이 프로토콜은 3세에서 5세 사이의 어린이의 뇌 구조와 기능을 검사하는 데 사용되는 방법을 설명합니다. 이 과정에는 자기공명영상(MRI) 세션을 준비하는 아동 절차, 세션 준비를 위해 가족에게 보내는 자료, 모의 스캐너 교육, 스캔 세션 중 사용되는 방법들이 포함되어 있습니다.
방법 논문
스캐닝 주의사항과 주의 말아야 할 사항: 3세에서 5세 사이의 깨어 있는 아동을 대상으로 한 자기공명영상 활용 뇌 구조와 기능 평가
이 논문에서
요약
초록
어린 시절(3세에서 5세)은 뇌에 큰 변화가 나타나는 시기입니다. 이러한 발달은 언어, 기억, 사회정서적 능력 등 여러 영역에서 연령 관련 개선의 근간이 됩니다. 하지만 MRI를 이용해 이 기간 동안 뇌 구조와 기능을 평가하는 데는 여러 도전 과제가 있습니다. 예를 들어, 가만히 있지 못하거나, 오랜 시간 주의를 유지하는 어려움, 스캐너에서 행동 반응을 수행하는 데 따르지 않는 것이 특히 흔한 문제입니다. 지난 10년간 신경영상 기술의 발전은 소아 신경영상 연구의 성공률을 크게 향상시켰습니다. 예를 들어, 짧은 스캔 시간과 실시간 모니터링 및 스캔 중 움직임 보정은 신뢰할 수 있는 데이터 획득에 특히 유용하게 작용했습니다. 그러나 발달 연구자들은 여전히 창의적으로 젊은 참가자들이 스캔 환경에 적응하도록 준비시키고, 이후 획득한 데이터가 관심 있는 질문을 해결하는 데 활용될 수 있도록 해야 합니다. 이러한 세션의 성공은 HEALthy Child and Brain Development 연구와 같은 대규모 다중 기관 컨소시엄 연구의 시작과 함께 매우 중요해졌습니다. 이 연구들은 생후 초기 몇 년간의 정상적이고 비정형적인 뇌 발달을 추적하려는 연구입니다. 이를 위해 이번 보고서는 지난 11년간 단일 실험실에서 수행된 네 차례의 신경영상 연구에서 어린 아동의 스캔 경험과 발달 신경영상 데이터 품질 향상을 위한 소아 신경영상 프로토콜을 제공합니다. 이 결과는 이 프로토콜을 사용할 때 어린 아동에서 구조적 및 기능적 스캔을 수행할 때 예상 촬영 준비 시간, 총 촬영 시간, 성공률을 제시합니다.
서론
수면 중인 영아를 대상으로 한 MRI 연구는 초기 구조적 및 기능적 뇌 구조가 언어 1,2, 집행 기능3, 사회정서적 발달 등 여러 영역에서 이후 기술의 기초를 마련하는 방식을 보여줍니다. 하지만 특정 인지 과정을 겨냥한 많은 발달 질문은 연구자가 과제, 영화 또는 기타 자극에 대한 반응을 측정하기 위해 아이들이 스캔 중에 깨어 있어야 합니다. 아이들이 성장함에 따라 스캔 중 행동 반응을 제공할 수 있는 능력이 점점 더 커지며, 이는 어린 시절 깨어 있는 신경영상으로의 전환을 촉진합니다. 잠자는 아이들을 스캔하는 것에서 깨어 있을 때 스캔 데이터를 수집하는 방식으로의 전환은 새로운 도전 과제를 도입합니다. 예를 들어, 많은 어린 아이들이 MRI에 대해 불안을 느끼는데, MRI는 매우 새롭고 자극적인 환경이기 때문에 아이들에게 적합하지 않은 경우가 많습니다. 더 나아가, 아이들에게 의사 진료실을 떠올리게 할 수 있고, 실제로 많은 연구자들이 의료 센터에서 스캔하는 곳이기도 합니다. 아이들이 스캐너에 들어갈 수 있다면, 스캔 프로토콜 동안 스캐너 안에 머무르고 집중을 유지하는 것이 어려울 수 있습니다. 주의력 상실은 특히 작업 기반 스캔에서 중요하며, 연구자들은 이를 통해 기능적 뇌 특성과 인지 과정 간의 관계를 추론하기를 희망합니다. 불안과 주의력 변동이 이 연령대의 움직임 증가에 기여하며, 그 결과 어린 시절은 5번 영상을 찍기가 매우 어려운 시기로 간주됩니다.
기존의 소아 MRI 프로토콜은 주로 수면 중인 영아에 초점을 맞추고있으며, 7,8. 하지만 어린 시절(약 3세에서 5세) 동안에는 깨어 있는 상태로 스캔할 수 있으나, 버튼 누르기 반응이 필요한 전통적인 작업 기반 기능적 MRI 스캔에는 아직 너무 어릴 수 있습니다. 이 격차는 중요한 부분으로, 유아기는 아이들의 주의력, 가만히 있는 능력, 지시 준수 능력이 드러나기 시작해 깨어 있는 스캔의 변형을 가능하게 하는 독특한 발달 시기이기 때문입니다. 따라서 미취학 아동을 깨운 상태로 스캔하는 데는 나이가 더 많은 아이들에 대한 고려사항을 넘어서는 추가적인 고려사항이 필요합니다. 현재까지 이러한 세션에 접근하는 최선의 관행은 학회에서의 대화나 한 직책에서 다음 직책으로 교육을 전달하는 비공식적으로 공유되어 왔습니다(예: 박사후 연구원 기간 동안 배운 절차와 독립 연구소 설립 시 적용된 절차). 현재 프로토콜은 이러한 실천법을 공식화하고 통합하여, 투명성을 높이고 MR 환경에서 이 연령대와 함께 일하는 데 처음 참여하는 연구자들이 어린 아이들과 함께 깨어 있는 MRI를 구현할 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있습니다.
따라서 이 프로토콜의 목표는 유아기 동안 고품질의 뇌 이미지를 안전하게 획득하여 뇌-행동 관계를 연구하는 데 있습니다. 구체적으로, 이 프로토콜을 통해 고품질 데이터를 획득하면 연구자들은 뇌 구조와 인지 결과 간의 관계, 뇌 영역 간 기능적 연결성이 인지 결과와 어떻게 관련되는지, 또는 과제 관련 기능 활성화가 다양한 인지 과정을 어떻게 지원하는지와 같은 다양한 발달 질문을 다룰 수 있습니다. 이러한 질문들은 특히 유치원 시기에 두드러지는데, 이때 마음 이론9, 지속 기억 형성10, 읽기 발달11 의 기초가 되는 문해 전 기술과 같은 기초 능력이 빠르게 드러납니다. 더불어, 이 시기의 인지 발달 연구는 임상적·정책적으로 중요한 시사점을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 뇌 발달과 조기 낮잠 전환을 연계시키는 것은 유아기 낮잠 정책에 영향을 줄 수 있으며, 이는 학습과 기억에 영향을 미칠 수 있습니다12.
이 논문에서 설명된 기법들은 이전 7,8번 프로토콜을 기반으로 하면서도 최신 기술 발전과 방법론적 고려사항을 반영하여 매우 어린 아동을 깨운 상태로 스캔합니다. 이 방법은 특히 3세에서 5세 어린이의 MRI 데이터를 수집하는 연구자들에게 적합합니다. 앞으로의 연구는 각성 MRI(예: 영아기 13세, 유아기14세)를 사용하여 뇌-행동 관계를 더 넓은 연령대와 발달 단계에서 검사할 수 있도록 절차와 기술을 계속 조정해야 합니다.
이 프로토콜에 명시된 단계를 따라가면, 연구자들은 두 영역의 급속한 성장 시기에 구조적 및 기능적 뇌 발달이 인지 발달을 어떻게 지원하는지 조사할 수 있을 것입니다. 또한, 이 프로토콜은 임상 현장에서도 고품질 신경영상 데이터를 획득할 수 있게 하여 어린 아동의 신경발달 상태의 조기 진단과 특성 분석을 향상시킬 잠재력을 가지고 있습니다. 프로토콜의 효능을 보여주기 위해, 지난 11년간 단일 실험실에서 3세에서 8세 사이의 어린이를 대상으로 이 프로토콜을 사용한 네 건의 신경영상 연구 결과를 제시합니다. 결과는 스캔 전 예상 준비 시간, 스캔 프로토콜 기간과 실제 스캐너 내 시간, 그리고 구조적 또는 기능적 서열 유형에 걸쳐 획득된 사용 가능한 데이터를 제공합니다.
프로토콜
이 프로토콜은 자기공명영상(MRI)을 사용하여 깨어 있고 건강한 미취학 아동의 뇌 구조와 기능을 측정하는 방법과 도구를 설명하며, 메릴랜드 대학교 칼리지파크 캠퍼스의 인간 연구 윤리 위원회 지침을 따릅니다. 각 자녀의 부모 또는 법적 보호자로부터 서면 동의를 받았고, 각 자녀로부터 구두 동의를 받았습니다. 프로토콜은 모집 실천부터 실제 스캔 세션까지 성공적인 신경영상 세션을 촉진하는 모든 단계를 포함하며, MRI에 대한 아동과 부모의 불안을 줄이는 방법과 데이터 극대화를 위한 문제 해결 방법을 강조합니다.
1. 직원 교육 및 경력
- 먼저, 연구팀의 신입 멤버들이 관찰만 하는 세션을 그림자처럼 관찰하게 하세요.
- 두세 세션을 섀도잉한 후, 신규 회원은 스캔 버디 역할을 하는데, 이는 세션 진행 등 다른 역할보다 의사결정과 문제 해결이 덜 필요하지만, 학습 방문에 더 적극적으로 참여하고 아동 참가자와의 친밀감 형성 연습을 할 수 있는 기회를 제공합니다.
- 두세 세션 동안 스캔 버디로 활동한 후, 신입 회원들이 세션을 이끌고 경험 많은 연구팀원이 지원합니다. 세션 후 그들의 성과에 대한 상세한 피드백을 제공하세요. 이 과정을 반복하여 새 회원이 독립적이고 자신 있게 세션을 이끌 수 있을 때까지 반복하세요.
- 새 회원들은 나이가 더 많은 아이들을 스캔하는 것부터 시작하게 하세요. 이들은 더 순응적이고, 세션도 어린 아이들보다 원활하게 진행됩니다. 또는 연구 환경에 더 익숙할 수 있는 동료 자녀를 대상으로 연습하게 할 수도 있습니다.
2. 채용 및 일정
- MRI에 대한 선입견에 대해 문의하고 불안의 원인을 완화하세요. 예를 들어, 아이가 이전에 MRI 경험이 있는지, 세션 중에 문제가 있었는지(예: 스캐너 소음이나 제한된 공간에 민감했는지)이 있는지 물어보세요.
- 잠재적 가족에게 스캔이 진정제나 방사선 치료가 필요 없으며, 촬영 중 언제든지 중단할 수 있고, (영상 센터 관행에 부합한다면) 부모나 보호자가 항상 아이와 함께 있을 수 있고, 스캔 기간 동안 연구원이 아이와 함께 있을 것임을 알려주세요.
참고: 어떤 아이들은 부모가 모든 단계에 적극적으로 참여할수록 더 좋은 성과를 내지만, 어떤 아이들은 부모가 덜 적극적인 역할을 할수록 더 좋은 성과를 낼 수 있습니다.
초기 모집/선별 시 부모에게 부모가 연구자의 지시에 더 집중할지 직접 물어보세요(예: 모의 교육과 실제 스캔 중 방 안에서와 방 밖에서 할 때, 연구 방문 구조를 결정하기 때문입니다). - 아동 참여자를 위한 자료는 아동 친화적인 언어를 사용하세요. 예를 들어, 'brain camera'는 'MRI'나 'scanner'보다 덜 위협적으로 들리고, 'helmet'은 'head coil'보다 덜 위협적으로 들립니다.
- 영상과 기타 시각 자료를 활용해 가족들에게 신경영상 센터에 도착했을 때 세션이 어떻게 진행될지 정확히 보여주세요( 그림 1A 참조).
- MRI에 대해 더 많이 읽고 과정을 더 자세히 이해하고자 하는 부모님들을 위해 몇 편의 기사(이상적으로는 일반인을 대상으로 작성된 것)나 기타 자료를 준비해 두세요.15, 16.
- 주말, 방학, 아침에 예약을 제공하세요(아이가 피곤하고 협조가 떨어질 가능성이 높은 방과 후에는 제외). 부모님의 의견을 들어서 자녀의 MRI 일정을 잡는 최적의 시기를 확인하세요. 예를 들어, 어떤 아이들은 아침 일찍 가장 잘 발휘하는 반면, 다른 아이들은 아침에 몽롱하고 오후에 더 좋은 성과를 냅니다.
- 세션 며칠 전에 부모님께 세션에 참석할 수 있는지 확인하라는 알림을 보내세요. 다가오는 방문에 필요한 사항을 포함하세요. 예를 들어, 부모에게 아이에게 편안하고 금속이 없는 면 티셔츠와 트레이닝복 같은 옷을 입히라고 지시하세요.
- 아이가 MR 안전하지 않은 옷을 입고 도착할 경우를 대비해 현장에 MR-안전 예비 의류를 준비하세요.
그림 1: 참가자 모집, 교육 및 보상을 위한 자료. (A) 연구 방문 전 가족에게 보내는 MRI 영상. 가족이 신경영상 센터에 들어올 때부터 나올 때까지 무엇을 기대해야 하는지 명확히 해야 합니다. (B) 실제 MRI와 같은 조건에서 참가자들이 가만히 누워 있는 경험을 할 수 있도록 플레이 터널을 사용했습니다. (C) 참가자들이 뇌 이미지를 사용한 상품으로는 아이의 뇌 이미지가 다림질된 티셔츠를 입은 곰인형과 아이가 직접 입을 수 있는 티셔츠가 포함됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
3. 스캔 전 준비
- 방문 시 아동 관련 경험이 있는 실험실 직원 최소 두 명을 배치하세요. 모의 세션 동안 참가자와 함께 일하고 MRI 제어실 설치를 관리하는 직원 한 명, 그리고 실제 스캔 중에도 아이와 함께 방에 남아 있는 보조 역할(일명 '스캔 버디') 역할을 하는 직원 한 명입니다.
- 연구팀 규모에 가족이 부담을 주지 않도록 하세요. 팀을 소규모로 유지하고 한 명씩 소개하세요.
- 한 팀원이 가족을 맞이하고 모의 스위트로 안내한 후, 필요할 경우 추가 인력을 소개하세요. 예를 들어 스캐너 스위트에 들어갈 때 MR 조작자를 소개하는 식입니다.
참고: 일부 신경영상 센터는 자체 MRI 조작자/기술자가 있어 스캔을 수행하며, 다른 곳에서는 연구팀이 해당 인원을 교육합니다. 센터에서 운영자를 제공하지 않는다면, 스캐너를 조작할 수 있는 추가 연구팀원을 두어 총 3명의 직원을 배치하세요. - 실제 스캐너 실에 들어가기 전에, 아이가 실제 스캔에서 무엇을 해야 하는지 보여주는 모의 MRI 세션을 진행하세요. 예를 들어, 스캐너가 내는 소리와 비슷한 소리를 들으며 가만히 누워 있는 연습을 합니다.
참고: 일부 신경영상 센터에는 복제 스캐너가 있는 전용 모의 스위트룸이 없을 수 있지만, 약간의 창의력으로 동일한 원리를 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 아이가 천으로 된 놀이 터널에 누워 휴대전화로 스캐너 소리를 최대 볼륨으로 재생하는 모의 MRI 환경을 재현해 보세요(그림 1B 참조). 하지만 일부 연구에서는 모의 스캐너 세션이 어린 아이들을 성공적으로 스캔하는 데 필수적이지 않다고 제안하므로, 이 방법을 사용할지 여부를 결정해야 합니다. 모의 스캔은 추가 시간이 필요하며, 이는 부담이 될 수 있음을 유의해야 합니다. 게다가 실제 스캔 당일에 시행하면 아이들이 피곤하거나 배고프거나 보채기를 겪으며 가족들이 답답해할 수 있습니다. 따라서 이 방법을 사용할지 여부는 연구자의 재량에 달려 있습니다. 현재 프로토콜은 결과 섹션에 제시된 연구들과 일치하여 모의 세션의 단계를 다룹니다. - 아이들이 MRI 촬영을 준비할 수 있도록 많은 비계를 마련하세요. 먼저 좁은 공간에 가만히 누울 수 있도록 천으로 만든 놀이 터널( 그림 1B 참조)과 같은 익숙하고 아이 친화적인 도구를 사용해 준비시키세요.
- 모의 스캐너 세트를 도입하고 아이가 스스로 공간을 탐색할 수 있도록 하세요.
- 아이가 들어올 때 편안함을 느끼도록 공간을 꾸미고, 방의 여러 측면을 토론하며 친밀감을 쌓으세요(예: 벽에 있는 우주선 사진이 가장 마음에 들나요?"라고 물어보기).
- 모의 MRI 훈련을 실제로는 실제 스캔의 모든 측면에 대비할 수 있는 기회로 삼으세요(그림 2A, B 참조). 각 단계를 시연하는 시각적 보조 자료와 함께 뇌 사진을 찍는 과정을 상세히 설명한 뇌 카메라 북을 만드세요(그림 2C-F).
- 아이가 실제 스캔 때 들을 소리를 모방한 사전 녹음된 스캐너 소리를 듣게 하여 경험을 쌓을 또 다른 기회로 삼으세요.
- 먼저 아이가 방 안에 서서 소리를 듣게 하고, 그 소리를 떠올리게 하는 것들을 찾아보게 하세요. 예를 들어, 한 장면은 종종 아이들에게 울리는 전화, 알람 시계, 소방차를 떠올리게 합니다. 이 낯선 소리들을 더 익숙한 소리에 매핑해 실제 스캐너에서 소리를 들을 때 불안을 줄이는 데 도움이 됩니다.
- 구조 스캔 중에 아이가 영화를 볼 수 있는 옵션을 두어, 이는 아이의 몰입도를 높이고 결과적으로 스캔 시 움직임을 줄여줍니다. 모의 세션 동안, 아이가 미리 정해진 연령에 맞는 영화 중에서 구조 스캔을 위해 볼 영화를 선택하게 하세요.
참고: 아이의 관심을 끌 수 있으면서도 너무 우스꽝스럽거나 노래가 포함된 영화를 제공하세요. 코믹한 영화는 웃음을 유발하고, 노래가 나오는 영화는 아이가 따라 부르도록 유도하여 둘 다 움직임을 유발합니다. 부모의 의견을 들어보세요. 부모님은 아이에게 특히 웃기거나 무섭고 스트레스를 줄 수 있는 영화에 대해 추가적인 통찰을 가질 수 있습니다. - 아이에게 모의 MRI 침대에 누워 스캐너 소리를 들으며 영화를 보는 연습을 하게 하세요.
- 아이에게 조각상처럼 가만히 있으면서도 좋아하는 봉제인형처럼 부드러워야 한다고 상기시켜 주세요(브레인 카메라 책, 그림 2F에서 소개됨). 실제 MRI 시퀀스 중 하나와 같은 시간(예: T1 가중 해부학적 시퀀스의 경우 약 4-5분 정도)을 시행하세요.
- 이 시간 동안 아이에게 움직임과 주의력에 대해 피드백을 제공하세요. 이 연습을 아이가 2분 동안 가만히 있을 수 있을 때까지 계속하세요.
참고: 아이가 고개를 끄덕이거나 질문에 답하라는 제스처를 보일 경우, 말로 대답하도록 유도하고, 실제 뇌 카메라에서도 그렇게 해야 한다고 알려주세요. 이는 스캔 중 머리 움직임을 줄이는 데 중요합니다. 이 질문을 아이에게 하는 질문에 포함시키세요(예: "괜찮고 앞으로 나아갈 준비가 되면 '예'라고 말하거나 '아니오'라고 말하세요"). 아이가 무릎을 끌어올리거나 손을 거울/스캐너 천장에 대는 등 특정한 동작이나 특정 방향으로 움직이는 다른 일반적인 움직임이나 경향을 기록하고, 이를 바탕으로 지시와 접근 방식을 조정하세요(각 스캔 시퀀스의 매개변수는 보충 표 1 참조). - 모의 MRI 스캐너 침대를 밀어 아이를 모의 스캐너로 옮기면서 실제 MRI 경험을 흉내 내세요.
- 3.12-3.14 섹션에서 영화 재생, 스캐너 소리, 움직임 모니터링 과정을 반복하세요. 이 방법을 아이가 한 번의 스캔 중 한 번(약 5분) 동안 움직이지 않고 가만히 있을 때까지 계속하며, 전체 방문 시간과 아이의 지속 능력을 고려하세요.
- 아이가 특히 불안해한다면, 부모나 연구자에게 먼저 모의 스캐너에서 가만히 누워 있는 모습을 시범 보여주도록 제안하세요. 참여자들이 다른 사람들이 자신에게 요구되는 일을 기꺼이 해준다는 것을 보는 것이 종종 도움이 됩니다.
- 아이가 MRI 사용 가능한 봉제 인형 중에서 하나를 골라 실제 스캐너에 가져가도록 제안하세요.
- 아이에게 "친구를 뇌 카메라 방에 데려가고 싶으신가요?"라고 물어보세요. 만약 그들이 예라고 답하면, 옵션을 보여주고 그들이 하나를 선택하게 하세요. 만약 거절되면 인형을 선택하지 않고 진행하세요.
- 실제 스캐너실로 가기 전에, 부모가 검사 양식에 적힌 정보를 확인하고, 간단한 간식 휴식(수분 섭취 최소화)을 하며, 아이가 화장실을 이용하도록 하세요.
- 가족이 모든 소지품(예: 휴대폰, 가방, 시계, 보석류)을 통제실과 스캐너실 밖의 사물함에 보관해 방해를 최소화하도록 하세요.
참고: 방문 예약 전에 부모가 자녀와 자신 모두의 MRI 안전 검사 양식을 작성하도록 하여 자녀가 자격이 있는지 확인하세요(신경영상 센터에서 스캐너실 출입을 허용한다면). 그 후 스캔 당일에 참가자와 부모/보호자를 다시 선별합니다. 부모가 스캔 중 아이와 함께 방에 머무르지 않더라도, 아이가 스캐너에서 불안해하고 부모가 안으로 들어가 위로해주고 싶어 할 때 스캔 중에 더 큰 유연성을 제공합니다. 부모가 MR 안전하지 않다면, 관련 제한 사항을 충분히 이해해야 합니다. - 아이의 뇌 이미지가 담긴 티셔츠나 아이의 뇌 3D 프린트아웃 등 뇌 테마의 상품을 제공해 추가 동기 부여를 하세요( 그림 1C 참조). 스캔 전에 아이에게 이 상품에 대해 알려주고, 만약 아이가 가만히 있다면 상품 사진이 더 잘 나올 것이라고 알려주세요.
참고: 이 상품들은 세션 현장에서 제작(예: 아이언온 아플리케로 브레인 티셔츠를 만드는 것)도 가능하지만, 시기가 항상 맞지는 않을 수 있습니다. 만약 MRI 촬영 당일에 이 상품들을 제공하지 못한다면, 테디베어나 스티커북 같은 선물을 아이가 세션 종료 시 가져갈 수 있도록 준비하세요.
그림 2: 모의 스캐너 장비와 교육 자료. (A) 실제 스캔을 더 연습할 수 있는 모의 MRI 스위트의 두 가지 예시로, 실제 스캐너 스위트와 더 가깝게 모방된 공간( 그림 1B의 놀이 터널과는 비교). 우주나 수중 테마를 사용하면 모의 공간이 덜 위압적이고, 연구자들이 MRI 방문을 모험처럼 설정할 수 있게 됩니다. (B) 모의 공간을 이용해 헤드폰 착용, 스캐너 침대에 누우기, 슈퍼히어로 헬멧 착용 등 실제 스캔을 위한 모든 단계를 연습하세요. (C) 어린이 친화적인 이미지가 포함된 다채로운 표지 페이지. (D) 뇌 카메라를 아이가 이미 익숙한 일반 카메라와 연결하면 뇌 카메라에 대한 편안함을 높이고, 흐릿한 사진을 피하기 위해 가만히 있어야 한다는 개념의 중요성을 강화할 수 있습니다. 이는 일반 사진과 뇌 사진 모두에 해당됩니다. (E) 스캔 과정을 거치는 다른 아이들의 사진을 제공하고, 금속 검사를 위해 마법봉으로 동작을 연습하고 헤드폰을 착용하는 것. (F) 참가자들과 함께 "still", "soft", "super-duper"와 같은 간단한 명령어가 세션 중 무엇을 해야 하는지 간단히 상기시켜 줄 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
4. 스캔 중
- 아이가 방에 들어오기 전에 미리 준비하세요(이 항목들은 아이가 스캐너실에 도착하기 전에 완료하는 것이 이상적이며, 그때는 아이가 편안하게 지낼 수 있도록 집중할 수 있습니다).
- 아이가 선택한 영화와 필요한 작업 파일을 미리 준비한 후 시각적 디스플레이와 오디오 설정을 확인하세요.
- 아이가 스캐너에 들어갔을 때 화면 체크를 열어보세요. 이것은 아이가 볼 수 있는 이미지가 가장자리를 따라 배치된 파워포인트 슬라이드처럼 간단할 수도 있습니다( 그림 3 참조).
- 만약 아이가 스캐너 안에서 머리를 움직이지 않고 화면의 모든 이미지를 말할 수 있다면, 전체 화면을 볼 수 있습니다. 만약 일부 이미지를 놓치면 거울을 조정하고 다시 한 번 그들이 무엇을 볼 수 있는지 물어보세요. 이 과정을 반복해서 모든 이미지의 이름을 붙일 때까지 반복합니다.
참고: 가능하다면 실제 스캐너에 데칼이나 테마 시트를 붙여 보세요. 이렇게 하면 스캐너 환경이 덜 위압적이고 아이들에게 더 친숙해집니다. - 헤드폰 볼륨 레벨을 확인해서 너무 작거나 너무 크지 않은지 확인하세요.
- 아이에게 사용할 귀 보호대와 머리 보호대를 미리 준비하세요.
- 모션 모니터링 소프트웨어를 사용할 경우, 미리 파라미터를 설정해 두는 것이 중요합니다. 프레임 위드 통합 실시간 MRI 모니터링(FIRMM)을 사용할 경우, 다음 설정을 설정하세요: fMRI 운동 임계값: 0.3 mm, T1/T2 운동 임계값: 0.5 mm, 뇌 크기: 기본값.
- 아이와 함께 스캐너 실에 들어갔다
- 통제실에 들어가면 아이를 MRI 조작자에게 소개하고, 이 친구가 뇌 사진을 찍는 데 도움을 줄 것이라고 말하세요.
- 부모/보호자와 아이가 금속이 묻지 않았는지 확인하기 위해 휴대용 금속 탐지기를 사용하세요. 부모나 보호자나 아이가 주머니가 있는 옷을 입고 있다면, 주머니가 비어 있는지 확인하라고 지시하세요.
- 아이에게 손을 옆에 두고 발을 모으고 연필처럼 똑바로 서라고 하세요. 손에 든 금속 탐지기를 아이의 발에서 머리 꼭대기까지, 그리고 등을 따라 몸 앞쪽을 따라 돌립니다.
- 아이에게 팔을 '불가사리처럼 벌리게' 해보라고 하세요. 금속 탐지기를 한쪽 다리 옆을 따라 아이의 옆구리를 따라 올라가고, 팔 아래로, 팔 윗부분을 따라 머리 옆을 따라 올라가고, 반대쪽 옆으로 같은 경로를 따라 아래로 돌립니다.
- 금속 탐지기가 신호를 보낸다면 금속이 있는지 확인하고, 물건을 제거한 뒤 다시 아이를 검사하세요.
- 부모/보호자에 대해서는 4.2.3-4.2.5절의 과정을 반복하세요.
- 스캐너 스태프에 들어가면, 아이가 스캐너 공간을 탐색하거나 기계에 대해 질문할 기회를 준 후 스캐너 침대에 앉도록 안내하세요.
- 침대에 올라갈 수 있도록 의자를 마련해 주어 통제감과 자율성을 높이세요.
참고: 아이가 특히 불안해한다면, 스캐너실에서 아이가 듣기 좋은 음악을 틀어 스캐너에서 나는 '휘익' 소리를 가리세요. - 아이들이 침대에 앉아 있을 때, MRI 뒤쪽 스크린을 보여주고 거울을 통해 영화를 볼 것이라고 상기시켜 주세요.
- 귀마개를 착용하기 전에 직접 손으로 만져보게 하고, 영화를 보거나 게임을 할 때 '카메라 소음'이 방해받지 않도록 도와줄 것이라고 설명해 주세요.
- 귀 보호대를 착용한 후에는 아이의 머리에 헤드폰을 씌우고 아이가 헤드 코일 안에 눕게 하세요. 아이를 편안하게 눕히고 머리가 곧게 될 때까지 자세를 바꿔 주세요.
- 부드러운 폼 패딩을 사용해 아이의 머리를 머리 코일에 넣고, 이게 베개처럼 더 편안하게 만들어야 하며 "너무 꽉 끼지 않게" 해야 한다고 설명하세요. 패드를 넣기 전에 꼭 눌러주게 하세요.
- 스캔 중 머리 움직임이 크게 나오지 않도록 아이의 머리와 머리 코일 사이의 음의 공간을 제거하세요. 패드를 제자리에 놓으면 아이에게 "아늑하면서도 너무 꽉 끼지 않나요?"라고 물어보세요. 아이가 확인할 때까지 필요에 따라 패드를 재조정하세요.
- 아이의 영화 일부를 헤드폰으로 틀어주어 너무 조용하거나 너무 크지 않도록 하세요.
- 아이의 무릎 아래에 말아 올린 수건을 깔아 편안함을 높이고 다리를 움직이거나 꼬는 것을 줄여 전도성 고리가 생길 수 있습니다.
참고: 다리를 자주 움직이는 아이들에게는 움직임을 줄이기 위해 MR-safe 무게 담요를 사용하세요. 아이가 MRI 봉제인형을 선택하면(3.16.2절 참조), 인형을 건네주고 편안한 자세로 자리 잡도록 하세요. 스캔 중에는 움직이지 말라고 상기시켜 주세요. 스캔 중 촉각 동작 피드백을 제공하기 위해 아이의 이마를 통해 머리 코일 베이스 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 의료용 테이프를 붙이세요. 이는 스캔 중 머리 움직임을 줄이는 것으로 나타났습니다19. - 다음으로, 아이에게 우주 헬멧이나 슈퍼히어로 헬멧을 받을 예정이니 뇌 사진을 찍고 머리 코일을 착용해야 한다고 알려주세요.
- 헤드 코일이 제자리에 놓이면, 아이에게 '브레인 카메라 침대'가 올라갈 것이라고 말하세요.
- 스캐너 베드가 홈 위치에 놓이면, 거울을 켜고 화면 확인( 그림 4 참조)을 사용해 아이가 전체 화면을 볼 수 있도록 조정하세요. 아이에게 화면에 보이는 동물이나 색깔을 물어보고, 모든 이미지의 이름을 꼭 말해보세요.
참고: 어린 아이들은 전체 화면을 볼 수 있냐는 질문에서 의미를 이해하지 못할 수 있으므로, 이 단계는 스캔 중에 아이가 전체 화면을 볼 수 있도록 하는 데 필수적입니다. - 아이를 스캐너에 옮기기 전에 마지막으로 궁금한 점이 있는지 물어보고, 편안한지 확인하며, 가만히 있고 팔이나 다리를 꼬지 말라고 상기시켜 주세요.
- 아이에게 연구 스태프가 스캔 내내 방에 함께 있을 것이며, 각 '사진' 사이에 점검할 것임을 상기시켜 주세요. 또한 고개만 끄덕이지 말고 말로 대답하라고 상기시켜 주세요.
참고: 스캐너에 들어가는 순간부터 아이가 볼 수 있는 무언가를 화면에 항상 두고, 시퀀스 사이사이에 헤드폰을 통해 계속 대화하는 것이 매우 중요합니다. 이렇게 하면 아이들이 스캐너에 아무것도 보이지 않아 불안해하고 다음에 무슨 일이 일어날지 불안해하기 때문에 움직임이 줄어듭니다.
- 스캐너 룸에서 조력자(스캔 버디)의 역할
- 스캐너 내부에 가까이 머물며 스캔 중 움직임과 경계 상태를 모니터링하세요. 스캔 중 아이와 불규칙한 신체 접촉을 피하세요. 아이가 스트레스를 받지 않는 한, 이는 종종 아이가 아래를 보게 하여 머리를 움직이게 만듭니다.
참고: 신체 접촉이 움직임을 막는 효과는 아이마다 크게 다르지만, '전부 또는 전무' 접근법이 잘 작동합니다. 스캐너에서 잘 나오거나 신체 접촉 시 움직이는 아이들은 스캔 중에는 신체 접촉을 하지 마세요. 스캐너에서 불안해하고 어떤 식으로든 안심시키지 않으면 움직이는 경향이 있는 아이들의 경우, 발목에 손을 얹거나 양쪽 발목에 팔뚝을 올려 지속적으로 압박을 유지하세요. 필요하다면 스캔 파트너가 보어에 몸을 기울여 스캔 내내 아이의 배에 손을 얹기도 합니다. - 스캔이 시작되면 자기장 불균질성을 제한하기 위해 보어에서 너무 많이 움직이지 않도록 하여 이미지 아티팩트가 발생할 수 있습니다.
- 시퀀스 간 전환을 돕기 위해 제어실의 연구원이나 운영자가 특히 긴 설정 동안 아이와 대화를 나누게 하면, 아이가 스캐너실에 혼자가 아님을 상기시켜 불안을 줄여줍니다. 스캔 버디가 아이에게 말을 걸지 않도록 피하세요. 아이가 고개를 숙이고 머리를 움직이게 할 가능성이 큽니다.
- 아이에게 중요한 시기에 정보를 소량씩 나누어 전달하여 부담을 주지 않도록 하세요. 예를 들어, 아이에게 "이제 게임/영화를 준비할 거예요. "시작 전에 바로 알려드리겠습니다"라고 연구진이 기능적 스캔을 준비하고 있습니다. 그 후 설정이 끝난 후에는 게임이나 영화에 대한 지침을 제공하고, 스캔을 시작하기 전에 가만히 있으라고 상기시켜 주세요.
- 아이의 필요에 대해 수용적으로 받아들이세요. 예를 들어, 스캔 중에 추워지면 담요를 덮고, 더워지면 담요를 벗기세요.
- 스캔을 중단해야 할 경우 제어실의 연구원들에게 신호를 보내세요(예: 아이가 나가고 싶어 하면, 아이가 헤드 코일의 거울을 움직였다). 모든 직원이 신호를 이해하고 동의하도록 하세요.
- 아이가 깨어 있고 기능적인 작업을 위해 화면을 잘 보도록 하세요.
- 스캐너 내부에 가까이 머물며 스캔 중 움직임과 경계 상태를 모니터링하세요. 스캔 중 아이와 불규칙한 신체 접촉을 피하세요. 아이가 스트레스를 받지 않는 한, 이는 종종 아이가 아래를 보게 하여 머리를 움직이게 만듭니다.
- 제어실
- 헤드폰을 통해 아이에게 첫 번째 뇌 영상이 곧 시작될 것이고, 그때 '뇌 카메라 소리'가 들리기 시작할 것이라고 알려주세요. 가만히 있고 부드럽게 지시를 따르도록 상기시켜 주세요( 그림 2F 참조). 만약 이 첫 번째 시퀀스가 구조적 스캔(정적인 해부학적 정보를 제공하는 시퀀스)이라면, 아이가 미리 선택한 영화를 재생하게 하세요.
- 구조적 스캔: 아이 영화를 틀고 스캔을 시작하세요. 스캔이 끝난 후 품질을 확인하여 재실행이 필요한지 판단하세요.
참고: 영화 중에 아이가 몰입해 있고 가만히 있다면, 여러 구조 시퀀스를 확인 없이 진행하는 것을 고려하세요. 이로 인해 머리 움직임과 아이의 불안감이 줄어듭니다. - 기능 검사: 작업 기반 기능 검사의 경우, 작업을 불러오고 아이의 헤드폰을 통해 지시사항을 제공합니다. 과제를 완료하는 동안 가만히 있으라고 상기시켜 주세요.
참고: 과제가 로드되는 동안 아이와 대화하여 아이가 집중하고 가만히 있게 유지되도록 하세요. 작업 시작 중 휴식 시간은 지루함이나 불안으로 이어질 수 있습니다.7. 아이가 몇 초라도 아무도 말을 하지 않고 방치되면, 움직이거나 스캔을 종료해 달라고 요청할 가능성이 큽니다. 과제 중 아이가 잠들거나, 작업 중에 말을 하거나(이로 인해 움직임이 생기거나), 스캔 도중에 담요를 달라고 하거나 이불을 벗기라고 요청하는 경우, 가려움을 느끼고 움직인다, 과제 중 화면이 아니라 방 안의 연구원을 바라보는 등 흔한 문제에 주의하세요. 그리고 스캔 중에 아이가 거울을 위로 뻗어 움직이는 모습이 화면의 시야 범위에 영향을 줄 수 있습니다. 어린 아이들에게서 움직임을 유도하지 않고는 버튼 반응을 얻기 매우 어렵습니다. 간단한 언어 반응과 드문드문 스캔 또는 안구 운동 반응을 고려해 보세요20,21. - 스캔 순서를 최대한 유연하게 조정하세요.
참고: 예를 들어, 어린 아이들이 스캔 세션 초기에 더 큰 참여를 할 수 있도록 과제 기반 시퀀스부터 시작하는 것이 더 나을 수 있습니다. 하지만 아이가 특히 불안하다면, 원하는 영화를 볼 수 있는 해부학적 스캔부터 시작하는 것이 더 나을 수 있습니다. - 사용 가능한 구조 스캔이 확보되지 않으면 작업 및 휴식 데이터가 사용되지 않을 수 있다는 점을 명심하세요. 아이의 구체적인 필요를 돌보는 것과 연구에서 가장 중요한 순서를 우선순위로 정하는 것 사이에서 균형을 맞추세요. 세션이 길어질수록 그 순서들이 습득되지 않을 수 있기 때문입니다.
참고: 시퀀스나 작업이 실행에 실패해 문제 해결이 필요할 경우, 픽사 단편이나 다른 짧은 애니메이션 클립을 틀어 아이가 가만히 있고 몰입할 수 있도록 하세요. 변화가 있으면 헤드폰을 통해 아이에게 전달해 무엇을 기대해야 하는지 알 수 있게 하세요. 예를 들어, 기능 문제 해결 시 "게임이 시작되는 데 약간 문제가 있어서 다시 시도하기 전에 짧은 영상을 틀겠습니다."라고 말할 수 있습니다. - 소프트웨어를 통한 모션 모니터링이 가능한 시퀀스의 경우, 아이의 움직임이 허용 가능한 움직임의 사전 정해진 임계값을 충족하는지 확인하세요. 이 방법이 불가능한 시퀀스의 경우, 시퀀스를 재검사해야 하는지 육안으로 검사합니다(예: 이미지의 선명함, 띠/줄무늬 증거, 인티팩트 등).
- 시퀀스를 재진행할지 판단할 수 있도록 품질 평가 가이드를 준비하세요.
- 스캔 순서, 각 시퀀스별 실행 횟수, 세션 중 프로토콜 편차를 명확히 문서화하라. 이는 데이터 분석 시 고려해야 한다.
- 스캔 후
- 마지막 시퀀스가 끝나면, 헤드폰으로 아이에게 모두 끝났으니 운영자가 와서 아이들을 꺼내겠다고 알려주세요. 운영자가 내릴 때까지 가만히 있으라고 상기시켜 주세요.
- 스캔 파트너가 아이가 적절한 시점까지 스캐너에 머무르도록 도와주세요.
- 아이에게 긍정적인 피드백을 주고, 잘했다고 말하며 노력에 감사 인사를 전하세요!
- 허락된다면, 아이가 스캐너에서 나온 후 볼 수 있도록 뇌 사진을 보여주고 작은 상이나 선물을 주세요.
그림 3: 아이를 스캐너에 설정한 후 화면 검사 예시. 볼 수 있는 모든 동물이나 색깔을 말해 달라고 하세요. 모든 동물과 색깔을 말할 수 있다면, 화면 전체를 볼 수 있습니다. 만약 그렇지 않으면 거울을 다시 조정하고 모든 동물과 색상을 말할 때까지 다시 물어보세요. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
결과
스캔 성공률
위에 설명된 절차를 사용하면 어린 아이들의 MRI 스캔 획득에 성공할 수 있습니다. 다음 결과는 3세에서 8세 사이의 참가자를 대상으로 한 단일 실험실에서 4개의 신경영상 연구 샘플을 사후 분석한 결과입니다(N = 344). 또한, 이 중 3개의 연구(연구 1, 2, 4)는 참가자들을 6개월 또는 1년 간격으로 다시 참여시키는 종단적 요소를 포함했습니다. 연구 1은22, 23년에 완료되었으며, 연구 2는 데이터 분석 단계에 있으며, 연구 3과 연구 4에 대한 자료 수집이 진행 중입니다. 모든 수치와 표에서 성공률은 스캔을 위해 들어온 가족 수에서 계산된다는 점에 유의하세요. 따라서 이 수치는 MRI 참여를 거부하거나 예약에 참석하지 않은 가족들을 반영하지 않습니다. 연구 1과 2는 보통 아이들이 인스케이프스24(7분 분량의 추상적이고 언어가 없는 영화로, 아이들의 주의를 끌면서도 인지적으로 너무 부담스럽지 않은) 영화를 시청하는 것으로 시작되었습니다. 연구 3은 보통 과제 후 원하는 영화로 시작했고, 4학습은 보통 아이가 선택한 영화 다음에 '부분적으로 흐린25'를 보며 시작했습니다. 그림 4는 참가자와 시점에 걸친 스캔 성공을 요약하며, 성공을 최소 한 번의 사용 가능한(즉, 후속 분석에 포함된) 스캔을 얻는 것으로 정의합니다. 이 그림의 목적은 이 프로토콜이 어린 아이들로부터 신경영상 데이터를 수집하는 데 있어 전반적인 효능을 강조하는 데 있습니다. 구조적 및 기능 검사의 구분을 포함한 시퀀스 특이적 성공률은 표 1, 표 2, 표 3에 자세히 나와 있습니다. 전반적으로 대부분의 참가자는 사용 가능한 데이터를 제공했으며, 대부분의 사용 불가능한 세션은 가장 어린 참가자들에게 집중되었습니다.
그림 4: 네 개의 연구에 걸친 연령 분포와 종단 MRI 세션. 각 패널은 하나의 연구(연구 1-4)를 나타냅니다. 개별 점들은 각 참가자의 MRI 세션을 나타내며, 시간대(x축)와 나이(y축)로 그래프로 표시됩니다. 색상은 세션 유형을 나타냅니다: 초록색 = 최소 한 개의 사용 가능한 스캔 획득, 빨간색 = 저품질 스캔 데이터 획득, 회색 = 사용 가능한 스캔 데이터가 획득되지 않음. 검은색 수평선은 동일 참가자의 세션을 연결하며, 종단 데이터 수집을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
표 1은 참가자들의 첫 시점과 이후 연령대별 시점별 구조적 스캔 성공률(최소 1회 이상의 사용 가능한 스캔)을 보여줍니다. 첫 번째 시점의 성공률은 대체로 높았으나, 가장 어린 그룹에서 가장 낮았다(3-4세 연령대는 87%). 반면, 5세 이상 참가자 전원은 첫 구조 스캔을 성공적으로 완료했습니다. 이후 시점에서는 가장 어린 연령대의 성공률이 약간 감소하여 83%, 5-6세 그룹도 100%에서 91%로 감소했습니다. 이 결과들은 부분적으로 노이즈를 반영할 수 있는데, 이후 시점(n = 18)에서 3-4세 아동 수가 첫 번째 시점(n = 98)보다 적었고, 첫 시점(n = 39)에서 5-6세 아동이 이후 시점(n = 83)보다 적었기 때문입니다. 하지만 여러 요인도 영향을 미칠 수 있습니다. 어린 아이들은 나이가 들면서 호전이 좋아지는 경우가 많지만, 그렇지 않으면 초기 스캔 세션의 기억을 잘 유지하지 못해 이후 세션에 불안감이 커질 수 있습니다. 나이가 더 많은 아이들의 수행 능력은 대체로 안정적이지만, 감소는 이전 어려움을 기억하고 그에 따른 순응도 감소를 반영할 수 있습니다. 또는 성능이 떨어지면 스캐너 안에서의 편안함이 높아져서 아이들이 가만히 있는 것에 덜 신경 쓰게 될 수도 있습니다. 하지만 이 연구는 이전 스캔 세션에서 아이들의 주관적 경험을 측정하지 않았기 때문에 이러한 해석은 여전히 추측에 불과하다.
| 3–4년 | 4–5년 | 5–6년 | 6–7년 | 7–8년 | 8–9세 | 총 | ||||
| 시점 1 | ||||||||||
| # 예정된 방문 | 98 | 105 | 39 | 42 | 30 | 30 | 344 | |||
| # 스캐너에 들어간 아이들 | 89 | 99 | 39 | 42 | 30 | 30 | 329 | |||
| # 스캐너에 들어가기 두려워하는 아이들의 이야기 | 9 | 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 16 | |||
| # 성공적인 구조 검사 | 77 | 94 | 39 | 42 | 30 | 30 | 312 | |||
| 구조 스캔 성공률 | 87% | 95% | 100% | 100% | 100% | 100% | 95% | |||
| 이후 시점 | ||||||||||
| # 예정된 방문 | 18 | 52 | 82 | 47 | 33 | 34 | 266 | |||
| # 스캐너에 들어간 아이들 | 18 | 48 | 82 | 47 | 33 | 34 | 262 | |||
| # 스캐너에 들어가기 두려워하는 아이들의 이야기 | 0 | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | |||
| # 성공적인 구조 검사 | 15 | 46 | 75 | 47 | 32 | 34 | 249 | |||
| 구조 스캔 성공률 | 83% | 96% | 91% | 100% | 97% | 100% | 95% | |||
표 1: 연령대별 첫 번째 및 이후 시간점 구조 스캔 완료 및 성공률. 표는 예약된 방문 횟수, 스캐너에 들어간 아동 수, 두려움으로 거부한 아동 수, 그리고 성공적인 구조 스캔 수를 보여줍니다. 백분율은 성공한 스캔 비율과 스캐너에 들어간 아동 수에 대한 비율을 나타냅니다.
연구 1과 2에는 인스케이프스라는 추상적이고 언어가 없는 영화를 이용한 기능적 과제 없는 휴식 상태 시퀀스도 포함되었는데, 이는 아이들의 주의를 유지하면서도 인지적으로 지나치게 부담이 되지 않는24 영화입니다. 표 2는 참가자들이 이 과제를 처음 수행한 시점과 그 이후의 시점들의 성공률을 보여줍니다. 모든 연령대에서 이 스캔의 첫 시점에서의 성공률은 구조 스캔보다 낮았습니다. 더불어 6년은 성과의 전환점으로 보였으며, 6세 미만 아동은 비슷한 낮은 성공률(평균 성공률 = 58%)을 보였고, 6세 이상 아동은 유의미하게 더 좋은 성과를 보였다(평균 성공률 = 82%). 이후 시점에서 3세에서 6세 그룹의 성과가 향상되었고(평균 성공률 = 65%), 6세에서 9세 그룹은 더 일관되게 유지되었습니다(85%).
| 3–4년 | 4–5년 | 5–6년 | 6–7년 | 7–8년 | 8–9세 | 총 | |||||
| 시점 1 | |||||||||||
| # 예정된 방문 | 27 | 73 | 33 | 42 | 30 | 30 | 235 | ||||
| # 스캐너에 들어간 아이들 | 25 | 70 | 33 | 42 | 30 | 30 | 230 | ||||
| # 스캐너에 들어가기 두려워하는 아이들의 이야기 | 2 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | ||||
| # '과제 없는' 시퀀스를 시도한 아이들 | 24 | 70 | 33 | 41 | 30 | 30 | 228 | ||||
| # 성공적인 "작업 없는" 기능적 스캔 (0.3 mm에서 ≤0.2 센서 분율) | 14 | 43 | 18 | 34 | 24 | 25 | 158 | ||||
| 성공적인 "작업 없는" 기능적 스캔 비율 (0.3 mm에서 ≤0.2 센서 비율) | 58% | 61% | 55% | 83% | 80% | 83% | 69% | ||||
| 이후 시점 | |||||||||||
| # 예정된 방문 | 2 | 26 | 69 | 46 | 33 | 34 | 210 | ||||
| # 스캐너에 들어간 아이들 | 2 | 26 | 68 | 46 | 33 | 34 | 209 | ||||
| # 스캐너에 들어가기 두려워하는 아이들의 이야기 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | ||||
| # '과제 없는' 시퀀스를 시도한 아이들 | 2 | 26 | 66 | 44 | 33 | 33 | 204 | ||||
| # 성공적인 "작업 없는" 기능적 스캔 (0.3 mm에서 ≤0.2 센서 분율) | 2 | 10 | 39 | 36 | 26 | 31 | 144 | ||||
| 성공적인 "작업 없는" 기능적 스캔 비율 (0.3 mm에서 ≤0.2 센서 비율) | 100% | 38% | 59% | 82% | 79% | 94% | 71% | ||||
표 2: 첫 번째 시점 및 이후 시점의 "과제 없는" 기능적 스캔 완료 및 성공률(연령대별 기준). 표는 예약된 방문 횟수, 스캐너에 들어간 아동 수, 두려움으로 거부한 아동 수, 그리고 성공적인 '무과시' 기능 스캔 수를 보여줍니다. 성공은 0.3mm에서 ≤0.2 센서 분율로 정의되었습니다. 백분율은 성공한 스캔 비율을 시도한 아동 수에 대한 비율을 나타냅니다.
연구 1과 3 모두 기능적 과제 기반 스캔을 포함하였다. 연구 1에서는 참가자들이 시점 1에서 일련의 객체-문자 쌍을 인코딩했고, 연구 3에서는 스캔 세션 직전에 스캐너 외부에서 인코딩된 객체의 사진을 수동적으로 시청했습니다. 예상대로 이 작업의 성공률은 구조 스캔 성공률보다 낮았습니다. 이는 오디오가 없고 정적인 이미지가 연속으로 제시된 과제들이 구조 스캔을 위해 아이가 선택한 영화보다 덜 흥미로웠기 때문일 가능성이 큽니다.
| 3–4년 | 4–5년 | 5–6년 | 6–7년 | 7–8년 | 8–9세 | 총 | |||
| # 예정된 방문 | 15 | 62 | 35 | 42 | 30 | 30 | 214 | ||
| # 스캐너에 들어간 아이들 | 13 | 60 | 35 | 42 | 30 | 30 | 210 | ||
| # 스캐너에 들어가기 두려워하는 아이들의 이야기 | 2 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | ||
| # 과제 시퀀스를 시도한 아이들 | 12 | 17 | 11 | 20 | 23 | 13 | 96 | ||
| # 작업 기반 기능 스캔의 성공 사례 (0.3 mm에서 ≤0.2 검열 분율) | 7 | 9 | 6 | 14 | 13 | 10 | 59 | ||
| 작업 기반 기능 스캔 성공률 (0.3 mm에서 ≤0.2 검열 비율) | 58% | 53% | 55% | 70% | 57% | 77% | 61% | ||
표 3: 첫 번째 시간대의 "작업 기반" 기능적 스캔 완료 및 성공률, 연령별 기록. 표는 예약된 방문 횟수, 스캐너에 들어간 아동 수, 두려움으로 거부한 아동 수, 그리고 성공적인 '무과시' 기능 스캔 수를 보여줍니다. 성공은 0.3mm에서 ≤0.2 센서 분율로 정의되었습니다. 백분율은 성공한 스캔 비율을 시도한 아동 수에 대한 비율을 나타냅니다.
이 결과들은 어린 아동에서 과제 기반 기능적 MRI와 관련된 기존 과제들을 부각시킵니다. 연구 4는 3세에서 5세 사이의 아이들이 스캐너로 픽 사 단편 애니메이션 '파틀리 클라우디'를 보고, 스캔 세션 후 기억 관련 질문에 답하는 수동적 영화 관람 패러다임을 사용해 이 문제를 해결하려 시도했습니다. 첫 시점 61명의 아동 중 50명(82%)이 유용한 데이터를 제공했습니다. 이 연구의 데이터 수집은 진행 중이지만, 이후 시점의 64개 참가자 데이터 포인트 중 56개(88%)가 성공했습니다. 이러한 성공률은 작업 무휴지 상태 스캔과 스톡 이미지를 사용한 작업 기반 블록 설계를 사용한 이 연령대의 성공률보다 훨씬 높습니다. 이 결과들은 성공적인 스캔 세션을 위해 발달에 적합하고 아동 친화적인 과제의 중요성을 보여줍니다.
스캔 준비 시간과 데이터 수집 시간
그림 5는 참가자들이 제어실 도착 시점부터 스캐너에 설치하는 데 걸리는 평균 시간과 스캐너에서 보낸 평균 시간을 보여줍니다. 설치 시간은 연구와 연령대별로 비교적 일관되었으며, 보통 10분에서 20분 사이였습니다. 그러나 전체 스캐너 내 시간은 더 많은 연구별 특이적 패턴을 보였다. 연구 1과 2에서는 연령에 관계없이 아동들이 스캐너에 비슷한 시간 동안 머물렀습니다. 그러나 연구 3에서는 어린 아이들이 나이가 많은 아이들보다 스캐너에서 보내는 시간이 적은 것으로 보였는데, 이는 연령과 관련된 스캔 환경과 특정 과제 요구에 대한 내성이 증가한 것으로 보입니다. 특히 3번 연구에는 정적인 이미지를 이용한 블록 설계 기능 과제가 포함되어 있는데, 이는 어린 아이들에게 특히 도전적인 패러다임이었습니다. 4차 연구에서는 정반대의 패턴이 나타났습니다: 어린 아이들이 나이가 많은 아이들보다 스캐너에 더 오래 머무르는 경향이 있었습니다. 이는 나이가 많은 아이들이 첫 시도에 유용한 데이터를 제공할 가능성이 높아 스캔 효율이 높아졌음을 반영할 수 있습니다. 예를 들어, 연구 4에는 움직임에 매우 민감한 고해상도 해마 구조 스캔이 포함되었으며; 어린 아이들은 사용 가능한 데이터셋을 얻기 위해 여러 차례 시도해야 하는 경우가 많았습니다.
그림 5: 연령대별 준비 및 스캔 시간. 각 패널은 하나의 연구(연구 1-4)를 나타내며, 평균 시간(± SD)은 다양한 연령대에 대해 그래프로 표시되어 있습니다. 초록색 막대는 제어실에 들어가 스캐너에 설치되는 시간을, 보라색 막대는 스캐너 내 총 시간을 나타냅니다. 제목에는 각 연구의 스캔 프로토콜 기간이 포함되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
그림 5는 타이밍이 스캔 성공률에 어떻게 영향을 미치는지에 관한 두 가지 중요한 점을 보여줍니다. 첫째, 설정 시간에는 프로토콜 3.2절에서 설명한 모든 단계를 포함합니다. 이 조항은 프로토콜 내 다른 어떤 부분보다도 인내의 중요성을 강조합니다. 이 추가 시간을 들여 아이가 스캐너 환경을 탐색할 수 있게 한 것은 표 1, 표 2, 표 3에 제시된 높은 성공률에 크게 기여했습니다. 따라서 연구자들은 아이를 스캔 준비하는 데 약 15-20분 정도를 확보할 것으로 예상해야 하며, 이는 영유아, 나이가 더 많은 아이들, 성인을 스캔할 때와 다를 수 있습니다. 둘째, 이 시대의 스캔 절차는 보통 30분 정도지만, 데이터를 획득하는 데 약 두 배 더 걸립니다. 프로토콜에 명시된 바와 같이, 이는 사용 불가능한 스캔을 적절한 운동/품질 기준에 도달할 때까지 반복하거나, 스캔 사이에 휴식을 취해 아이가 편안한지 확인하는 경우가 많아요.
보충 표 1: 스캔 매개변수. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.
토론
MRI가 연구 환경에 도입된 이후, 학교에 다니는 어린이, 청소년, 성인의 뇌에 대한 이해를 크게 발전시켰습니다. 제시된 데이터는 아동 친화적인 프로토콜을 통해 어린 아동 스캔에 많은 장벽을 극복할 수 있음을 보여줍니다. 준비가 핵심입니다: 부모에게 아이 친화적인 MRI 자료를 제공하고, 장시간 모의 스캐너 세션을 제공하며, 부모와 자녀 모두의 질문에 답하고, 신뢰와 친밀감을 쌓는 것이 성공 가능성을 크게 높입니다.
하지만 철저한 준비가 있더라도 프로토콜의 모든 단계에서 유연성이 필수적입니다. 이 프로토콜은 구조적 및 기능적 스캔 세션을 준비하는 주요 단계를 제시하지만, 참가자 간에 동일한 순서나 방식으로 진행되는 경우는 드뭅니다. 예를 들어, 특히 불안한 아이는 먼저 연구 조교가 스캐너에 들어가는 모습을 보거나, 구조 스캔과 선호하는 영화를 함께 보는 것이 더 힘든 과제 기반이나 수동적인 영화 감상 스캔을 시도하는 데 도움이 될 수 있습니다. 반면, 주의력 조절이 덜 발달한 아이들은 작업 기반 스캔부터 시작해 세션 초기에 집중하는 능력을 활용하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 어떤 아이들은 신체 접촉 없이 가만히 있는 반면, 어떤 아이들은 스캔 중에 지속적인 신체 접촉이 필요합니다. 더불어, 어떤 아이들은 부모가 모든 단계에 깊이 관여할수록 더 좋은 성과를 내고, 어떤 아이는 부모가 덜 적극적인 역할을 할수록 더 좋은 성과를 낼 수 있습니다. 따라서 스캔 세션 전과 중에 개별 아이에 대해 최대한 많이 배우는 것이 그들의 필요에 맞게 경험을 맞춤화하는 것이 필수적입니다. 이러한 유연성은 각 아이의 편안함을 존중하면서 사용 가능한 데이터를 얻을 가능성을 극대화하는 데 도움을 줍니다. 이러한 고려사항은 다중 기관 코호트 연구와 발달 신경영상 데이터셋 공유 시대에 특히 중요합니다. 이 데이터를 분석하는 연구자들은 어린 아이들로부터 MRI 데이터를 직접 수집한 경험이 없기 때문에 데이터 품질에 영향을 미치는 주요 요인을 잘 알지 못할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 스캔이 첫 시도를 반영하는지 아니면 이전 실패 이후의 시도인지, 그리고 학습 순서와 세션 중 의사결정이 참가자 간 어떻게 달랐는지는 이후 분석에 중요한 시사점을 가지는데, 아이들은 반복 시청 시 자극을 다르게 처리할 수 있기 때문입니다26. 어린 아이들을 성공적으로 스캔하는 데 필요한 준비, 유연성, 실시간 판단력을 문서화함으로써, 현재 프로토콜은 이러한 데이터를 어떻게 수집하는지에 대한 투명성을 높이는 것을 목표로 합니다. 이 정보는 2차 데이터 사용자가 데이터 품질의 변동성을 더 잘 해석하고, 소아 신경영상 수집에 필요한 전문성과 노력을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
기능성 MRI(fMRI)는 특히 귀중해졌는데, 이는 뇌 활동을 특정 인지 과정과 연결시키며, 종종 참가자들이 스캐너에서 작업을 수행하는 방식입니다. 그러나 대부분의 fMRI 연구는 8+세의 나이가 더 많은 어린이와 성인에 초점을 맞추고 있는데, 어린 아이들로부터 과제 기반 데이터를 수집하는 것은 상당한 방법론적 도전이 있기 때문입니다27. 이를 해결하기 위해 연구자들은 어린 아이들이 높은 인지 요구를 부과하지 않으면서도 움직임을 줄이기 위해 고안된 추상적이고 비언어적인 영화를 수동적으로 보는 '과제 없는' 접근법을 사용했습니다24. 하지만 이러한 영화들은 유아기 참가자들의 관심을 신뢰성 있게 끌어들이지 못할 수 있으며, 특정 인지 과정을 지원하는 기능적 네트워크를 대상으로 한 조사를 허용하지 못합니다. 참여 부족은 스캔 중 상당한 움직임을 유발하여 데이터의 사용성을 더욱 저하시킵니다.
이 결과는 소아 신경영상의 진전과 남은 도전 과제를 모두 보여줍니다. 일반적으로 아동이 선택한 영화와 함께 사용되는 구조적 스캔이 가장 높은 사용 가능한 데이터 비율을 제공합니다. 과제 없는 휴식 상태 스캔, 즉 언어나 서사가 없는 추상적인 영화는 성공률이 낮으며, 아이들이 정적인 이미지를 주목해야 하는 기존 작업 기반 fMRI는 가장 낮은 성공률을 보입니다. 따라서 연구자들은 어린 아이들의 주의를 유지할 만큼 충분히 몰입감 있는 과제를 창의적으로 설계해야 하며, 동시에 관심 있는 인지 과정의 근거가 되는 신경 메커니즘을 견고하게 인지화할 수 있는 충분한 데이터를 확보해야 한다28,29. 전통적인 추상적이고 비언어적인 영화보다 더 많은 노력이 필요하지만, 흥미로운 캐릭터와 맥락을 가진 자연스럽고 매력적인 영화 자극을 개발하는 것이 이 연령대에서 기능적 스캔 성공률과 데이터 활용성을 향상시키는 최선의 길일 수 있습니다. 이 접근법은 자연주의적 영화 관람이 행동 예측에서 휴식 상태보다 더 우수하다는 최근 연구와일치한다. 더불어, 영화 관람 패러다임은 정적인 이미지가 있는 전통적인 과제보다 장점이 있는데, 이는 실제 맥락에서 전개되는 인지 과정을 더 잘 반영하기 때문입니다. 예를 들어, 캐릭터가 의미 있는 내러티브 안에 삽입된 채 정보를 인코딩하는 것은, 정적인 이미지를 고립되어 제시하거나 정적인 배경에 겹쳐 부호화하는 것보다 일상적인 학습을 더 잘 반영합니다. 동시에, 특정 과정을 분리하는 것이 연구 질문에 필수적이라면, 발달에 적합하고 매우 흥미로우며 간결하게 설계될 때 작업 기반 패러다임은 여전히 실현 가능할 수 있습니다. 예를 들어, 전통적인 fMRI 작업 중 아이들의 행동 반응을 성공적으로 획득한 연구에서는 시청각 자극이 포함되었는데, 이는 정적인 이미지가 제시되더라도 아이들이 집중을 유지하는 데 도움이 되었을 가능성이 큽니다31.
하지만 이 결과들은 한 실험실에서 나온 것이므로 소아 신경영상 성공률의 표준적이거나 분야 전체적인 기준으로 해석되어서는 안 된다는 점을 다시 한 번 강조하는 것이 중요합니다. 보존과 데이터 사용성은 연구소, 프로토콜, 시간에 따라 방법, 기술, 교육 관행이 발전함에 따라 달라질 것으로 예상됩니다. 더불어, 실험실 내 변동성은 아동 또는 과제 관련 요인뿐만 아니라 데이터 수집팀의 전문성 향상을 반영하는 것으로 보이며, 프로토콜 실행에 대한 신뢰와 순간적인 판단 능력이 경험에 따라 향상됩니다. 대신 이 결과를 공유하는 목적은 서열 유형과 연령대에 따른 스캔 성공률의 변동성을 보여주고, 유아 신경영상 데이터 수집 개선 분야를 알리는 데 있습니다.
이 논문은 모집부터 데이터 수집까지 소아 신경영상을 위한 포괄적인 프로토콜을 제공합니다. 이전 프로토콜과 달리, 이 프로토콜은 MRI에 대한 아이와 부모의 불안을 줄이기 위해 스캔 세션 전에 미리 준비할 수 있는 점을 강조합니다(즉, 모집 및 예약 단계에서 마찬가지입니다). 더불어, 이 프로토콜은 참가자로부터 다양한 서열을 수집할 때 중요한 고려사항을 다루고 있습니다. 해부학적 스캔에서 작업 기반 기능적 스캔을 성공적으로 수집하는 데 필요한 다양한 행동이 필요합니다. 이는 특히 중요한데, 연구에 따르면 기능적 신경 특성은 뇌의 근본적인 구조적 특성에 의해 형성될 가능성이 높다는 것을 보여줍니다32,33 는 기존 문헌에서 관찰된 구조적 변화가 인지 발달을 지원하는 새로운 기능적 특성과 상호작용할 가능성이 높다는 점을 보여줍니다. 더 나아가, 이러한 과정을 초기 아동기에 조사하는 것은 특히 중요한데, 이 발달기는 여러 중요한 뇌 구조와 인지 영역의 전환점을 반영하기 때문입니다. 궁극적으로 소아 신경영상 프로토콜의 개선은 발달 전반에 걸친 뇌-행동 관계를 추적하고 신경발달 위험이 있는 아동을 위한 조기 개입을 촉진할 것입니다.
공개 사항
저자들은 공개할 이해 상충이 없다.
감사의 글
이 연구는 국립보건원(HD079518 NIH, HD094758, HL164628, DA055316, HL164628), 국립과학재단(BCS 1749280), 앤 G. 와일리 박사 논문 펠로우십의 지원을 받았습니다. 여기 제시된 연구에 참여해 주신 가족분들께 감사드립니다. 또한 데이터 수집 및 수집에 기여한 신경인지 발달 연구소 구성원들과 세 명의 익명 심사자 분들께 감사드립니다.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 프레임 위드 통합 실시간 MRI 모니터링(FIRMM) | 튜링 메디컬 | https://turingmedical.com/firmm/ | MRI 스캔 중에 사용할 수 있는 실시간 모션 모니터링 소프트웨어 |
| 모의 MRI 스캐너 | MRA | https://www.mra1.com/ | 자기장이 없는 기계의 복제품으로, 아이의 뇌의 구조적·기능적 이미지를 촬영합니다 |
| MRI 스캐너 | 지멘스 | 트리오팀: https://www.siemensmriequipment.com/siemens-magnetom-trio-a-tim-system-3t-mri-system/ <브> 프리즈마: https://www.siemens-healthineers.com/magnetic-resonance-imaging/3t-mri-scanner/magnetom-prisma | 아이의 구조적·기능적 뇌 이미지를 수집하는 실제 기계입니다. 이번 연구는 Siemens MAGNETOM TrioTim과 Siemens MAGNETOM Prisma Fit 스캐너를 사용했습니다. |
| PigPigPen 팝업 놀이 터널 텐트, 유아, 아기, 강아지를 위한 실내 및 개용 아이들을 위한 야외 장난감 뒷마당 놀이 세트. (빨강, 노랑, 파랑) | QC 토이즈 (아마존 구매) | ASIN: B08CX8CSHS https://www.amazon.com/Tunnel- 유아-야외-뒷마당 놀이 세트 /dp/B08CX8CSHS/ref=sr_1_1_sspa ?crid=TMOEHG3ZTIQE& dib=eyJ2I joiMSJ9. KGpH71dFbEqINLzxRIF4R T40fQjmYlf97lr28PSUQNzrTA9P-d FnIV1nntEtQZvzDwa6S-XD_oQSC fq9Edygmi7-8HNvzD5ViiGcUFK8-L hnMM4Cp9a9tFjFyjSdZ9XqnbHEiQ q5-s840MGEibn9yiBcuegF5bTDqJ nN5lUYbSGH-miQpPrVX2aOUEUB QffUCJ2jBTGCkJkZkzuzg02Kp2Kv 6Xy2-v_viwbb0NL0xrUrraeP1RBF MONLgHdUy-ytWBY2nTBz7nQ_j0ks wk8boVM_K_dBGWbpYNb3rNXea IE. MyBdkK5mhRpPkVeiVrEUfyGhd uoejLoPKY0cU5vRyVY& dib_tag=se & keywords=fabric%2Bplay%2Btun nel& qid=1766335944& sprefix=%2C aps%2C67& SR=8-1-spons& sp_csd= d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY& th=1 | MRI 스캐너 안에서 경험을 모방할 수 있는 천으로 만든 원통형 놀이 터널; |
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