Name: 自然主義タスク中fNIRS計測のfMRIの検証 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: 学ぶ fMRIとfNIRSの脳活動計測法の比較検証。自然主義的課題における両手法の類似性を評価し、fNIRSが実環境で有効な代替手法となる可能性を示す神経科学研究手法です。

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この研究は、以下の資金源によって部分的にサポートされていました：JSPS費補助金基盤研究（C）25350642（AT）のため、中山隼雄科学技術文化財財団（SS＆YO）、およびAからの研究助成金を健康ゲーム研究はロバート·ウッド·ジョンソン財団（助成＃66729）（SB＆JAN）から付与します。

<ol><li>Heinzel, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variability+of+%28functional%29+hemodynamics+as+measured+with+simultaneous+fNIRS+and+fMRI+during+intertemporal+choice%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Variability of (functional) hemodynamics as measured with simultaneous fNIRS and fMRI during intertemporal choice.</a> NeuroImage. 71, 125-134 (2013).</li>
<li>Cui, X., Bray, S., Bryant, D. M., Glover, G. H., Reiss, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+comparison+of+NIRS+and+fMRI+across+multiple+cognitive+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks.</a> Neuroimage. 54, 2808-2821 (2011).</li>
<li>Sato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+NIRS%E2%80%93fMRI+investigation+of+prefrontal+cortex+activity+during+a+working+memory+task%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A NIRS–fMRI investigation of prefrontal cortex activity during a working memory task.</a> Neuroimage. 83, 158-173 (2013).</li>
<li>Piper, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+wearable+multi-channel+fNIRS+system+for+brain+imaging+in+freely+moving+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">A wearable multi-channel fNIRS system for brain imaging in freely moving subjects.</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 64-71 (2014).</li>
<li>Funane, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+deep+and+shallow+tissue+layers%27+contribution+to+fNIRS+signal+using+multi-distance+optodes+and+independent+component+analysis%29%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of deep and shallow tissue layers' contribution to fNIRS signal using multi-distance optodes and independent component analysis).</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 150-165 (2014).</li>
<li>Tachtsidis, I., et al. Ch. 46. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTachtsidis%2C+I+%22Oxygen+Transport+to+Tissue+XXX+Vol.+645+Advances+in+Experimental+Medicine+and+Biology%22">Oxygen Transport to Tissue XXX Vol. 645 Advances in Experimental Medicine and Biology</a>. Liss, P., Hansell, P., Bruley, D. F., Harrison, D. K. , Springer. New York, NY. 307-314 (2009).</li>
<li>Scholkmann, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+continuous+wave+functional+near-infrared+spectroscopy+and+imaging+instrumentation+and+methodology%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology.</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 6-27 (2014).</li>
<li>Saager, R., Berger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+layer-like+hemodynamic+trends+in+scalp+and+cortex%3A+implications+for+physiological+baseline+suppression+in+functional+near-infrared+spectroscopy%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Measurement of layer-like hemodynamic trends in scalp and cortex: implications for physiological baseline suppression in functional near-infrared spectroscopy).</a> Journal Of Biomedical Optics. 13 (3), 034017-034017 (2008).</li>
<li>Takahashi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+skin+blood+flow+on+near-infrared+spectroscopy+signals+measured+on+the+forehead+during+a+verbal+fluency+task%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Influence of skin blood flow on near-infrared spectroscopy signals measured on the forehead during a verbal fluency task.</a> Neuroimage. 57, 991-1002 (2011).</li>
<li>Ono, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frontotemporal+oxyhemoglobin+dynamics+predict+performance+accuracy+of+dance+simulation+gameplay%3A+Temporal+characteristics+of+top-down+and+bottom-up+cortical+activities%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Frontotemporal oxyhemoglobin dynamics predict performance accuracy of dance simulation gameplay: Temporal characteristics of top-down and bottom-up cortical activities.</a> NeuroImage. 85, 461-470 (2014).</li>
<li>Tachibana, A., Noah, J. A., Bronner, S., Ono, Y., Onozuka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parietal+and+temporal+activity+during+a+multimodal+dance+video+game%3A+an+fNIRS+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Letters%22%5BJournal%5D)">Parietal and temporal activity during a multimodal dance video game: an fNIRS study.</a> Neuroscience Letters. 503 (2), 125-130 (2011).</li>
<li>Annual Society for Neuroscience Conference. Noah, J., Tachibana, A., Bronner, S. 2010 Nov 13-17, San Diego, CA, , (2010).</li>
<li>Maldjian, J. A., Laurienti, P. J., Burdette, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precentral+gyrus+discrepancy+in+electronic+versions+of+the+Talairach+atlas%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Precentral gyrus discrepancy in electronic versions of the Talairach atlas.</a> Neuroimage. 21, 450-455 (2004).</li>
<li>Maldjian, J. A., Laurienti, P. J., Kraft, R. A., Burdette, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+method+for+neuroanatomic+and+cytoarchitectonic+atlas-based+interrogation+of+fMRI+data+sets%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">An automated method for neuroanatomic and cytoarchitectonic atlas-based interrogation of fMRI data sets.</a> Neuroimage. 19, 1233-1239 (2003).</li>
<li>Chatrian, G. E., Lettich, E., Nelson, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ten+percent+electrode+system+for+topographic+studies+of+spontaneous+and+evoked+EEG+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+EEG+Technol%22%5BJournal%5D)">Ten percent electrode system for topographic studies of spontaneous and evoked EEG activity.</a> Am J EEG Technol. 25, 83-92 (1985).</li>
<li>Okamoto, M., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+cortical+projection+of+head-surface+locations+for+transcranial+functional+brain+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Automated cortical projection of head-surface locations for transcranial functional brain mapping.</a> Neuroimage. 26, 18-28 (2005).</li>
<li>Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIRS-SPM+statistical+parametric+mapping+for+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">NIRS-SPM statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 44, 428-447 (2009).</li>
<li>Cope, M., Delpy, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((System+for+long-term+measurement+of+cerebral+blood+and+tissue+oxygenation+on+newborn+infants+by+near+infra-red+transillumination%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+and+Biological+Engineering+and+Computing%22%5BJournal%5D)">System for long-term measurement of cerebral blood and tissue oxygenation on newborn infants by near infra-red transillumination.</a> Medical and Biological Engineering and Computing. 26 (3), 289-294 (1988).</li>
<li>Savitzky, A., Golay, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smoothing+and+differentiation+of+data+by+simplified+least+squares+procedures%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures.</a> Analytical Chemistry. 36 (8), 1627-1639 (1964).</li>
<li>Okamoto, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodal+assessment+of+cortical+activation+during+apple+peeling+by+NIRS+and+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Multimodal assessment of cortical activation during apple peeling by NIRS and fMRI.</a> NeuroImage. 21, 1275-1288 (2004).</li>
<li>Suzuki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prefrontal+and+premotor+cortices+are+involved+in+adapting+walking+and+running+speed+on+the+treadmill%3A+an+optical+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Prefrontal and premotor cortices are involved in adapting walking and running speed on the treadmill: an optical imaging study.</a> Neuroimage. 23, 1020-1026 (2004).</li>
<li>Boas, D. A., Elwell, C. E., Ferrari, M., Taga, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty+years+of+functional+near-infrared+spectroscopy%3A+introduction+for+the+special+issue%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Twenty years of functional near-infrared spectroscopy: introduction for the special issue.</a> NeuroImage. 85, 1-5 (2014).</li>
<li>Holtzer, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((fNIRS+study+of+walking+and+walking+while+talking+in+young+and+old+individuals%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journals+of+Gerontology+Series+A%3A+Biological+Sciences+and+Medical+Sciences%22%5BJournal%5D)">fNIRS study of walking and walking while talking in young and old individuals.</a> The Journals of Gerontology Series A: Biological Sciences and Medical Sciences. 66 (8), 879-887 (2011).</li>
<li>Suzuki, M., Miyai, I., Ono, T., Kubota, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activities+in+the+frontal+cortex+and+gait+performance+are+modulated+by+preparation.+An+fNIRS+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Activities in the frontal cortex and gait performance are modulated by preparation. An fNIRS study.</a> Neuroimage. 39, 600-607 (2008).</li>
<li>Shimada, S., Hiraki, K., Oda, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+parietal+role+in+the+sense+of+self-ownership+with+temporal+discrepancy+between+visual+and+proprioceptive+feedbacks%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">The parietal role in the sense of self-ownership with temporal discrepancy between visual and proprioceptive feedbacks.</a> Neuroimage. 24, 1225-1232 (2005).</li>
<li>Matsuda, G., Hiraki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sustained+decrease+in+oxygenated+hemoglobin+during+video+games+in+the+dorsal+prefrontal+cortex%3A+a+NIRS+study+of+children%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Sustained decrease in oxygenated hemoglobin during video games in the dorsal prefrontal cortex: a NIRS study of children.</a> Neuroimage. 29, 706-711 (2006).</li>
<li>Gregg, N. M., White, B. R., Zeff, B. W., Berger, A. J., Culver, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+specificity+of+diffuse+optical+imaging%3A+improvements+from+superficial+signal+regression+and+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroenergetics%22%5BJournal%5D)">Brain specificity of diffuse optical imaging: improvements from superficial signal regression and tomography.</a> Frontiers in Neuroenergetics. 2, 14(2010).</li>
<li>Kirilina, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+physiological+origin+of+task-evoked+systemic+artefacts+in+functional+near+infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">The physiological origin of task-evoked systemic artefacts in functional near infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 61, 70-81 (2012).</li>
<li>Strangman, G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+affecting+the+accuracy+of+near-infrared+spectroscopy+concentration+calculations+for+focal+changes+in+oxygenation+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Factors affecting the accuracy of near-infrared spectroscopy concentration calculations for focal changes in oxygenation parameters.</a> NeuroImage. 18, 865-879 (2003).</li>
</ol>

この記事の公開手数料をS himadzuが主催されています。

fNIRSは、自然活動の神経相関の調査を可能にすることを約束してい脳機能イメージング技術です。これらの技術の開発が活発な研究方向です。ここではダンスビデオゲームへの参加に関連した関心のある単一の領域で機能的脳活動を記録するために有効であった方法論の概要を説明します。 fNIRSと運動学習のパラダイムを調査、多くの刊行物は、同時に、脳の複数の領域20,21に機能活性を記録することができる日立、島津（他のものと同様）からマルチチャンネルfNIRS単位の導入により、近年急速に増加しています。我々は、fNIRS信号の解剖学的な特異性を決定すること、ならびに信号のタイミングおよび振幅の変化は運動課題の行動の性能に貢献する方法を決定するために信号を使用することが可能であることが以前に示されています<suP&gt; 11。ジャーナル脳画像の最近の特別な問題はNIRS技術の現在のアプリケーションに焦点を当てたと運動学習22に固有の多くの研究が含まれています。でもNIRS技術におけるこの雪だるま式に関心を持って、いくつかの研究は、fMRIので検証自然行動の神経機構に焦点を当てています。この特集号と多数の他の出版物23〜26は、明らかに、モータの動作を研究する上でfNIRSの将来の役割を概説しているが、ここで説明するプロトコルは、自然な行動からのfMRIとfNIRSデータを比較するための均一な方法論を検証するために開発されました。 結果は、側頭葉の積分領域におけるfNIRSとfMRIの信号のためのグループの間に高い相関関係を示し、信号間の相関は、インラインでの同時のfMRI / fNIRS研究3で前に示したものとなる。 図9は、でそのfNIRS活性を示し、側頭葉は、自然のウィットだけでなく皮質であります時間差は、オキシとdeoxyHb吸光度をchromoforeだけでなく、側頭葉でその活動は前頭葉に見られるものとは全く異なるのは、側頭葉でのfMRIの活性と相関しません。我々は、データが2つの技術の間で比較することを可能にする研究のいくつかの重要な側面を強調しています。まず、オプトード位置のキャリブレーションは、皮質の解剖学的構造と結果の解釈を確認するのに重要な戦略として概説しました。我々は、ソフトウェアとハ​​ードウェアに加えられた変更は、私たちは、両方の手順に強い皮質応答を得るために最適化されたブロック設計プロトコルで私たちのパラダイムを同期することができました。また、信号対雑音比（オプトード面から脱毛）および運動と顔刺激（対象者が具体的に自分の頭や顔に触れないように指示された）を含む成果物の削減に高信号を確保するために重要な戦略の概要を説明します。 これらの結果と以前の研究の結果は、/ FM同時fNIRSを調査します理論的には1-3の予測としてRIイメージング手順は、信号間の高い相関関係を確認します。ここに提示されたデータの解釈の一つの制限は、我々はそれが高密度記録を使用して、個々のチャネルのデータの解像度を向上させることが可能であることを示すNIRS記録の最適化における新しい技術を利用することができなかったということです。この高密度化技術はまた、皮質NIRS信号から血圧、心拍数および他の全身変数6,7,28からアーチファクトを除去する他の技術に加えて、27浅成分を分離するために使用されています。また、プローブの配置が示されており、クロマ選択は、高い信号対雑音比の場合に効果的に使用することができる偽陽性29とNIRS信号の適応フィルタリングを制御するために使用することができます。我々はブロックデザイン10,11に提示パラダイムと商業NIRSシステムを使用して、ここで、以前に採用しているタスク大きな信号でデータを生産しているし、信号間の類似性を示すために、さらなる分析技術やハードウェアを必要としていません。しかし、ここに提示したデータは、NIRS信号処理におけるこれらおよび他の技術の使用によって、さらに向上させることができることが可能です。 機能NIRSの現在の方法論は、fMRIのスキャンの必要性を置き換えることはありません。ここで示唆されるようではなく、（EEGなどに加えて）2つの撮像手順は、お互いを補完するために使用することができます。 fMRIのスキャンのために禁忌である個人のグループの場合は、fNIRSは、パーキンソン病を持つ個人のための転倒リスクの予防プログラムなどの研修プログラムの利点を確認する唯一の実行可能な技術を証明することができます。また、fNIRSはまた、MRスキャンを介して提供解剖学的詳細に情報を追加するために使用することができ、将来の方向の数を持っています。高密度オプトードの配置と増加オプトードが高く得られます接続および主成分分析のために使用されるだけでなく、BOLD信号モデリングの精度を向上させることができる時間分解能。

ここに記載された方法の目的は、同様のマルチモーダルタスクでのfMRI（機能的磁気共鳴画像法）とfNIRS（機能的近赤外分光法）の信号を比較するための作業手順を開発することでした。具体的には、我々が原因振戦、ジスキネジア、または複数のデバイスに移植され、従来のfMRIのスキャンには禁忌個人で使用するための機能イメージングの手順を開発することを目的としました。多くの効果的なトレーニングとリハビリテーションプログラムは落下の危険性が個人のために存在するが、これらのプログラムの有効性の基礎となる神経機構のない確認はありません。多くの場合、これらの研修プログラムに参加する個人は禁忌で引用された理由のためです。この研究のための我々の理論的根拠は、全身の動きを伴う自然運動タスクに関連付けられた脳活動のパターンを決定するために、機能的な近赤外分光法（fNIRS）の有効性を決定することでした。長期的な目標は、スタッドに、ツールの開発します、Y運動学習パラダイムのみならず、伝統的な方法を用いて、自然な方法で行うことが可能でないタスクの多種多様のためのfNIRSの妥当性を確認するのに役立ちます。 fNIRS活性は以前に古典的な心理的、簡単な指タップパラダイムを使用して同時fNIRSとfMRIの機能活性を測定した限られた研究でfMRIのBOLD（血中酸素レベル依存）信号の録音との相同領域のために非常に（R = 0.77から0.94）相関することが示されています1-3。これらの研究の結果は、fNIRSを確認のfMRIとの互換性が低下し、環境タスクに関連皮質活動を決定するために有効であり、信頼性があります。しかし、fNIRSは、神経画像法としてfMRIの上の多くの利点を有します。 fNIRSは、重要なのは、fMRIのよりモーションアーチファクトに非常に敏感ではない、彼らは自然環境の中でモーターparadigを制限するのfMRI研究とは対照と同じようにように被験者が動作することができますミリ秒4。 fNIRSに関連した時間精度は、増加したサンプリング周波数に増加した粒度で神経応答関数の変化を決意することができます。最後に、fNIRSのコストは、fMRIのスキャンより低く、低コストで実施することが研究のために可能にします。しかし、侵入の制限された深さ、限られた空間分解能、及びより最近含むfMRIのに比べfNIRSの欠点があることは、血圧、心拍数、及び頭皮の血流への影響などの特定の生理学的現象がに偽陽性を導入することができることが示されています皮質血行動態信号5-9。方法および信号処理、高密度オプトード勾配を提供するハードウェアを含むNIRSに特定のハードウェア開発の数は、現在開発されているが、それはのfMRIとfNIRS手順が互いに補完することを可能にする混合方法を開発することが重要です。 本研究では、テストするのに役立ちます自然ダンスビデオゲームタスクの実行中に従事神経機構を決定するためのfNIRSの方法。研究の目的は、個人のグループの間に、脳の統合センター（スーペリア、中側頭回）で活性を比較することであったfNIRSを用いて画像化タスクの自然のバージョンを使用して、被験体の別のグループに機能的MRIを用いて画像化しました。当社グループは、これまで同様のインタラクティブなゲームのパラダイムを使用して、この地域を調査しており、側頭葉に活性を示している皮質のアクティベーション10に記載のオキシデオキシヘモグロビン発色団の両方に応答します。私たちも以前にこの地域での応答を示すことによって、以前に全身のアーティファクトをコントロールしようとしましたが、アクティビティ自体11に関連するタスクと全身のない応答の皮質負荷に対して振幅変調されます。スーペリア、中側頭回は、マルチモーダル感覚刺激の統合に関連した活動を知っていたし、我々が以前に持っています私たちのfNIRSの出版物10〜12に加えて、パイロットのfMRI研究でダンスダンスレボリューション（DDR）ゲームプレイ中にアクティブになるように、この領域を示します。現在の研究のための私たちの仮説は、fNIRSを用いて記録としてこの領域の機能的活性が有意に機能的活性と相関させるというものであった似ていますが、限られたダンスゲームプロトコルでのfMRIを用いて記録しました。 ここで説明するプロトコルは、fNIRSとfMRIのプロトコルの両方に神経画像パラダイムとして使用するダンスビデオゲームを変更する方法を含んでいます。しかし、全体的な手順は、ビデオゲームプレイのパラダイムに固有ではなく、言語や運動タスクなどのfMRIプロトコルの制約で実行することは不可能なタスク、任意の数のために適切であろう。このプロトコルは、さらにさらにfNIRSを用いて実、実世界の作業時に検討することができ、関心領域（ROI）の特定の領域を開発するためのfMRIの解剖学的特異性を利用する手順の概要を示します。

<table><tbody><tr><td colspan="4">装置</td></tr><tr><td>Shimadzu OMM-3000</td><td><a href="http://www.shimadzu.com/an/lifescience/imaging/nirs/nirs_top.html" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Shimadzu</a></td><td></td><td>本研究で使用されたOMM-3000は、LABNIRSに置き換えられています</td></tr><tr><td>Polhemus Patriot 3D Digitizer</td><td><a href="http://polhemus.com/motion-tracking/all-trackers/patriot/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Polhemus</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GE Twin-Speed 1.5T MRI scanner</td><td><a href="http://www3.gehealthcare.com/en/Products/Categories/Magnetic_Resonance_Imaging" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> General Electric</a></td><td></td><td>Twin-Speed 1.5 Tスキャナーは廃止されました。この手順を再現するために、いくつかの新しいスキャナーが利用可能です</td></tr><tr><td colspan="4">ソフトウェア</td></tr><tr><td>Stepmania</td><td><a href="http://www.stepmania.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Stepmania</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td><a href="http://www.mathworks.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> MathWorks</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NIRS-SPM</td><td><a href="http://bispl.weebly.com/nirs-spm.html#/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> BISPL</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td>WFU Pick Atlas</td><td><a href="http://fmri.wfubmc.edu/software/PickAtlas" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> ANSIR</a></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

自然主義タスク中fnirs計測のfmriの検証

fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task

私たちは、ダンスゲームのタスクで近赤外線分光法(fNIRS)で記録された脳活動と、fMRI(機能的磁気共鳴画像法)を使用してタスクの縮小版で記録された脳活動を比較する方法を提示します。最近、fNIRSは、古典的な心理物理学的課題や単純な指叩きパラダイムに対して、機能的磁気共鳴画像法と同時に記録されるものと同等の機能的脳活動を正確に記録できることが示されています。しかし、fNIRSの利点としてよく引用されるのは、この技術により、fMRIの制約された環境では不可能な複雑で自然な行動の神経メカニズムを研究できるということです。私たちの目標は、同時に記録されたfNIRSとfMRI信号との間に高い相関性を示した以前の研究の結果を拡張して、fMRI手順で得られた神経記録を自然主義的なfNIRS実験で個別に得られた神経記録と比較することでした。具体的には、ダンスビデオゲーム「Dance Dance Revolution (DDR)」の修正版を開発し、fMRIとfNIRSの両方のイメージング手順に対応するようにしました。この方法論では、各手法との互換性のためのソフトウェアとハードウェアの変更、および代表的な結果を取得するために使用されるスキャンとキャリブレーションの手順について説明します。この研究の結果は、両方のモダリティでオキシヘモグロビンのタスク関連の増加を示しており、自然主義的なタスクでfNIRSを使用してfMRIの所見を再現することが可能であることを示しています。この手法は、自然主義的な全身の活動と行動により近似して、縮小世界の環境を利用するfMRIイメージングパラダイムをfNIRSと比較する方法論を表しています。この技術のさらなる開発は、パーキンソン病、認知症の後期状態、またはfMRIスキャンに禁忌である磁化性を持つ神経変性疾患に適用される可能性があります。

実験の結果は、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を用いて、優れたミドル時間的脳回に統合センターから得られた活性官能近赤外分光法と高い相関を有することを示す（fNIRS）信号は、タスクの自然のバージョンで同じ領域を形成します。 図8は、fMRIのスキャン手順（青のトレース）とfNIRSプロトコル（赤線）から26科目から16科目からの正規化し、平均生データを示しています。データは、時間0での固定された、ゲームの相互作用の活性相は、グラフ（標識されたタスク）の最初の30秒で開催されました。垂直の破線は、タスク、残りフェーズの開始で赤色の背景に緑の推移を示している（残りとして示される）の両方のデータセットは、に見られる増加変動と休息相で活動期と衰退における応答の増加を示しますfMRIの信号。比較は、最初のREGによってトレースの間で行われました2つのトレースの間の二乗差平均平方根を最小限に抑えるためのfMRI信号をressing。二つの信号の間に得られた相関係数は0.78であり、相関のためのp値は0.03でした。 図9は、一人の被験者からの重畳されたチャネルの場所でレンダリング脳を表します。チャンネル1と22からの平均トレースはオキシヘモグロビンの信号を表す実線で示され、デオキシヘモグロビン信号を表す破線されています。赤と青のトレースはそれぞれ、ゲームプレイ、音楽、音楽以外の2つのバリエーションを表します。チャネル1からの信号は、関心領域と比較する制御例として機能します。これら二つの領域の信号は、タスク応答に関して異なります。 <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/52116/52116fig8.jpg"> 図8：中側頭回からfNIRSとfMRIの信号間の相関fNIRS。（赤）とのfMRIは（青）信号は、斜線のエッジによって表される各基±SEMのために示されています。両者間の回帰係数は0.78です。 P = 0.03。インサートは、クラスタサイズ= 571、ピークT = 5.73で（0、-24、-66）を座標MNIにピーク活性とfMRIの中の活動から求めたROIのレンダリングを示している。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig8highres.jpg" target="_blank">の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてくださいこの図。</a> <img alt="図9" src="/files/ftp_upload/52116/52116fig9.jpg"> 図9：時間的および前頭葉の信号の違い ΔoxyHb（実線）とΔdeoxyHb（点線）音楽の二つの条件」を示すダンスゲームの二つの一試験から一人の被験者の応答（赤）の時間経過。 「と」は音楽（青）」の条件。この図は、小野らから変更されています。 10。

私たちは、fNIRSを使用して自然主義的なタスク中に記録された機能的な脳活動とfMRI中に記録された活動を比較する方法を提示します。

自然主義タスク中fNIRS計測のfMRIの検証

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced ...

この手順の全体的な目標は、複雑な運動タスクを実行する被験者で、機能的 MRI と機能的近赤外分光法または F nears を使用して取得した方法論と結果を比較することです。これは、まず、両方の手法で使用できるパラダイムの開発によって達成されます。2番目のステップは、FMRIを使用して機能画像を取得して処理することです。次に、F ns を使用して機能イメージを取得して処理します。最後のステップは、同等の脳領域での観察結果を比較することです。最終的に、FMRIとFNの結果は、各方法論に参加した研究グループ間で類似しています。FMRIのような既存の方法に対するこの手法の主な利点は、NERSを動きに極端に敏感にすることなく、自然環境で適用できることです。アーティファクトや磁化率などの除外基準は関係ありません。まず、SM設定ファイルの詳細を編集して、ゲームのダンススタンスレボリューションまたはDDRを変更します。DDRステップマニアのオープンソースクローンを使用して、タイミンググラフィックと音楽を変更します。ゲームソングバタフライを使用して、DO SM設定ファイルを変更し、ゲームの仕組みに組み込まれたブロックデザインを使用して、被験者がゲーム時間の30秒と32番目の休憩時間を交互に使用してプレイするようにします。背景グラフィックは、いつ緑をプレイし、いつ赤をリラックスするかをプレーヤーに示します。FMRIデータ収集の場合、参加者の足を使用して左右の矢印ボタンを押す動きを制限します。スキャンする前に、両方のタスクでボタンの全体的な押下回数を同じにする必要があります。機関のガイドラインに従ってインフォームド コンセントを取得し、MRI の安全性をスクリーニングします。次に、ゲームの基本を被験者に説明し、イメージングする前に数回の練習を行います 被験者に、移動する矢印の経路の上部に描かれた完璧な時間にできるだけ足で対応する矢印ボタンを押すように指示しますが、頭の動きはできるだけ最小限に抑えます。最初にスキャンする準備ができたら、ゲームプレイの前に構造画像を取得します。次に、機能的な磁気共鳴イメージングを取得します。被験者に、準備されたパラダイムを使用してゲームをプレイするように指示しますが、スキャンが完了したときにモーションアーティファクトを減らすために左右の矢印のみを使用します。統計パラメトリックマッピングまたはSPMソフトウェアを使用して、FMRIの大胆な信号解析を実行します。また、第2レベルの変量効果アプローチを使用して、個々の結果でグループ分析を実行します。次に、関心領域を、機能クラスターと、ウェイクフォレスト大学から取得した上側頭回と中側頭回の解剖学的マスクとの間の結合として定義します。近赤外分光法用のAtlasツールを選択します。マルチチャンネルのFニアトポグラフィーシステムを使用して、3×5のアレイに配置されたOptosからのデータを記録します。各ソース検出器ペアの距離への相互運用は 3 cm にする必要があります。まず、光学センサーのアレイを含む弾性キャップを、左前頭前野から左側頭葉に整列するように向きを変えます。最も低い道路で最も前方の光が国際10 10システムのFPZを中心としていることを保証します。次に、下列のオプトを解剖学的ランドマーク、FPZ、T 7の間の線と平行に並べます。所定の位置に配置されたら、光学プローブアレイを被験者の頭に締め、ストラップとあごひもを使用してしっかりと取り付けられていることを確認します。頭の表面からのオプトスの変位を防ぐために注意を払う必要があります。ソース検出器のペアは、頭に密着している必要がありますが、被験者にとって不快ではありません。f nears テストでは、矢印押下の総数が FMRI タスクと FN'S タスク間で同じであり、パターンのみが異なることを確認します。FMRIテストと同じパラダイムを使用し、FMRIに使用される左右の矢印のみと比較して、上向きの矢印を追加します。こんにちはFNのテスト中のゲームプレイには、標準の4ボタンフロアマットボタンレスポンスシステムを使用してください。ゲームプレイの基本に慣れたら、被験者に32回目のゲーム時間と32回目の休憩時間でプレイするように指示します。この5分間のゲームを各被験者で2回繰り返します。次に、3Dデジタイジングペンを使用して、ソースと検出器の光の位置の空間値を決定します。弾性キャップの各チャネルで、データ収集とゲームプレイの直前にnasn Ian Oraclesとczの座標を特定します。ソースと検出器の位置を含むテキストファイルをテキストファイルに保存し、解剖学的座標をオリジンテキストファイルに保存します。メインメニューから近くのSPMで登録オプションを使用して、キャプチャした3D座標を処理します。スタンドアロンの空間登録を選択します。次の画面で、3Dデジタイザーで選択し、対応するダイアログを使用して以前に保存した他の人と元のテキストファイルを選択します。次に、レジストレーションNFRI関数を選択して空間表現を決定する F'S解析では、3Dデジタイザー情報に基づいて解析するチャンネルを選択します。レジストレーション処理の出力に応じて、中側頭回と上側頭回でレジストレーション確率が80%以上の解析用チャネルを選択します。SPM 8 の関数 results を使用して、T 値が 2.6 より大きいか、対応する P 値が 0.01 より大きいスーパーしきい値ボクセルを決定します。次に、オーバーラップするスーパーしきい値ボクセルを使用して関心領域を決定します。解剖学的領域内のクラスターを定義するには、ウェイクフォレストピックアトラスに含まれるA A Lアトラスを使用して、上側頭回と中側頭回を定義します。この場合、結果として得られるクラスターには、中央の側頭回に 572 2 x 2 x 2 mm のボクセルがあり、ピーク ボクセルは座標が負の 66、負の 24 0、ピーク T は 5.73 に等しくなります。FNの場合。ほとんどの被験者でN'S SPMを使用してMNI座標に変換された3Dデジタイズ座標を使用して、FNのデータから関心のあるチャネルを決定します。チャネル 22 は、定義された関心領域で活動する確率が最も高いです。FMRIの関心領域と、アクティブとレストを組み合わせた62番目のブロックの期間中のFの対応するチャネルnearsで平均化されたイベントトリガー応答を決定します。FMRI データをスケーリングして F ns データに最適に一致するようにすることで、FMRI と F nears を比較します。線形回帰を使用すると、F ns は B と FMRI に等しくなり、回帰法では B 値が得られ、F Ns から B x FMRI の二乗平均平方根の値が最小化されます。最後に、2つのグループの相関によってF信号とFMRI信号を比較します。この図は、FMRIスキャン手順の16人の被験者とFNSプロトコルの26人の被験者からの正規化および平均化された生データを示しています。データはタイム 0 に固定され、ゲームのインタラクションのアクティブ フェーズはグラフの最初の 30 秒で発生しました。この図は、1 つの被験者からのチャネル位置を重ね合わせた脳のレンダリングを表しています。チャネル 1 と 22 からの平均トレースは、オキシヘモグロビン信号を表す実線とデオキシヘモグロビン信号を表す破線で示されています。赤いトレースは音楽のゲームプレイを表し、青いトレースはチャンネル 1 からの音楽以外のゲームプレイ信号を表し、関心領域と比較するための制御例として役立ちます。これら2つの領域の信号は、タスクの応答に関して異なります その開発後。この技術は、システム神経科学の分野の研究者が、健康な正常な被験者の複雑な運動課題に関連する神経活動を探求する道を開きました。このビデオを見れば、FMRIとfneを使用して取得した結果を比較する方法について十分に理解できるはずです。

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Research

JoVE Journal

Behavior

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自然主義タスク中fNIRS計測のfMRIの検証

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