December 3rd, 2020
우리는 감각 운동 작업을 가진 블록 디자인을 사용하여 연속 파 기능 근적외선 분광 실험의 분석을 설명합니다. 데이터 분석의 신뢰성을 높이기 위해 질적 일반 선형 모델 기반 통계 파라메트릭 매핑및 다중 채널에 대한 비교 계층 혼합 모델을 사용했습니다.
F-N-I-R-S 또는 fNIRS 데이터는 일반적으로 데이터를 정량화할 수 없기 때문에 초보 사용자에게는 해석이 어려울 수 있습니다. 두 가지 무료 방법을 사용하는 당사의 프로토콜은 이 데이터를 더 잘 이해할 수 있도록 합니다. 이 기술의 주요 장점은 다중 채널에 대한 두 개의 정성적 GLM 기반 통계 파라메트릭 매핑과 비교 계층적 혼합 모델을 사용하여 데이터 분석의 증가와 신뢰성을
높인다는 것입니다.fNIRS 실험을 수행하기 전에 fNIRS 장치를 어둡고 소음이 없는 곳에 놓고 머리 전체에 fNIRS 기록 캡을 피험자의 머리에 씌워 국제 10-20 시스템의 중심에 해당하는 위치가 헤드 캡의 숫자 245 홀더에 위치하도록 합니다. 마킹 스티커를 기준 위치 지점에 부착하고 15가지 관점에서 기준점을 포함하여 프로브 위치와 함께 피사체의 머리 사진을 촬영합니다. 32개의 옵토드가 있는 48채널 시스템을 관심 영역인 정면 및 두정엽 영역에 양측으로 헤드 캡에 배치하고 3D 디지타이저 소프트웨어를 사용하여 공간 등록을 결정합니다.
머리 전체에 대한 사진 데이터를 스캔한 후 자동 측정으로 피사체의 공간 좌표를 확인하고 데이터를 Origin 및 Others 파일로 저장합니다. fNIRS 분석을 수행하려면 피험자를 편안한 자세로 만들고 피험자에게 눈을 감으라고 지시합니다. 그런 다음 피험자에게 시작 및 정지 신호를 알리고 피험자가 각 작업에 대해 동일한 직립 자세를 유지하면서 블록 설계 작업을 수행하도록 합니다.
NIRS-SPM을 사용하여 정성적 일반 선형 모델 분석을 수행하려면 MATLAB에서 NIRS-SPM 프로그램을 시작하고 팝업 메뉴에서 NIRS 시스템 옵션을 선택하십시오. 로드 단추를 선택합니다. NIRS 채널 위치의 공간 등록을 감지하려면 standalone(독립형) 및 With 3D Digitizer(3D 디지타이저 포함) 확인란을 선택합니다.
실제 좌표에서 MNI 공간으로에서 대화상자를 사용하여 좌표 참조점 및 좌표 프로브/채널 파일을 선택합니다. 등록을 클릭하고 포인트를 선택하여 공간 추정을 진행합니다. 확인을 클릭하고 MNI 좌표를 렌더링된 브레인에 투영합니다.
Dorsal View를 선택하고 Save를 클릭합니다. Specify the 1st Level(1번째 수준 지정) 섹션에서 NIRS 데이터 파일 이름과 SPM 디렉터리를 선택합니다. 헤모글로빈 확인란을 선택하고 설계 및 초 지정을 선택합니다.
시작 벡터와 지속 시간을 선택하고 표시된 대로 시작 벡터에 실험 조건의 지속 시간을 곱한 값을 입력합니다. 추세 제거의 경우 Wavelet-MDL을 선택합니다. 사전 채색 방법인 저역 통과 필터를 사용하고 hrf를 선택합니다.
직렬 상관관계에 대해 수정하고 없음을 선택합니다. 시간적 상관관계를 추정하려면 개별 분석을 선택하여 단일 개인을 분석합니다. 피험자 그룹에 대한 시간적 상관 관계를 추정하려면 Group Analysis를 확인한 다음 표준화된 뇌에 대한 헤모글로빈 수치의 변화를 기반으로 활성화 맵을 계산합니다.
계층적 혼합 모델을 기반으로 다중 채널 비교 분석을 수행하려면 적절한 통계 분석 소프트웨어 프로그램을 열고 저역 통과 필터로 처리된 가장 가까운 데이터 파일의 산소화 및 탈산소화 헤모글로빈 농도 변화의 텍스트 문서를 스프레드시트 소프트웨어 쉼표로 구분된 값 파일로 변환합니다. 명령을 사용하여 각 주제에 대한 사전 및 사후 개입 데이터를 생성하고, 표시된 대로 각 채널에 대해 사전 및 사후 개입 데이터 명령을 실행합니다. 출력 결과에서 얻은 데이터를 기반으로 스프레드시트에 각 채널의 change, rest 및 on-task 값에 대한 개입 전과 후의 차이를 입력합니다.
그런 다음 분자와 분모의 자유도를 입력하고 고정 효과 유형 3 검정의 상호 작용 항목의 F 및 P 값을 스프레드시트에 입력합니다. 10명의 뇌졸중 환자를 대상으로 한 이 대표 그룹 분석에서, 로봇 보조 재활 직후 측정된 반구에서 1차 운동 피질의 피질 활동의 증가가 훈련 전에 관찰된 것과 비교하여 관찰되었습니다. 중재 전과 후를 비교하는 이 다채널 그룹 분석에서, 중재 후 1차 운동 피질에서 증가된 피질 활동이 관찰되었으며, 이는 NIRS-SPM에서 관찰된 것과 동일한 뇌 영역입니다.
우리의 방법은 운동 장애, 뇌 혈관 질환 및 신경 정신 장애와 같은 다양한 신경 장애에 대한 사전 및 사후 중재 분석을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 연구원들은 팔꿈치 움직임 대신 다리 움직임과 같은 다른 블록 설계 작업을 적용할 수도 있습니다. 또한 당사의 프로토콜은 다양한 환경에서 치료 효과를 밝히는 데 유용합니다.
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본 연구는 감각운동 과제와 함께 블록 설계를 사용한 기능성 근적외선 분광법(fNIRS) 실험 데이터를 분석하는 방법론을 자세히 설명합니다. 주요 목표는 정성적 일반 선형 모델 기반의 통계적 매개변수 매핑 및 다중 채널 간의 비교 계층적 혼합 모델을 사용하여 데이터 신뢰성을 향상시키는 것입니다.
Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) provides a non-invasive method to assess cortical activity changes in neurological disorders, supporting target validation in preclinical and early clinical research. The dual-method approach combining qualitative GLM-based analysis and comparative hierarchical mixed modeling enhances data reliability and mechanistic de-risking for intervention studies. This enables predictive confidence in evaluating therapeutic effects on brain function prior to larger-scale trials.
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification to preclinical validation by providing reproducible cortical activity readouts.