全頭部オプトードアレイと短距離チャンネルを用いたfMRIとfNIRSの同時測定データ収集

同じ被験者からfMRI信号とfNIRS信号を同時に収集することは、神経イメージングのゴールドスタンダードであるfMRIの信号とfNIRS信号を一致させることができるため、非常に重要です。fNIRSはまだ発展途上の方法論であり、脳の深部構造に到達することはできません。したがって、fMRI記録により、fNIRS信号をよりよく理解できます。

同じ参加者の脳からのfNIRS信号とfMRI信号を記録する以前の試みでは、2回の記録セッションが必要でした。残念なことに、この2つのセッションは、参加者が同じ刺激を繰り返し見聞きしていることを意味し、脳の反応の仕方を変える可能性があります。プロトコルでは、fMRIとfNIRSの信号は典型的な成人でのみ整列していますが、現在のプロトコルを臨床および発達集団の検査にも拡張できることを願っています。

これは、たとえば、神経心理学的欠損の可能性のある個人からデータを収集する場合、fNIRS信号を最高の信頼度で解釈できるため、特に重要になります。fNIRSとfMRIの同時記録は、特別な集団や子どもの脳内の神経ネットワークを理解する上で特に重要になると考えています。fMRI信号とfNIRS信号を同時に収集することが困難であることは間違いありませんが、私たちはすべてのステップに取り組んでおり、私たちのプロトコルにより、他のラボが同じタイプのデータを収集できるようになると確信しています。

主な課題の1つは、特に頭全体のfNIRSキャップを着用している場合に、参加者がスキャナーで快適に過ごせるようにすることです。手順を実演するのは、私たちの研究室のラボマネージャーであるVirginia Chambersです。参加者が必要な同意書に署名し、タスクの指示を受け取ったら、コントロールルームの椅子に座るように指示します。

額に柔らかい巻尺を巻き付けます。奥の一番広いところに移動して、スタート地点に戻ります。測定された円周に最も近いfNIRS転覆サイズを選択します。

短距離検出器プローブのベースをしっかりとつかみ、fNIRSキャップのメッシュを通過するグロメットの部分の周りでスライドさせます。面がはっきりするように、短距離検出器ケーブルがキャップの裏側を向いていることを確認してください。次に、冬用帽子をかぶるように帽子を頭頂部から下にスライドさせ、あごひもを快適に締めてもらいます。

バックストラップを締めます。キャップがしっかりと取り付けられ、オプトードソケットがヘッドにしっかりと固定されていることを確認します。次に、緑色のステッカーを貼って、10/20システムの位置に従って主要な基準位置をマークします。

巻尺を使用して、頭皮のポイントをキャップのポイントと対称的に合わせます。CZ点から耳介前点、耳介前点、鼻腔点までの距離が等しいことを確認します。参加者に静止したままでいるように指示し、頭の3Dモデルを作成します。

次に、タブレットまたは iPad で構造アプリケーションを起動します。高解像度カラー、赤外線自動露出、および改善されたトラッカー機能がオフになっていることを確認します。次に、参加者を中央に配置し、頭全体が画面上の 3D 正方形に収まるようにし、肩がフレーム内で最小限に見えるようにします。

被写体の周りを歩き回り、3Dスキャナーで頭の形とオプトードをスキャンします。スキャン全体が完了したら、画面右側のボタンを押して3Dレンダリングを開始します。レンダリングの明瞭さと詳細レベルを検証して、オプトードと緑色の基準ステッカーが正確に配置されるようにします。

安全性とプライバシー保護のため、3DスキャンをHIPAAで保護されたサーバーに保存します。3Dモデルが完成したら、緑色のステッカーをはがし、参加者に耳栓を耳に挿入するように促します。スキャンルームでは、20チャンネルのヘッドコイルがスキャナーに配置されていることを確認します。

MRIヘッドコイルの下部の内側にフォーム枕を配置して、参加者の頭の上部を支えます。参加者にスキャナーテーブルに快適に座るように指示します。片手でオプトードグロメットを安定させながら、MRIセーフアプリケーターを使用してグロメットの中央から髪を取り除きます。

次に、しっかりと圧力をかけて、オプトードをグロメットに固定します。参加者にゆっくりと慎重に横になるように指示します。参加者の頭がヘッドコイル内に快適に収まるように、光ファイバーの束を調整します。

導波管からのケーブルの位置に応じて、スキャナーテーブルを持ち上げます。参加者の脚の下に柔らかいクッションを置いて、快適さを保証します。呼吸ベルトを参加者の腰に巻き付けます。

参加者にノイズキャンセリングヘッドホンを着用するように指示し、fNIRSプローブの配置を妨げないことを確認します。パルスオキシメータを被験者の左手人差し指に置きます。ボタンボックスを実験課題に使用する場合は、被験者に利き手で持つように指示します。

ボタンボックスの使用方法を明確に説明してください。スクイーズボールまたはボタンアラームを被験者の利き手ではない手に置き、参加者にその使い方を指示します。参加者にアラームを押すように依頼して、アラームをテストします。

参加者をスキャナーの穴に数インチスライドさせて、ヘッドの位置を合わせます。ヘッドコイルの上部を配置します。次に、マイクとミラーを対応するコイルインサートに挿入します。

参加者を光ファイバーを持ちながら、スキャナーの穴にゆっくりとスライドさせます。スキャナーのコンピュータで、研究に必要な適切な構造的および機能的シーケンスを選択します。ローカライザーがスキャナーボア内で頭部を適切に配置していることを確認し、頭のてっぺんから小脳まで完全にカバーされていることを確認します。

ヘッドコイルミラーからコンピュータ画面が見えることを参加者に確認し、最初の構造スキャンを実行します。被験者レベルのfNIRSデータは、試験間期間と比較して、チェッカーボードブロックの点滅中に両側視覚野領域の活性化が増加したことを示しました。脳活動の時間的痕跡は、点滅するチェッカーボードの提示中にHBO信号が増加し、試験期間中に減少することを示しました。

チェッカーボードの点滅期間中のHBOデータの視覚化は、個々の被験者レベルで視覚野領域の両側活性化を示しました。被験者レベルのfMRIデータは、試験間期間と比較して、点滅するチェッカーボード期間中の一次および二次視覚野でより大きな大胆な信号応答を示しています 皮質下レベルでは、視床の外側膝状核で活性化の増加が観察されます。私たちのプロトコルの重要な課題の1つは、参加者がスキャナーで快適に休めるようにすることであり、これは主にfNIRSシステムに付属するオプトードの種類によって決定されます。

このプロトコルは、特定の関心領域から、さまざまな実験パラダイムにわたってデータを収集するように適合させることができます。また、臨床集団および発達集団でプロトコルを使用する方法についての具体的な提案も提供します。