックスはアンプに接続されています。

次に、神経OIDとレシーバーをEEGキャップのOIDホルダーに固定します。この時点で、EEG NERSモジュールが開始されます。これにより、信号の接続性と品質が制御されます。

その後、神経と脳波ソフトウェアが起動し、記録用のワークスペースが整います。データが開きます。次に、ファイル名、録音頻度、モンタージュを入力します。

最適でない信号がある場合。EEGのインピーダンス値または神経のDAQ値を再調整するか、必要に応じてより多くのゲルを注入します。この時点で、脳波と神経信号の記録が開始され、安静時プレムの測定値が収集されます。

この時点では参加者に課題はありませんが、じっとリラックスして目を閉じたままにしてください。録音は 3 分後に停止します。休憩期間の後、参加者は認知タスクの黒板チャレンジのベースラインテストを実行します。

最後に、すべてのデバイスの電源がオフになり、EEG電極制御ボックス、看護師のオプト、レシーバーが切断されます。カメラやiPhoneを含むすべての機器は、飛行中の実験が開始されるための離陸準備のためにコンパートメントに保管されています。航空機が巡航高度に達したら、最初のステップはビデオカメラを手すりに取り付け、次にビデオ録画を開始することです。

次に、参加者を座席に座らせ、シートベルトを緩く締めます。参加者は、少なくとも放物線0から25までは座ったままにする必要があります。iPhoneはベルクロで参加者の上肢に取り付けられています。

これで、EEG電極コントロールボックスが接続され、神経の視神経とレシーバーがキャップの光ホルダーに固定されます。EEGおよびnervesモジュールが開始され、EEGインピーダンスとNS DAQ値を確認することにより、EEG神経信号の品質が検証されます。レスト録音は3分間行われます。

放物線ゼロと呼ばれる最初の放物線は、参加者が手順と重力条件の変化に適応できるようにするために使用されます。その後、放物線 1 から 10 では、参加者が目を閉じて静かに席に座っている間、安静状態の脳波看護師のみが記録されます。次に、参加者は、5つの放物線の2つのブロックで実行される認知課題に備えます。

録音はオペレーターによって制御され、オペレーターは参加者に指示を与え、認知テストの結果と時間も保存します。この認知処理タスクでは、参加者は方程式のどちら側が参加者の他の速度と精度よりも大きいかを特定します。応答はプログラムによって記録され、精度、速度、および参加者が放物線 11 から 15 に到達した最高レベルに応じて、最終的なハイ スコアが与えられます。

次に、放物線16から20の間に、参加者1は1Gで、参加者2はゼロGでこのタスクを実行します。静止測定値は、放物線シーケンス中だけでなく、最初の放物線の前と最後の放物線の後にも記録されます。最後の10本の放物線は、以前の測定や実験を繰り返す必要がある場合に使用できます。

地上に戻った後、参加者とオペレーターは、実験装置に戻り、事後測定のためのすべての準備をする前に、一時的に飛行機を離れることが許可されます。このとき、安静時の脳波看護師による測定が繰り返されます。すべての記録が完了し、参加者からキャップが取り外されたら、低解像度の脳電磁断層撮影法またはロレッタを使用して実験が終了します。

前頭葉の脳皮質活動の個々の変化を決定することが可能です。参加者1では、微小重力の開始から2000ミリ秒後に発生した変化は、背側外側前頭前野に属するブロードマン野9に局在していました。この領域は、運動計画の組織化と規制の過程で、感覚情報と記憶情報の統合に重要な役割を果たします。

参加者 2 の場合、これらの変化はブロードマン エリア 9 と、身体の安定化の過程で感覚調節に関与することで知られる運動前皮質であるブロードマン エリア 6 に限局する可能性があります。この次のトレースは、脳前頭領域の近赤外分光法を示しています。黒い曲線はGレベルを示しています。

黄色の背景は通常の重力を示します。青い背景は超重力を示し、ピンクの背景は予想通り微小重力を示しています。微小重力期には赤い痕跡で示されるように、酸素化された血液が減少し、その後、微小重力期には酸素化された血液が増加します。

同様の結果は、別の参加者からのこの図に見られます。興味深いことに、青いトレースで示されているように、脱酸素化された血液の量は、最初のHyperVフェーズまたは無重力フェーズで一貫した動作を示しませんでしたが、両方の被験者で2番目のHyperVフェーズで減少を示しました。この図は、訓練中に2人の被験者が3つの測定ポイントについて、飛行前に測定した認知課題を飛行中に測定したゼロGと、飛行中に測定した1Gで測定

スコアは被験者間で異なり、以前に報告された放物線飛行中の神経認知の減少は、個々のストレス反応によるものである可能性が最も高いことを示しています。このビデオを見た後、e、e、g、膝を組み合わせたテクニックを適用する方法、および電気皮質活動と血行動態の変化を並行して監視する方法をよく理解しているはずです。この手順を試行する際には、信号の品質を確認し、被験者の行動を監視することが重要です。

これらの技術は、脳の皮質機能に関心のある研究者や、微小重力が脳の皮質機能に及ぼす影響を探る道を開く可能性があり、これらのメカニズムが特定されれば、患者や宇宙飛行士、そして一般の人々に役立つ可能性があります。