사용자 정의 크기 MEG 사전 - 학교 어린이 Neuromagnetic 뇌 기능의 측정

안녕하세요, 저는 스티븐 크레인입니다. 저는 KIT 맥쿼리 뇌 연구소(KIT Macquarie Brain Research Lab)의 공동 책임자입니다. 이 실험실은 호주 시드니에 있는 맥쿼리 대학의 맥쿼리 인지 과학 센터(Macquarie Center for Cognitive Science)의 일부입니다.

안녕하세요, 저는 맥쿼리 대학의 맥쿼리 인지과학센터에서 근무하는 일라 데산(Illa Dessan)입니다. 안녕하세요, 저는 맥쿼리 인지과학센터(Macquarie Center for Cognitive Science)에서 근무하는 멜라니 리드(Melanie Reed)입니다. 맥쿼리 대학교(Macquarie University)에서는 뇌파 자기검사(MEG)를 사용하여 2세에서 6세 사이의 어린이의 빠른 언어 습득의 기저에 있는 뇌 메커니즘을 연구합니다.

MEG는 뇌 피질에서 생성되는 자기장을 측정합니다. MEG를 사용하여 언어 처리 중에 어떤 뇌 영역이 활성화되고 이러한 다양한 영역이 어떻게 상호 작용하는지 관찰할 수 있습니다. 뇌 영상 시스템을 사용하여 어린 아이들과 함께 일하는 데에는 두 가지 어려움이 있습니다.

첫째, 일반적인 실험실 환경은 아동 친화적이지 않습니다. 둘째, MEG 연구에 참여하려면 어린이에게 움직임을 최소화하도록 지시해야 하며 오랜 시간 동안 작업에 참여해야 합니다. 따라서 MEG를 사용하면서 동시에 아이들이 즐길 수 있는 프로토콜을 개발하는 것이 중요했습니다.

그렇긴 하지만, MEG의 이점은 도전 과제보다 훨씬 큽니다. MEG는 매우 높은 시간 해상도와 우수한 공간 해상도로 인해 어린이의 뇌 기능을 측정하는 데 유용한 도구이며, 완전히 비침습적이기 때문에 어린이의 신경 조직에 생각할 수 있는 위험을 초래하지 않습니다. MEG와 달리 다른 신경 영상 기술은 어린 아이들에게 위험을 초래할 수 있는 강한 자기장과 방사성 의약품을 사용했습니다.

아동용 MEG 시스템의 주요 기능 중 하나는 어린 아이들과 함께 사용하도록 특별히 설계되었다는 것입니다. 맞춤형 크기 시스템은 Kanawa Institute of Technology 및 Yokogawa Electric Corporation과 공동으로 개발되었습니다. 다음 비디오에서는 어린이를 위한 맞춤형 MEG 시스템을 개발해야 하는 이유를 설명하고 MEG 시스템에서 어린이를 학습시킬 준비를 하는 방법을 보여줍니다.

그러니 앞으로 몇 분 동안 참여해 주시면 실습을 보여드리겠습니다. 아이들이 즐겁게 공부할 수 있도록 하기 위해 어떤 조치를 취했는지 설명하겠습니다. 실험실에는 동일한 자기 모양의 방에 두 개의 MEG 시스템이 있습니다.

성인 시스템은 머리 전체를 커버하는 MEG 헬멧 내부에 고르게 분포된 160개의 센서로 구성되어 있습니다. 차일드 MEG 시스템도 레이아웃은 비슷하지만 64개의 센서가 있어 헬멧을 더 작고 미취학 아동과 유아에게 완벽하게 적합합니다. 자기뇌파검사(magnetoencephalography) 또는 영상(imaging)은 뉴런 활동을 직접 측정하는 신경 영상 기법입니다.

MEG는 뇌 피질에 있는 수천 개의 활성 뉴런에서 생성되는 희미한 자기장을 감지하고 증폭할 수 있습니다. 이러한 약한 자기장을 감지하는 것은 오징어 또는 초전도 양자 간섭 장치로 알려진 특수 센서로 쉽게 달성할 수 있습니다. MEG 시스템을 실행하려면 초전도 기술이 필요합니다.

센서는 섭씨 영하 270도의 액체 헬륨으로 냉각해야 합니다. 다음 순서는 매주 수행해야 하는 액체 헬륨으로 시스템을 보충하는 것을 보여줍니다. 액체 헬륨은 MEG 시스템 운영 비용의 대부분을 차지합니다.

뇌에서 나오는 자기장은 현대 실험실의 모든 장비에서 생성되는 자기장에 비해 매우 작습니다. 이는 MEG 시스템이 자기적으로 차폐된 방에 수용되어야 함을 의미합니다. 우리 실험실의 차폐실은 3개의 펄로 층과 1개의 구리 층으로 구성되어 있습니다.

방의 무게는 약 8.5톤에 달하며, 실험실의 바닥은 그 무게를 견디기 위해 특별히 보강해야 했습니다. 자기 차폐실의 비용은 MEG 시스템 자본 비용의 1/3에서 절반을 차지합니다. 방에는 측면에 여러 개의 포트가 있어 시각적 자극을 실내로 투사할 수 있으며 다른 종류의 장비를 광섬유 케이블을 통해 작동할 수 있습니다.

MEG는 뇌의 활성 세포에서 생성되는 자기장을 측정합니다. 관련 기술인 뇌파검사는 이러한 자기장의 전기적 구성 요소를 측정합니다. EEG는 훨씬 간단하고 저렴한 기술이지만 뇌의 활동을 국소화하는 MEG의 능력은 없습니다.

나이가 많은 어린이와 성인을 대상으로 하는 연구의 경우, EEG와 MEG를 동시에 기록하는 경우가 많습니다. 그러나 이것은 EEG에 필요한 설정 시간이 가장 길기 때문에 일반적으로 미취학 아동에게는 실용적이지 않습니다. MEG는 액체 헬륨으로 목욕한 센서를 사용하기 때문에 센서는 진공 밀봉 절연 헬멧 작업자 내에서 고정된 위치에 있습니다.

표준 성인용 MEG 시스템의 헬멧은 성인 머리의 약 95%를 수용할 수 있도록 설계되었습니다. 이것은 가장 큰 머리와 가장 작은 머리가 성인용 헬멧에 잘 맞지 않는다는 것을 의미합니다. 이것은 미취학 연령의 아이들에게 특히 문제가 되는데, 왜냐하면 그들의 머리는 성인의 머리보다 반경이 2-3cm 작기 때문이다.

MEG 신호는 거리에 따라 매우 빠르게 감소하기 때문입니다. 이것은 성인용 헬멧의 많은 감각이 어린이의 뇌에서 나오는 신호를 측정하는 데 효과적이지 않다는 것을 의미합니다. 또 다른 문제는 아이들이 측정 세션 중에 큰 헬멧을 착용하고 머리를 움직일 가능성이 더 높다는 것입니다.

이로 인해 MEG 신호가 저하됩니다. 이 클립은 성인 시스템의 MEG 센서를 보여줍니다. 어린이의 머리와 관련하여 많은 센서가 머리 표면에서 상당히 멀리 떨어져 있음을 알 수 있습니다.

그렇기 때문에 미취학 아동의 머리에 맞는 맞춤형 크기의 MEG 헬멧 작업자를 생산하는 것이 중요합니다. 이 클립에서 자식 MEG 시스템의 센서가 모두 머리 표면에 매우 가깝다는 것을 볼 수 있습니다. 실험을 시작하기 전에 몇 가지 단계를 완료해야 합니다.

MSR 내부에서 아이가 페리스 소재로 만든 것을 가지고 있는지 확인합니다. 주머니에 뭐 있니? 아니요, 그리고 그들은 2위를 가지고 있습니다.

우리는 5 개의 마커 코일이 들어있는 캡을 아이에게 끼 웁니다. 그런 다음 아이의 머리 모양을 디지털화하거나 우리가 부르는 대로 머리 그림을 그립니다. 그런 다음 넥타이를 준비하는 동안 MSR 또는 우주선 안에 아이를 넣어 게임을 할 준비를 합니다.

MSR 내부에서는 원하는 영화가 위 화면에서 재생됩니다. 그들이 편안하게 누우면 우리는 문을 닫고 인수가 시작됩니다. 실험은 일반적으로 약 20분 동안 지속됩니다.

우리는 아이가 음소거된 영화를 보는 동안 우주선 안에서 게임을 하도록 초대합니다. 우리의 경우, 아이들은 일련의 문장을 주의 깊게 듣고 치즈라는 단어를 듣자마자 반복한다. 원숭이 배낭에서 치즈 냄새가 난다.

잘 했어요. 당근 치즈, 훌륭한 직업 음향 자극, 예를 들어 아이의 가슴에 보이는 플라스틱 튜브를 통해 아이의 귀로 전달되는 말과 같은. 우리는 귀 안쪽에 튜브를 맞추기 위해 어린이 크기의 폼 이어피스를 사용합니다.

데이터를 수집하는 동안 폐쇄 회로 비디오를 통해 어린이를 지속적으로 모니터링하고 실험자는 마이크를 통해 어린이와 의사 소통할 수 있습니다. MEG 측정 전에 수영 모자에 5개의 마커 코일을 고정한 다음 어린이의 머리에 놓습니다. MEG 측정 중에 데이터 수집 전반에 걸쳐 머리 위치와 움직임을 측정하고 모니터링하는 데 사용됩니다.

연구자와 부모는 원할 경우 항상 차폐된 방에서 아이와 함께 지냅니다. 이는 아이가 편안하고 움직임을 최소화하기 위한 것입니다. 실험이 끝나면 아이들은 과제를 올바르게 수행한 것에 대해 상을 받습니다.

그렇다면 어떤 스티커를 선택하고 싶으신가요? 여기 저기에서 하나야. 미취학 아동에 대해 잘 알고 있는 분들은 그들의 첫 번째 선택이 자기장으로 보호된 방에 가만히 누워 있는 것이 아니라는 것을 알 것입니다.

우리는 환경과 과정을 모두 어린이 친화적으로 만들기 위해 여러 가지 기술을 사용합니다. 실험실은 어린이용 스티커와 부드러운 장난감으로 가득 차 있습니다. 검사는 3-5회에 걸쳐 검사실 방문을 통해 이루어집니다.

첫 번째 만남은 일반적으로 아이를 연구자와 MEG 환경에 소개하는 데 사용됩니다. 아이는 장난감, 동물, 곰 또는 개구리 커밋을 지켜본다. 그들이 겪게 될 모든 단계를 거쳐야 합니다.

테스트 세션의 주제를 소개합니다. MEG 시스템은 아이들을 데리고 우주 모험을 떠나기 위해 기다리고 있는 우주선입니다. 우리는 이 주제를 기반으로 우리가 겪게 될 단계를 설명하는 작업 책자를 가지고 있으며, 그 주위에 크레용을 그립니다.

우리가 당신의 머리 그림을 그리는 것처럼. 디지털화와 테스트가 진행되는 동안 아이들이 가만히 있을 수 있는 것이 매우 중요합니다. 좋아, 이제 우리는 얼어붙어야 합니다.

이렇게 얼어붙을 수 있습니까? 우리는 아이들에게 그들이 어떻게 얼어 있는지 보여달라고 요청함으로써 이것을 전달합니다. 잘 했어요.

정말 좋은. 결빙. 얼어붙을 수 있는 것의 중요성은 실험실을 방문할 때마다 강화됩니다. 아이들이 실험의 각 단계를 이해하도록 하는 것도 중요합니다.

아이들이 이해할 수 있는 언어로 단계를 설명합니다. 예를 들어, 마커 코일이 포함된 캡을 우주 비행사 헬멧이라고 합니다. 아직 우주 비행사가 된 것 같습니까?

그리고 우리는 디지털화를 그들의 머리 그림을 그리는 것으로 설명합니다. 아이가 수줍어하거나 불안해 보이면 실험이 무엇에 관한 것인지 설명하기 위해 종종 인형을 사용합니다. 우리는 또한 우리가 무엇을 할 것인지에 대해 더 잘 이해할 수 있도록 아이들에게 도움을 요청합니다.

아이들은 보통 인형이 자기장으로 보호된 방으로 들어가는 것을 기꺼이 도와줍니다. 아이가 여전히 자기장막이 있는 방에 들어가고 싶어 하지 않는다면, 아이가 더 편안해질 때까지 놀아줄 시간을 갖는다. 테일리가 프로토콜의 모든 단계에 익숙해지면 MSR 내에서 수행할 실험 작업을 소개합니다.

Mm.So 기억하십니까, 반복해야 했던 마법의 단어는 무엇입니까? 못 들었는데 안 들었을까요? 할 수 있나요?

다시 한 번 말씀해 주시겠어요? 예를 들어, 제가 Yes.Cheese.So 같은 것을 말한다면, 어느 날 공원에 갔다가 치즈 한 조각을 봤어요. 무슨 일을 하고 계십니까?

보시다시피, 어린이를 대상으로 한 뇌 영상 연구를 수행하려면 전문 기술이 필요하며, 성인을 대상으로 하는 연구에서 일반적으로 사용되는 것 이상의 절차가 필요합니다. 먼저, 우리는 아이들의 머리에 맞고 머리의 움직임을 제한하도록 설계된 맞춤형 크기의 MEG 헬멧을 개발했습니다. 둘째, 벽 예술과 봉제 인형을 사용하여 실험실을 어린이 친화적으로 만들었습니다.

우리는 어린 아이들의 필요와 동기에 적응된 방법을 사용합니다. 저희 실험실은 건강하고 깨어 있는 어린 아이들의 인지 뇌 기능을 측정하기 위해 설계되었습니다. 따라서 요구 사항은 소아 신경 영상에서 발생할 수 있는 요구 사항과는 다소 다릅니다.

아동 MEG 시스템의 출현은 인지 신경 과학의 중요한 발전입니다. 이를 통해 우리는 뇌 기능의 매혹적이고 극적인 구조화가 이루어지고 있는 연령대에서 뇌 기능을 측정할 수 있습니다. 현재 우리는 이러한 발달 과정에 대해 거의 알지 못합니다.

우리는 MEG를 사용하여 어린이의 뇌 기능을 연구함으로써 이 격차를 메울 수 있기를 희망합니다.