自由に振る舞うヒト乳児における社会的相互作用の間に意思のマルチモーダル神経デコーディングするための新規の実験と解析手法

この手順の全体的な目標は、同期された高密度のアクティブな頭皮脳波計、慣性測定ユニット、およびビデオ録画を統合することにより、乳児から脳活動と運動学的データを取得することです。これは、最初に乳児の頭にEEGキャップを装着し、各電極と頭皮の間の許容可能なインピーダンスレベルを確保することによって達成されます。2番目のステップは、乳児の頭、腕、胸部、および実験者の手首に慣性測定ユニットを固定することです。

次に、実験者は模倣反応を開始するために乳児と対話し、最後のステップはEEG電極の3D空間座標をデジタル化することです。最終的に、自由に行動する乳児から脳波と運動学的データを取得することで、認知運動発達の神経基盤と社会的認知の出現の調査が可能になります。この手法が社会的認知を調査する他のアプローチよりも優れているのは、生後2年間に行動や文脈で神経活動を獲得できることです。

この方法は、脳の構造と行動の発達変化との間に本質的な関係は何かなど、認知神経科学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の意味は、発達のマイルストーンと模倣による学習、乳児が視覚行動をどのように処理するか、および社会的コミュニケーションにどのように関与するかを研究するために使用できるため、社会的認知問題と自閉症スペクトル障害の治療にまで及びます。この方法は、初期のヒト脳におけるミラーニューロンシステムの機能を理解するための洞察を提供するだけでなく、注意深い学習、言語処理、運動計画などの他の認知システムにも適用して、人間の脳内でのミラーニューロンの出現と発達を研究することができます。

一般に、この方法に不慣れな個人は、一部の乳児が新しい環境に不快になる可能性があるため、また、EEGキャップを着用することで、眠気や空腹などの要因も乳児が焦りを感じる可能性があります。まず、乳児の両親を実験室に案内し、実験の目的を簡単に説明します。乳児の年齢と性別を月単位で記録します。

頭囲をセンチメートル単位で測定することにより、乳児の脳波またはEEGの準備をします。測定テープを頭の最も広い部分の周りに置き、眉毛の上と後頭部の隆起の周りに通過させます。次に、頭皮の表面の中央矢状面に沿って、nasnからianまでの距離を測定します。

10 20国際システムで指定されているように、電極をEEGキャップに配置します。次に、キャップを乳児の頭に取り付けます。CZ電極を頭の頂点と中央、FP oneとFP twoの電極を額に合わせます。

EEGキャップを調整して、頭の中央矢状面に沿って対称的になるようにします。次に、基準グランドと記録電極をコントロールボックスに接続します。インピーダンスインジケータを、グランド電極と基準電極からオンにします。

小さなシリンジを使用して、頭皮と電極の間のスペースに電解質ゲルを注入します。電極のインピーダンスレベルが60キロオーム未満であることを確認してください。インピーダンスが60キロオームを下回ると、電極は黄色に変わります。

インピーダンスが25キロオーム未満に達すると、緑色に変わります。次に、アンプを光ファイバーからUSBコンバーターを使用して、USBポートを介してホストコンピューターに接続します。慣性測定ユニットまたはimusを準備するには、IMUソフトウェアを開きます。

グラフィカルインターフェイスで[新規]をクリックし、乳児の両手首、胸部、頭にimusセキュアIMUストラップを設定するように設定します。次に、実験者の両手首にアイマスを固定します。最後に、トリガー入力出力エンクロージャーをEEGに接続して使用します。

まず、乳児をテーブルの上に置き、俳優の方を向くようにします。親に乳児の後ろの椅子に座ってもらいます。次に、制御ソフトウェアを使用してインピーダンスチェックタブを選択し、インピーダンスオンボタンをクリックしてから、インピーダンスの保存をクリックして、EEG電極の初期インピーダンス値を記録します。

インピーダンスを保存するには、EEG記録ソフトウェアを開き、EEGチャネルを設定してワークスペースを生成します。生データを保存するフォルダを選択します。ファイル名を生成します。

使用するチャンネルの数を選択します。サンプリング周波数として 1000 ヘルツを指定し、enable filters オプションのチェックを外します。セグメンテーションを有効にするオプションのチェックを外してください 脳波データの記録を開始します。

モニターをクリックし、EEGレコーダープログラムで再生します。次に、IMU録音ソフトウェアでストリームと録音をクリックします。キネマティクスデータの記録を開始するには、入力出力エンクロージャのプッシュボタンを使用して実験の開始を知らせる3つのトリガーを適用します。

最初のベースラインデータを記録しながら、乳児を1分間休ませます。乳児で約15分間実験を行います。乳児からの模倣反応を開始してみてください。

実験中に乳児が引き出す可能性のあるさまざまな行動(手を伸ばす、つかむ、手を伸ばす、申し出る、探索する、観察する、模倣するなど)に注意してください。乳児が疲れたとき、またはEEG記録ソフトウェアでの15分間の相互作用が経過した後に実験者を停止するために、入力出力エンクロージャに5つのトリガーを適用します。IMUソフトウェアのデータ記録の停止をクリックします。

ストリームダイアログボックスの「停止」をクリックして、IMUの録音を終了します。最後に、制御ソフトウェアのインピーダンスチェックタブを選択して、最終的なインピーダンス値を記録します。インピーダンスをオンにしてから、インピーダンスの保存をクリックインピーダンスを保存するには、EEG電極3Dスキャナーとソフトウェアを使用してEEG電極の3D空間座標をデジタル化します。

これを行うには、ファイルに移動し、ソフトウェアで新しいワークスペースを選択します。ワークスペースの最初のタブに電極位置ファイルをロードします。次に、スキャンツールバーで、[スキャンの開始]をクリックします。

カメラを使用して、キャップの光パターンの変化をたどり、電極の位置をスキャンします。ソースイメージングでは、生後 2 年間の年齢の関数として平均 MRI テンプレートを含む Neurodevelopmental MRI Public Database から高解像度の T 1 加重磁気共鳴画像を取得します。最後に、解剖学的MRIで示された基準点と3Dスキャナーで得られた基準点を適合させることにより、幾何学的変換を取得するために、EEGおよびMRIスペースを共登録します。

脳イメージングソフトウェアを使用する。このプロトコルは、俳優との台本のない社会的相互作用中に自由に行動する乳児からの意図の神経解読のための新しい方法論を提示します。ここで、EEGデータヒストグラムは、分析された行動のそれぞれについて3つの空間的に代表的な電極からの標準化された信号の分布を説明します。EEGとIMUは、自由に行動する乳児の行動を予測できる高時間分解能の神経データを提供します。

ここでは、生後20か月の乳児の分類精度をこの混同行列に示しています。全体的なデコード精度は85.2%です このビデオを見た後、その実験者と社会的相互作用に従事している乳児の失敗行動からDEGおよび運動学的データを収集する方法を十分に理解しているはずです。一度習得すると、このテクニックは適切に実行すれば1時間で完了します。

この手順を試みるときは、乳児が環境にどのように反応するかに注意することが重要です。子供に優しい小さな部屋で、部屋にいる人数が4人未満であれば、新しい環境から乳児が引き起こす可能性のある不安を軽減するのに役立ちます。この手順に続いて、機能的で効果的な接続性などの他の方法を実行して、脳領域間の相互作用と調整が脳機能にどのように寄与しているかなどの追加の質問に答えることができますか?

この新しい技術により、神経認知リハビリテーション工学の研究者は、自閉症などの障害状態での脳活動を探求できるようになると考えています。