Method Article

Kwalitatieve en vergelijkende corticale activiteit data-analyses van een functionele near-infrared spectroscopie experiment toepassen blok ontwerp

DOI:

10.3791/61836

⸱

December 3rd, 2020

 ,  ,  ,  , 
1Department of Neurosurgery, Faculty of Medicine, Fukuoka University, 2Department of Rehabilitation Medicine, Fukuoka University Hospital, 3Department of Preventive Medicine and Public Health, Faculty of Medicine, Fukuoka University, 4Department of Neurology, Fukuoka University Hospital

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We beschrijven de analyse van continugolf functioneel near-infrared spectroscopie experiment met behulp van een blokontwerp met een sensorimotorische taak. Om de betrouwbaarheid van de data-analyse te verhogen, gebruikten we de kwalitatieve algemene lineaire modelgebaseerde statistische parametrische mapping en de vergelijkende hiërarchische gemengde modellen voor multi-kanalen.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Neuroimaging studies spelen een cruciale rol bij de evaluatie van pre- versus post-interventionele neurologische aandoeningen zoals bij revalidatie en chirurgische behandeling. Onder de vele neuroimaging-technologieën die worden gebruikt om hersenactiviteit te meten, maakt functionele near-infrared spectroscopie (fNIRS) de evaluatie van dynamische corticale activiteiten mogelijk door de lokale hemoglobineniveaus te meten die vergelijkbaar zijn met functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI). Ook kunnen, als gevolg van minder fysieke beperking in fNIRS, meerdere varianten van sensorimotorische taken worden geëvalueerd. Veel laboratoria hebben verschillende methoden ontwikkeld voor fNIRS-gegevensanalyse; ondanks het feit dat de algemene beginselen hetzelfde zijn, is er echter geen universeel gestandaardiseerde methode. Hier presenteren we de kwalitatieve en vergelijkende analytische methoden van gegevens verkregen uit een meerkanaals fNIRS-experiment met behulp van een blokontwerp. Voor kwalitatieve analyse gebruikten we een software voor NIRS als een massa-univariate benadering op basis van het gegeneraliseerde lineaire model. De NIRS-SPM-analyse toont kwalitatieve resultaten voor elke sessie door het geactiveerde gebied tijdens de taak te visualiseren. Daarnaast kan de niet-invasieve driedimensionale digitizer worden gebruikt om de fNIRS-kanaallocaties ten opzichte van de hersenen te schatten. Om de NIRS-SPM-bevindingen te bevestigen, kan de amplitude van de veranderingen in hemoglobineniveaus veroorzaakt door de sensorimotorische taak statistisch worden geanalyseerd door de gegevens verkregen uit twee verschillende sessies (voor en na interventie) van dezelfde studiepersoon te vergelijken met behulp van een multi-channel hiërarchisch gemengd model. Onze methoden kunnen worden gebruikt om de pre- versus postinterventieanalyse te meten bij een verscheidenheid aan neurologische aandoeningen zoals bewegingsstoornissen, cerebrovasculaire ziekten en neuropsychiatrische aandoeningen.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Neurorevalidatie speelt een belangrijke rol bij het functionele herstel na sensorische stoornissen. Om de mechanismen van neuroplasticiteitsgerassocieerd functioneel herstel te verduidelijken, zijn verschillende neuroimaging-technologieën gebruikt, zoals functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI), positronemissietomografie (PET), elektro-encefalografie (EEG) en functionele near-infrared spectroscopie (fNIRS). Verschillende beeldvormende modaliteiten hebben verschillende voor- en nadelen. Hoewel de fMRI het meest typische apparaat is, wordt het beïnvloed door magnetische velden, heeft het hoge kosten, hoge fysieke beperking en beperkte sensorimotorische take....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie werd goedgekeurd door de institutional review board (IRB) van de Fukuoka University, Japan (IRB nr. 2017M017). Voorafgaand aan deelname hebben alle patiënten schriftelijk geïnformeerde toestemming gegeven.

1. Voorbereiding van het fNIRS-experiment

OPMERKING: Voor dit experiment werd een multi-channel continugolf lasergebaseerd NIRS-systeem gebruikt. De golflengten van het bijna-infrarood licht waren 780 nm, 805 nm en 830 nm, en de bemonsteringsfrequentie was ingesteld op 7,8 Hz. De tijd- en ruimtelijke resolutie (afstanden tussen de lichtzender en de detectorsonde) waren respectievelijk 0,13 s en 3,0 cm....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hierin introduceren we de robotondersteunde revalidatie waar onze groep momenteel aan werkt: de biofeedback-effecten op motorisch tekort aan de bovenste ledematen bij patiënten met een acute beroerte. We omvatten 10 instemmende beroertepatiënten (gemiddelde leeftijd: 66,8 ± 12,0 jaar; twee vrouwen en acht mannen) die in ons ziekenhuis werden opgenomen. In de subacute beroertefase, meer dan 2 weken na het begin, evalueerden we de motorische activiteit van deze patiënten met behulp van een .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In onze groep analytische methoden voor fNIRS, naast het uitvoeren van een imaging analytische methode door kwalitatieve t-statistic mappings, vergeleken we pre- vs. post-interventie (robot-assisted exercise) met behulp van de vergelijkende multichannel analyse. Voor kwalitatieve analyse gebruikten we de NIRS-SPM-software als een massa-univariate benadering op basis van het gegeneraliseerde lineaire model. De NIRS-SPM-analyse toont kwalitatieve resultaten van elke sessie door het geactiveerde gebied tijdens de t.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen belangenconflicten die relevant zijn voor deze studie om openbaar te maken.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) Grant-in-Aid for Scientific Research (C) 18K08956 en een fonds van het Central Research Institute of Fukuoka University (Nr. 201045).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3D-digitizer softwareTOPCON-NS-1000 software ver.1.50
NIRS systemShimadzu-FOIRE-3000
RobotCYBERDYNE-Single-joint type Hybrid Assitive Limb (HAL-SJ)

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bonilauri, A., Sangiuliano Intra, F., Pugnetti, L., Baselli, G., Baglio, F. A systematic review of cerebral functional near-infrared spectroscopy in chronic neurological diseases-actual applications and future perspectives. Diagnostics (Basel). 10 (8), (2020).
  2. Mihara, M., Miyai, I.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Functional Near Infrared SpectroscopyfNIRS Data AnalysisBlock Design TaskNIRS SPM SoftwareHierarchical Mixed ModelGeneral Linear Model3D Digitizer SoftwareMulti Channel AnalysisPre Post InterventionCortical Activity Measurement

Related Articles