전체 헤드 옵토드 어레이 및 근거리 채널을 사용한 fMRI 및 fNIRS 측정의 동시 데이터 수집

동일한 피험자로부터 fMRI와 fNIRS 신호를 동시에 수집하는 것은 fNIRS 신호를 신경 영상의 황금 표준인 fMRI의 신호와 일치시킬 수 있기 때문에 매우 중요합니다. fNIRS는 아직 개발 중인 방법론이며 더 깊은 뇌 구조에 도달할 수 없습니다. 따라서 fMRI 기록은 fNIRS 신호를 더 잘 이해할 수 있게 해줍니다.

동일한 참가자의 뇌에서 fNIRS 및 fMRI 신호를 기록하려는 이전 시도에는 두 번의 기록 세션이 필요했습니다. 불행히도, 이 두 세션은 참가자가 동일한 자극을 반복적으로 보고 들었다는 것을 의미하며, 이는 뇌가 반응하는 방식을 바꿀 수 있습니다. 프로토콜에서 fMRI 및 fNIRS 신호는 일반적인 성인에서만 정렬되지만, 현재 프로토콜이 임상 및 발달 인구 집단을 테스트하도록 확장될 수 있기를 바랍니다.

예를 들어, 신경 심리학적 결함이 있을 수 있는 개인으로부터 데이터를 수집할 때 fNIRS 신호를 가장 높은 신뢰도로 해석할 수 있기 때문에 이는 특히 중요합니다. 우리는 fNIRS와 fMRI의 동시 기록이 특수 인구 집단과 어린이를 위한 뇌의 신경망을 이해하는 데 특히 중요할 것이라고 믿습니다. fMRI와 fNIRS 신호를 동시에 수집하는 것이 어렵다는 것은 의심의 여지가 없지만, 우리는 모든 단계를 거치고 있으며 우리의 프로토콜을 통해 다른 실험실에서도 동일한 유형의 데이터를 수집할 수 있을 것이라고 확신합니다.

주요 과제 중 하나는 참가자가 스캐너에서 편안함을 느끼도록 하는 것이며, 특히 머리 전체를 fNIRS 캡을 착용할 때 더욱 그렇습니다. 이 절차를 시연하는 것은 우리 실험실의 실험실 관리자인 Virginia Chambers입니다. 참가자가 필요한 동의서에 서명하고 작업에 대한 지침을 받으면 제어실의 의자에 앉도록 지시합니다.

부드러운 줄자로 이마를 감습니다. 뒤쪽에서 가장 넓은 부분으로 이동하여 시작 지점으로 돌아갑니다. 측정된 둘레에 가장 가까운 fNIRS 전복을 선택합니다.

단거리 검출기 프로브의 베이스를 단단히 잡고 fNIRS 캡의 메쉬를 통과하는 그로밋 부분 주위로 밉니다. 단거리 감지기 케이블이 캡 뒤쪽을 향하도록 하여 얼굴 영역을 깨끗하게 합니다. 다음으로, 참가자에게 겨울 모자를 쓰는 것과 같은 방식으로 모자를 정수리에서 아래쪽으로 밀고 턱끈을 편안하게 조이도록 요청합니다.

뒷면 스트랩을 조입니다. 캡이 단단히 부착되어 있고 옵토드 소켓이 머리에 단단히 고정되어 있는지 확인하십시오. 그런 다음 녹색 스티커를 부착하여 10/20 시스템 위치에 따라 주요 기준 위치를 표시합니다.

측정 테이프를 사용하여 두피 지점을 캡의 지점과 대칭으로 정렬합니다. CZ 지점에서 pre-auricular, inion 및 nasion point까지 동일한 거리를 확보하십시오. 참가자에게 머리의 3D 모델을 만들기 위해 움직이지 않도록 지시합니다.

그런 다음 태블릿 또는 iPad에서 구조 응용 프로그램을 시작합니다. 고해상도 색상, 적외선 자동 노출 및 향상된 추적기 기능이 꺼져 있는지 확인하십시오. 이제 참가자를 중앙에 배치하여 머리 전체가 화면의 3D 정사각형 안에 맞고 어깨가 프레임에서 최소한으로 보이도록 합니다.

피사체 주위를 돌아다니며 3D 스캐너로 머리 모양과 옵토드를 스캔합니다. 전체 스캔이 완료되면 화면 오른쪽에 있는 버튼을 눌러 3D 렌더링을 시작합니다. 렌더링의 명확성과 디테일 수준을 확인하여 옵토드와 녹색 기준 스티커의 정확한 배치를 보장합니다.

안전과 개인 정보 보호를 위해 3D 스캔을 HIPAA 보호 서버에 저장하십시오. 3D 모델이 완성되면 녹색 스티커를 제거하고 참가자에게 귀마개를 귀에 꽂으라는 메시지를 표시합니다. 스캔실에서 20채널 헤드 코일이 스캐너에 배치되어 있는지 확인합니다.

MRI 헤드 코일 하단 내부에 폼 베개를 놓아 참가자의 머리 윗부분을 지지합니다. 참가자에게 스캐너 테이블에 편안하게 앉도록 지시합니다. 한 손으로 옵토드 그로밋을 안정적으로 잡고 MRI 안전 애플리케이터를 사용하여 그로밋 중앙의 머리카락을 제거합니다.

그런 다음 옵토드를 그로밋에 고정하기 위해 세게 압력을 가합니다. 참가자에게 천천히 조심스럽게 눕도록 지시합니다. 참가자의 머리가 헤드 코일 내에 편안하게 놓이도록 광섬유 번들을 조정합니다.

도파관에서 케이블의 위치에 따라 스캐너 테이블을 올립니다. 편안함을 보장하기 위해 참가자의 다리 아래에 부드러운 쿠션을 놓으십시오. 호흡 벨트를 참가자의 허리에 감습니다.

참가자에게 노이즈 캔슬링 헤드폰을 착용하도록 지시하고 fNIRS 프로브 배치를 방해하지 않는지 확인합니다. 맥박 산소 측정기를 피험자의 왼쪽 검지 손가락에 놓습니다. 실험 과제에 단추 상자를 사용하는 경우, 피험자에게 주로 사용하는 손으로 단추 상자를 잡으라고 지시한다.

버튼 상자 사용 방법에 대한 명확한 지침을 제공합니다. 스퀴즈 볼 또는 버튼 알람을 피험자의 자주 사용하지 않는 손에 놓고 참가자에게 사용법을 지시합니다. 참가자에게 알람을 누르도록 요청하여 알람을 테스트합니다.

참가자를 스캐너 구멍에 몇 인치 밀어 넣어 머리를 맞춥니다. 헤드 코일의 상단 부분을 배치합니다. 그런 다음 해당 코일 인서트에 마이크와 미러를 삽입합니다.

광섬유를 잡고 참가자를 스캐너 구멍에 천천히 밀어 넣습니다. 스캐너의 컴퓨터에서 연구에 필요한 관련 구조 및 기능 시퀀스를 선택합니다. 스캐너 구멍 내에서 헤드의 위치가 적절한지 로컬라이저를 확인하여 머리 상단에서 소뇌까지 전체 커버리지를 제공하는지 확인합니다.

헤드 코일 미러를 통해 컴퓨터 화면이 보이는지 참가자와 함께 확인하고 초기 구조 스캔을 실행합니다. 피험자 수준의 fNIRS 데이터는 시험 기간 동안에 비해 깜박이는 바둑판 블록 동안 양측 시각 피질 영역의 활성화가 증가했음을 보여주었습니다. 뇌 활동의 시간 흔적은 깜박이는 바둑판을 제시하는 동안 HBO 신호가 증가하고 시험 기간 동안 감소하는 것을 보여주었습니다.

번쩍이는 바둑판 기간 동안 HBO 데이터를 시각화한 결과, 개별 피험자 수준에서 시각 피질 영역의 양측 활성화가 나타났습니다. 피험자 수준의 fMRI 데이터는 시험 기간 사이에 비해 깜박이는 바둑판 기간 동안 1차 및 2차 시각 피질에서 더 큰 대담한 신호 반응을 보여줍니다. 프로토콜의 주요 과제 중 하나는 참가자가 스캐너에서 편안하게 쉴 수 있도록 하는 것이며, 이는 주로 fNIRS 시스템과 함께 제공되는 옵토드 유형에 따라 결정됩니다.

이 프로토콜은 특정 관심 영역과 다양한 실험 패러다임에서 데이터를 수집하도록 조정할 수 있습니다. 또한 임상 및 발달 인구 집단에서 프로토콜을 사용하는 방법에 대한 구체적인 제안을 제공합니다.