Name: Samenhang tussen Brain Cortical Functie en neurocognitieve prestatie tijdens Changed Gravity Voorwaarden (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 29 s
Description: Ontdek hoe EEG en NIRS hersenfunctie en neurocognitieve prestaties meten tijdens parabolische vluchten met veranderde zwaartekracht. Deze methode helpt bij het ontwikkelen van tegenmaatregelen voor astronauten.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

We willen graag Brain Products GmbH te bedanken voor het verstrekken van hun apparatuur, expertise en hulp. Deze studie werd gefinancierd door het federale ministerie van Economie en Technologie via een subsidie ​​van de Duitse Space Agency (DLR) 50WB0819.

1. Experimentele Procedure <ol><li> Op de begane grond pre-flight voorbereiding - Het onderwerp voorbereiding gebeurt in een aparte ruimte op de luchthaven. (1-2 uur voor de vlucht) <ol><li> Montage van de EEG / NIRS cap <ol><li> Elektroden en NIR-sensoren zijn verbonden aan de hoofdhuid met behulp van een EEG cap. Deze methode zorgt voor de juiste positie van de sensoren. </li><li> De grootte van de cap wordt bepaald door de grootte van het hoofd van de proefpersoon </li><li> De operator zorgt ervoor dat de juiste positie van de dop. De Cz elektrode wordt op de top (het midden tussen de nasion en ui), de PO9-PO10 en de FP1-FP2 elektroden zijn horizontaal, de dop is symmetrisch. </li><li> De hartslag elektrode wordt geplaatst op de borst </li></ol></li><li> Minimalisering van Impedantie <ol><li> De Brain Products actiCAP elektroden zijn aangesloten op de schakelkast. </li><li> Elke elektrode bevat LED's, die rood, als de impedantie meting wordt gestart. </li><li> Het haar is weg van het uiteinde van de elektrode verplaatst met een stompe naald-tip. </li><li> Gel wordt geïnjecteerd tussen de tip van de elektrode en het oppervlak van de huid. </li><li> De kleur van de LED's veranderen, als de impedantie afneemt. De aanvankelijke rode kleur geel wordt, de gele wordt groen, als het doel impedantie waarde is bereikt. </li><li> De beoogde impedantie is 25 kOhm, omdat de actieve elektroden zorgen voor een goede signaal-ruisverhouding onder deze waarde. Daarom is de dop voorbereiding is snel en handig. </li><li> De operator begint te werken op de referentie-en massa-elektroden, en herhaalt voor alle andere elektroden. </li></ol></li></ol></li><li> Aan boord van de vluchtvoorbereiding <ol><li> Pre-metingen <ol><li> De onderwerpen zijn geplaatst in de experimentele opstelling, worden de gordels los vastgemaakt </li><li> Kabels worden aangesloten, zijn de batterijen geladen. </li><li> De operator start de EEG en de NIRS-module, regelt de connectiviteit en de kwaliteit van de EEG / NIRS-signaal. </li><li> Opname toestand van rust EEG / NIRS. De onderwerpen hebben geen taak. </li><li> De opname wordt gestopt. </li><li> De onderwerpen uit te voeren van de cognitieve taak op de grond. De cognitieve taak is een aandacht / berekening taak ( <a href="http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8">http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8</a> ), waarbij patiënten moeten die kant van een vergelijking die groter is dan de identiteit andere in relatie tot snelheid en nauwkeurigheid. </li></ol></li><li> Bewaar de apparatuur niet <ol><li> De operator slaat de camera en de IPhones voor het opstijgen. </li></ol></li></ol></li><li> Tijdens de vlucht meting <ol><li> Voorbereiding <ol><li> Operator monteert de video-camera leuning aan en begint met opnemen. </li><li> De iPhones worden geplaatst op het bovenbeen van de proefpersonen. </li><li> De operator start de EEG en de NIRS module, controleert de kwaliteit van de EEG / NIRS-signaal, en begint de opname. </li></ol></li><li> Meting <ol><li> De onderwerpen uit te voeren van de cognitieve taak tijdens twee blokken van vijf parabolen tussen de parabool 11-15 en 16-20. Taak zal worden uitgevoerd in een willekeurige volgorde in gewichtloosheid of normale zwaartekracht. Alleen toestand van rust EEG / NIRS is opgenomen tijdens de eerste 10 parabolen. De laatste parabolen zal worden gebruikt in geval van het missen van de vorige metingen (zie figuur 1). </li><li> De operator controleert de opname, en instrueert de onderwerpen. De operator zal noteren alle resultaten van de cognitieve tests en tijden. </li></ol></li></ol></li><li> Op de begane grond na de vlucht meting <ol><ol><li> Toestand van rust EEG / NIRS meting wordt uitgevoerd. </li></ol></ol></li></ol> We verwachten dat de toegenomen cerebrale activatie te vinden tijdens gewichtloosheid zoals afgebeeld voor (Schneider et. Al. 2008 + 2009). We verder verwachten zo te zien meer zuurstof weefsel in de frontale hersenen in gewichtloosheid en lagere zuurstof weefsel in hypergravity. De aandacht taak wordt verondersteld te worden aangetast in de hele vlucht in vergelijking met voor en na de vlucht en misschien zelfs meer in gewichtloosheid als gevolg van hogere centrale activering en opwinding in gewichtloosheid. 2. Representatieve resultaten In kaart brengen van de overgang van de hypergravity fase naar gewichtloosheid konden we tot een verhoogde hersenactiviteit corticale activiteit te observeren in de frontale cortex en een verminderde activiteit in de temporale en occipitale cortex 2000 - 2350 ms na het begin van gewichtloosheid (Figuur 2a, b). sLORETA toegestaan ​​lokaliseren van deze toegenomen frontale activatie in Brodmann gebied 9 van de dorsolaterale prefrontale cortex, waarvan bekend is dat betrokken is bij uitvoerende taken met de integratie van zintuiglijke en mnemonic informatie in de loop van de motorische planning, organisatie en regelgeving, (figuur 3a, b). Daarnaast, onder voorbehoud van 2 liet een toename van de Brodmann gebied 6, de premotorische cortex, die een rol speelt in de sensorische begeleiding in de loop van het lichaam van stabilisatie (zie figuur 3b). Gemiddeld over de eerste 10 parabolen, onthulde NIRS analyse afgenomen zuurstofrijk hemoglobine (HHB) concentratie van beide onderwerpen in hypergravity alsmede meer zuurstofrijk hemoglobine (O2Hb) in gewichtloosheid. Voor de HHB hemoglobine in een onderwerp vonden we een trend van een toename van de hypergravity fase voorafgaand aan de gewichtloosheid en een daling tijdens gewichtloosheid en de hypergravity fase na gewichtloosheid. In dit onderwerp O2Hb was terug naar baseline 10 tot 15 seconden na de parabool. In tegenstelling tot onderwerp 2 vertoonden een lichte toename, samen met de afname van O2Hb in de hypergravity fase voorafgaand aan de gewichtloosheid, een stijging tijdens gewichtloosheid en een daling tijdens hypergravity na de gewichtloosheid. Voor dit onderwerp O2Hb nog worden verlaagd voor ongeveer 30 sec volgende parabool (Figuur 4a, b) De cognitieve taak heeft geleid tot verminderde prestaties scores voor zowel de deelnemers in normale zwaartekracht tijdens de vlucht ten opzichte van een preflight sessie. Enige onderwerp 2 toonde een verminderde score in weightlessnes (figuur 5). <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig1.jpg" alt="Figuur 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 1"> Figuur 1. Paraboolvlucht volgorde. Volgorde van taken en metingen tijdens de vlucht, aantal parabolen zijn in grijs aangegeven, nummers met apostrof geven de lengte van de langere pauzes tussen de parabolen. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2a.jpg" alt="Figuur 2a" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 2a"> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2b.jpg" alt="Figuur 2b" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 2b"> Figuur 2 Mapping uitzicht op twee onderwerpen over het tijdsbestek van 500 ms voor gewichtloosheid (in hypergravity) tot 2500 ms in gewichtloosheid. View is van boven het hoofd; kleine cirkels geven elektrode posities, blauwe kleur af en geel tot rood toename van electrocortical activiteit in micro Volt. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3a.jpg" alt="Figuur 3a" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 3a"> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3b.jpg" alt="Figuur 3b" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 3b"> Figuur 3 Drie LORETA views. (Top: van boven, links onder: vanaf de linkerkant, rechtsonder: aan de achterkant) van twee onderwerpen over het tijdsbestek van 2000 ms tot 2350 ms na het begin van gewichtloosheid. Rode kleur geeft verhoogde hersenactiviteit. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4a.jpg" alt="Figuur 4a" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 4a"> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4b.jpg" alt="Figuur 4b" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 4b"> Figuur 4 NIRS sporen (rood: zuurstof hemoglobine, blauw: zuurstofarm hemoglobine, zwart: de zwaartekracht-niveau). Over de periode van een parabool van 40 seconden voordat de parabool in normale zwaartekracht (1G: geel gebied), over de eerste hypergravity fase (1.8 G: blauwe gebied), gewichtloosheid (0G: rode gebied) en de tweede hypergravity fase (1,8 g: blauwe zone) tot 40 seconden na de parabool. Zwaartekracht niveau wordt weergegeven inverse (afname van sporen via verhoging van de zwaartekracht vanaf 0 gelijk is aan normale zwaartekracht (1G). Getoonde gegevens is een gemiddelde over 10 parabolen. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig5.jpg" alt="Figuur 5" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 5"> Figuur 5. Prestatie score van cognitieve taak van de deelnemer een (blauw trace) en 2 (rode trace) voor de metingen training vóór de vlucht en inflight in gewichtloosheid (0G) en normale zwaartekracht (1G).

<ol><li>Santo, N. G. D. e, Cirillo, M., Kirsch, K. A., Correale, G., Drummer, C., Frassl, W., Perna, A. F., Stazio, E. D. i, Bellini, L., Gunga, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anemia+and+erythropoietin+in+space+flights%5BTitle%5D)+AND+%22Semin+Nephrol%22%5BJournal%5D)">Anemia and erythropoietin in space flights.</a> Semin Nephrol. 25, 379-387 (2005).</li>
<li>Ellis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collisions+in+space%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Collisions in space.</a> , 4-9 (2000).</li>
<li>Genik, R. J. 2nd, Green, C. C., Graydon, F. X., Armstrong, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cognitive+avionics+and+watching+spaceflight+crews+think%3A+generation-after-next+research+tools+in+functional+neuroimaging.+Aviat+Space+Environ+Med+76%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Cognitive avionics and watching spaceflight crews think: generation-after-next research tools in functional neuroimaging. Aviat Space Environ Med 76.</a> , 208-212 (2005).</li>
<li>Schneider, S., Brummer, V., Carnahan, H., Dubrowski, A., Askew, C. D., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+happens+to+the+brain+in+weightlessness%3F+A+first+approach+by+EEG+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">What happens to the brain in weightlessness? A first approach by EEG tomography.</a> Neuroimage. 42, 1316-1323 (2008).</li>
<li>Schneider, S., Brummer, V., Mierau, A., Carnahan, H., Dubrowski, A., Strueder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+brain+cortical+activity+during+parabolic+flights+has+no+influence+on+a+motor+tracking+task%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Increased brain cortical activity during parabolic flights has no influence on a motor tracking task.</a> Exp Brain Res. 185, 571-579 (2008).</li>
<li>Schneider, S., Brummer, V., Gobel, S., Carnahan, H., Dubrowski, A., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parabolic+flight+experience+is+related+to+increased+release+of+stress+hormones%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Parabolic flight experience is related to increased release of stress hormones.</a> Eur J Appl Physiol. 100, 301-308 (2007).</li>
</ol>

De productie van dit artikel was gesponsord door Brain Products, GmbH. Roland Csuhaj is een medewerker van Brain Products, GmbH, die een instrument gebruikt in dit artikel produceert.

Vanwege de ontbrekende brain-imaging methoden onder extreme omstandigheden voor zover de onderliggende neurofysiologische processen voor bijzondere waardeverminderingen met cognitieve prestaties en mentale toestand zijn niet geëvalueerd. In dit artikel waren we in staat om veranderingen in de hersenen corticale activiteit en zuurstof niveau in de loop van een parabolische vlucht weer te geven en te lokaliseren deze veranderingen in de hersenen door middel van EEG in combinatie met LORETA en NIRS. Zoals verwacht, vonden we een toename van de electrocortical activiteit tijdens gewichtloosheid, die werd gelokaliseerd in frontale gebieden van de hersenen (Brodmann gebieden 9 +6). Resultaten geven aan dat ongeveer 2000 ms na de overgang hersenactiviteit corticale activiteit voornamelijk wordt veranderd in frontale gebieden van de hersenen. Het kan worden aangenomen dat deze toegenomen activiteit in Brodmann gebied 6 en 9 van de mechanismen van de hersenen opsporen en de verwerking van de zwaartekracht veranderde voorwaarden om het lichaam stabiliteit en als motor-vermogen in veranderde zwaartekracht te houden weerspiegelt. Ten aanzien van hemodynamische veranderingen, NIRS is gebleken dat de O2Hb van de frontale hersenen dramatisch dalingen in de eerste fase van hypergravity en een toename van gewichtloosheid, terwijl, HHB bleek slechts matige veranderingen. Daarom wordt dit effect kan niet worden toegeschreven aan een verschuiving van het bloedvolume alleen. Meer waarschijnlijk lijkt dit een soort van cerebrale autoregulatie weerspiegelen, vooral omdat de toename van de O2Hb lang plaatsvindt voordat de overgang van 1,8 G naar 0G (in het bijzonder in figuur 4). In tegenstelling O2Hb en HHB zowel daling in de tweede hypergravity fase. De resultaten van de cognitieve taak geven geen duidelijke bijzondere waardevermindering tijdens de normale zwaartekracht of gewichtloosheid aan boord in vergelijking met een preflight sessie. Op basis van de resultaten van twee patiënten werden geen duidelijke verklaring is mogelijk of parabolische vluchten of gewichtloosheid samen met haar toename van de hersenactiviteit en oxygenatie niveau een invloed op de cognitieve prestaties te hebben. Eerdere studies geven aanleiding om te geloven dat in deze context stress ook een rol zouden kunnen (Schneider et al. 2007). Te spelen zijn, maar wel geen veranderingen in cortisol-concentratie worden verkregen voor beide onderwerpen. Verdere gegevens zijn nodig om deze bevindingen te valideren en de correlatie van de veranderingen in hersenactiviteit corticale activiteit, hemodynamische veranderingen en cognitieve prestaties mogelijk te maken. Deze paper beoogt dat de controle van lokale veranderingen in de hersenen corticale activiteit en zuurstof niveau in de gehele verschillende fasen van de veranderde zwaartekracht show is mogelijk door middel van EEG in combinatie met NIRS en LORETA. Deze resultaten zijn een succes voor ruimteonderzoek en in staat zal stellen het weergeven van complexe en lokale veranderingen van hersenactiviteit corticale activiteit in hypergravity of gewichtloosheid en correleren van mentale of motorische test met objectieve veranderingen in de hersenen. De volgende stap is om deze methode toe te passen tijdens langdurige ruimtemissies.

samenhang tussen brain cortical functie en neurocognitieve prestatie tijdens changed gravity voorwaarden

Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

Eerdere studies van cognitieve, psychische en / of motorische processen tijdens de korte, middellange en lange termijn gewichtloosheid zijn slechts beschrijvend van aard, en gericht op psychologische aspecten. Tot nu toe is objectieve waarneming van neurofysiologische parameters niet zijn uitgevoerd - ongetwijfeld omdat de technische en methodologische middelen die niet beschikbaar waren -, onderzoek naar de neurofysiologische effecten van gewichtloosheid in de kinderschoenen (Schneider et al., 2008.). Terwijl de beeldvormende technieken zoals positron emissie tomografie (PET) en magnetische resonantie imaging (MRI) zou nauwelijks van toepassing zijn in de ruimte, de niet-invasieve nabij-infrarood spectroscopie (NIRS) techniek is een methode voor het in kaart brengen van hemodynamische processen in de hersenen in real-time dat is zowel relatief goedkoop en dat kan worden ingezet, zelfs onder extreme omstandigheden. De combinatie met elektro-encefalogram (EEG) opent de mogelijkheid van het volgen van de electrocortical processen onder wisselende zwaartekracht omstandigheden met een fijnere temporele resolutie en met diepere lokalisatie, bijvoorbeeld met electrotomography (LORETA). Eerdere studies toonden een toename van de bèta-frequentie-activiteit onder normale omstandigheden de zwaartekracht en een daling onder gewichtloze omstandigheden tijdens een parabolische vlucht (Schneider et al.. 2008a + b). Tilt studies blijken er verschillende veranderingen in de hersenfunctie, die laat vermoeden, dat de veranderingen in de parabolische vlucht kan emotionele processen in plaats van hemodynamische veranderingen weer te geven. Het is echter nog onduidelijk of deze effecten van de veranderde zwaartekracht of hemodynamische veranderingen in de hersenen. De combinatie van EEG / LORETA en NIRS moeten maken voor de eerste keer het mogelijk om het effect van gewichtloosheid en de verminderde zwaartekracht op zowel hemodynamische en elektrofysiologische processen in de hersenen kaart. In eerste instantie is dit gedaan moet worden als onderdeel van een haalbaarheidsstudie tijdens een parabolische vlucht. Daarna is het ook gepland om beide technieken te gebruiken tijdens de middellange en lange termijn ruimte vlucht. Aangenomen mag worden dat de lange-termijn herverdeling van het bloedvolume en de daarmee gepaard gaande toename in de aanvoer van zuurstof naar de hersenen leidt tot veranderingen in het centrale zenuwstelsel, die ook verantwoordelijk zijn voor bloedarmoede processen, en die op hun beurt de prestaties verminderen (De Santo et al.. 2005), wat betekent dat zij kunnen worden cruciaal voor het succes en de veiligheid van een missie (Genik et al.. 2005, Ellis 2000). Afhankelijk van deze resultaten, zal het nodig zijn te ontwikkelen en te gebruiken uitgebreide tegenmaatregelen. De eerste resultaten voor de MARS500 studie suggereren dat, in aanvulling op hun betekenis in de context van de cardiovasculaire en bewegingsapparaat systemen, sport en lichamelijke activiteit een rol kan spelen bij het verbeteren neurocognitieve parameters. Voordat dit kan volledig worden vastgesteld, echter, lijkt het noodzakelijk om meer te leren over de invloed van veranderende omstandigheden op de zwaartekracht neurofysiologische processen en bijbehorende neurocognitieve bijzondere waardeverminderingen.

Het effect van gewichtloosheid en hypergravity op zowel hemodynamische en elektrofysiologische processen in de hersenen zal worden gevolgd tijdens de parabolische vlucht door EEG en NIRS technieken. Een haalbaarheidsstudie van een meer complexe experiment, die is gepland uit te voeren tijdens de middellange en lange termijn ruimte vlucht.

Samenhang tussen Brain Cortical Functie en neurocognitieve prestatie tijdens Changed Gravity Voorwaarden

Eerdere studies naar cognitieve, mentale en/of motorische processen tijdens kortstondige, middellange en langdurige gewichtloosheid waren uitsluitend beschrijvend van aard, en ...

Deze procedure maakt gebruik van een gecombineerde EEG- en nabij-infraroodspectroscopie-registratietechniek om vast te stellen in hoeverre verminderde neurocognitieve prestaties in gewichtloosheid te wijten zijn aan de primaire effecten van hemodynamische en elektrocorticale veranderingen of aan secundaire stressgerelateerde effecten. Dit wordt bereikt door veranderingen in de elektrocorticale activiteit van deelnemers te monitoren tijdens een parabolische vlucht, inclusief fasen van microzwaartekracht, microzwaartekracht en normale zwaartekracht. Hemodynamische veranderingen in de frontale hersenen kunnen parallel worden gemonitord met behulp van nabij-infraroodspectroscopie of zenuwen.De veranderingen in de corticale hersenactiviteit kunnen vervolgens worden gelokaliseerd met behulp van elektromagnetische tomografie. De laatste stap is het correleren van de electrocorticale en hemodynamische veranderingen. Uiteindelijk tonen de resultaten aan dat de hemodynamische veranderingen als gevolg van gewijzigde zwaartekrachtomstandigheden geassocieerd zijn met veranderingen in de electrocorticale functie.Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden zoals MRI of PET is dat elektrofotografie in combinatie met elektrotomografie en nabij-infraroodspectroscopie haalbaar is tijdens extreme omstandigheden, zoals parabolische vluchten of ruimtevluchten met HyperV gewichtloosheid, beperkte ladingen en beperkte ruimte, en dat het mogelijk maakt om veranderingen in de neurale elektrische activiteit en hemodynamische veranderingen in de hersenen te meten en te correleren. Deze methode helpt bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van de neurofysiologie en het ruimteonderzoek, zoals de vraag of veranderde zwaartekrachtomstandigheden leiden tot hemodynamische en elektrische corticale veranderingen. Het helpt vast te stellen waar in de hersenen deze veranderingen precies optreden en wat de gevolgen van deze veranderingen zijn.Zodra we de onderliggende neurofysiologische processen hebben geïdentificeerd, en zodra we hebben vastgesteld wat er gebeurt met de corticale hersenfunctie en de hemodynamiek terwijl we in de ruimte zijn, in gewichtloosheid, kunnen we specifieke tegenmaatregelen ontwikkelen om de levenskwaliteit, het missingsucces en de missingsveiligheid te verbeteren. Deze methode kan dus inzicht bieden in de werkingsmechanismen van de hersenen, of deze kan ook worden toegepast op andere systemen, zoals neurologische beperkingen bij neurologische patiënten, of op het fundamentele idee van hoe onze hersenen werken. We kregen voor het eerst het idee voor dit onderzoek toen we hoorden over neurocognitieve achteruitgang bij astronauten die in de ruimte verblijven.De visuele demonstratie van deze methode is cruciaal, aangezien de analysestappen moeilijk aan te leren zijn vanwege de vele manieren om de gegevens te behandelen en te analyseren. Eén tot twee uur voor de vlucht worden de deelnemers naar een ruimte op de luchthaven gebracht om zich voor te bereiden op de experimenten. Eerst wordt hun hoofdomtrek gemeten en wordt de hoofdhuid gereinigd, zodat de EEG-kap met de geïntegreerde optodes en ontvangers op het hoofd van de deelnemer kan worden geplaatst.De volgende stap is het markeren van de posities voor de FP1- en FP2-elektroden. Eerst wordt de afstand tussen het nasion en het inion gemeten; vervolgens wordt een afstand van een tiende van de weg tussen het nasion en het inion bepaald. Beginnend vanaf het nasion worden twee markeringen geplaatst, links en rechts van de middellijn, op een afstand die een twintigste van de hoofdomtrek bedraagt.De cap bevat de elektroden die op de hoofdhuid worden bevestigd en waarborgt de correcte positionering van de sensoren. Er wordt een EEG-cap gekozen die passend is voor de hoofdomtrek van de deelnemer. Vervolgens wordt de cap opgezet.Het hoofd van de deelnemer en de positie ervan worden gecontroleerd. De CZ-elektrode moet zich op de vertex bevinden, de FP1- en FP2-elektroden en de O1- en O2-elektroden moeten horizontaal op de markeringen geplaatst zijn; een kinband wordt vastgemaakt om te waarborgen dat de cap in een symmetrische en juiste positie blijft. Vervolgens wordt de hartslagelektrode geplaatst; hiervoor kan één EEG-elektrode worden gebruikt, waarbij de sensor op de borst van de deelnemer wordt geplaatst.Nu wordt de impedantie van de elektroden geminimaliseerd en wordt de signaalgeleiding gecontroleerd. Elke elektrode bevat LED's, die zullen oplichten wanneer de impedantiemeting wordt gestart. Het haar wordt met een stompe naald weggehaald van de punt van de elektrode, waarna er gel wordt geïnjecteerd tussen de punt van de elektrode en het huidoppervlak, beginnend met de referentie- en grounding-elektroden.Terwijl de gel wordt geïnjecteerd, verandert de kleur van de LED's naarmate de impedantie afneemt, zodat de aanvankelijke rode kleur eerst geel en vervolgens groen wordt. Zodra de doelwaarde voor de impedantie van 25 kilo ohm is bereikt, zullen de actieve elektroden een goede signaal-ruisverhouding bieden bij of onder deze doelwaarde. Deze procedure wordt herhaald voor alle elektroden van de cap.Zodra de elektrodekap voor beide deelnemers is voorbereid, krijgen de deelnemers instructies over de details van de parabolische vlucht en het experimentele tijdschema dat zal worden gevolgd. Er wordt een schematisch overzicht gepresenteerd aan de deelnemers van parabool nul tot en met 30 en de uit te voeren taken. Ook worden de verbale aankondigingen herhaald waarin wordt aangegeven wanneer en hoe de tests moeten worden gestart en gestopt.Ten slotte worden de deelnemers naar het vliegtuig gebracht voor de voorbereidingen aan boord. Eenmaal aan boord nemen de deelnemers plaats naast elkaar in de experimentele opstelling en worden de veiligheidsgordels losjes vastgemaakt. De EEG-kabels worden aangesloten op de elektrodencontrolebox en de elektrodencontrolebox wordt aangesloten op de versterker.Vervolgens worden de OID's van de zenuwen en de ontvanger vastgezet in de OID-houder in de EEG-kap. Op dit punt wordt de EEG NERS-module gestart. Deze regelt de connectiviteit en de signaalkwaliteit.Vervolgens worden de zenuwen en de EEG-software gestart en wordt er een werkruimte voor de registratie aangemaakt. De data worden geopend. Daarna worden de bestandsnaam, de registratiefrequentie en de montage ingevoerd.Indien signalen suboptimaal zijn, worden de impedantiewaarden voor het EEG of de DAQ-waarden voor de zenuwen opnieuw ingesteld, of wordt er indien nodig meer gel geïnjecteerd. Op dit punt wordt de registratie van het EEG- en zenuwsignaal gestart en worden de prem-metingen in rusttoestand verzameld.De deelnemers hebben op dit moment geen taken, maar moeten ontspannen blijven liggen en hun ogen gesloten houden. De opname wordt na drie minuten gestopt. Na de rustperiode voeren de deelnemers een nulmeting uit van de cognitieve taak chalkboard challenge.Ten slotte worden alle apparaten uitgeschakeld en worden de bedieningskast van de EEG-elektroden en de optos en ontvanger van de verpleegkundige losgekoppeld. Alle apparatuur, inclusief de camera en de iPhones, wordt opgeborgen in een compartiment ter voorbereiding op het opstijgen, waarna de experimenten tijdens de vlucht worden gestart. Zodra het vliegtuig de kruishoogte heeft bereikt, is de eerste stap het bevestigen van de videocamera aan de handrail, om vervolgens de video-opname te starten.Vervolgens worden de deelnemers op hun stoelen geplaatst en worden de veiligheidsgordels losjes vastgemaakt. Deelnemers moeten ten minste van parabool nul tot en met 25 blijven zitten. De iPhones worden met klittenband aan het bovenbeen van de deelnemers bevestigd.Nu is de controlebox van de EEG-elektroden aangesloten en zijn de zenuw-opto's en de ontvanger bevestigd in de optohouder in de kap. De EEG- en zenuwmodule wordt gestart en de kwaliteit van het EEG-zenuwsignaal wordt geverifieerd door de EEG-impedantie en de NS DAQ-waarden te controleren. Er wordt gedurende drie minuten een rustmeting uitgevoerd.De eerste parabool, aangeduid als parabool nul, wordt gebruikt om de deelnemers te laten wennen aan de procedure en aan de verandering in zwaartekrachtomstandigheden. Vervolgens wordt tijdens parabool één tot en met 10 alleen EEG in rusttoestand geregistreerd, terwijl de deelnemers rustig op hun stoel zitten met de ogen gesloten. Daarna worden de deelnemers voorbereid op de cognitieve taken die zullen worden uitgevoerd tijdens twee blokken van vijf parabolen.De opname wordt beheerd door de operator, die instructies geeft aan de deelnemers en tevens de resultaten van de cognitieve tests en de tijden opslaat. In deze cognitieve verwerkingstaak identificeert de deelnemer welke kant van een vergelijking groter is dan de andere; de snelheid en nauwkeurigheid van de respons van de deelnemer worden door het programma geregistreerd. Er wordt een uiteindelijke topscore toegekend, afhankelijk van de nauwkeurigheid, snelheid en het hoogste niveau dat de deelnemer heeft bereikt tijdens parabola 11 tot en met 15.Deelnemer één voert deze taak uit in 0 G en deelnemer twee in 1 G. Vervolgens voert deelnemer één tijdens parabool 16 tot en met 20 deze taak uit in 1 G en deelnemer twee incidenteel in 0 G. Rustmetingen worden geregistreerd tijdens de parabolische sequentie, evenals vóór de eerste en na de laatste parabool. De laatste 10 parabolen kunnen worden gebruikt indien eerdere metingen of experimenten moeten worden herhaald.Zodra ze weer op de grond zijn, mogen de deelnemers en de operator het vliegtuig tijdelijk verlaten voordat ze terugkeren naar de experimentele opstelling en alles voorbereiden voor de nametingen. Op dit moment worden de EEG-metingen in rusttoestand door de verpleegkundige herhaald. Zodra alle opnames zijn voltooid en de cap van de deelnemer is verwijderd, wordt het experiment afgerond met behulp van low resolution brain electromagnetic tomography of Loretta.Het is mogelijk om individuele veranderingen in de activiteit van de frontale hersencortex vast te stellen. Voor deelnemer één was de verandering die 2000 milliseconden na het begin van de microzwaartekracht optrad, gelokaliseerd in Broadman-gebied negen, dat deel uitmaakt van de dorsolaterale prefrontale cortex. Deze regio speelt een belangrijke rol bij de integratie van sensorische en mnemonische informatie tijdens de organisatie en regulatie van de motorische planning.Voor deelnemer twee konden deze veranderingen worden gelokaliseerd in Broadmann gebied negen en ook in Broadmann gebied zes, de premotorische cortex, die bekend staat om zijn rol bij sensorische regulatie tijdens lichaamsstabilisatie. De volgende grafiek toont nabij-infraroodspectroscopie in de frontale hersenregio. De zwarte curve geeft het G-niveau aan.De gele achtergrond geeft normale zwaartekracht aan. De blauwe achtergrond geeft hyperzwaartekracht aan en de roze achtergrond geeft microzwaartekracht aan, zoals verwacht. Er is een afname van zuurstofrijk bloed, zoals te zien is aan de rode lijn in de microzwaartekrachtfase, gevolgd door een toename van zuurstofrijk bloed in de microzwaartekrachtfase.Vergelijkbare resultaten zijn te zien in deze figuur van een andere deelnemer. Interessant is dat de hoeveelheid gedeoxygeneerd bloed, zoals aangegeven door de blauwe lijn, geen consistent verloop vertoonde tijdens de eerste HyperV-fase of de gewichtloosheidsfase, maar bij beide proefpersonen een afname liet zien in de tweede HyperV-fase. Deze figuur toont de cognitieve taak voor twee proefpersonen op drie meetpunten tijdens de training: een meting vóór de vlucht in 0 G, een meting tijdens de vlucht, en een meting bij 1 G eveneens tijdens de vlucht.De scores verschillen tussen de proefpersonen, wat aangeeft dat eerder gerapporteerde neurocognitieve achteruitgangen tijdens parabolische vluchten waarschijnlijk het gevolg zijn van individuele stressreacties. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe de gecombineerde e, e, g en knees-techniek moet worden toegepast, alsmede hoe de electrocorticale activiteit en hemodynamische veranderingen parallel kunnen worden gemonitord. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de signaalkwaliteit te controleren en het gedrag van de proefpersonen te monitoren.Deze technieken kunnen de weg vrijmaken voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in de corticale hersenfunctie en voor het verkennen van de effecten van microzwaartekracht op deze functie; zodra we deze mechanismen hebben geïdentificeerd, kan dit patiënten, astronauten en gezonde mensen ten goede komen.

coherence-between-brain-cortical-function-neurocognitive-performance

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Ontwikkeling van een effectief brein-machine-interface (BMI)-systeem voor de restauratie en rehabilitatie van tweebenige voortbeweging vereist nauwkeurige decodering van opzet gebruiker. Hier presenteren we een nieuwe experimentele protocol en gegevensverzameling techniek voor simultane niet-invasieve overname van neurale activiteit, spieractiviteit, en het hele lichaam kinematica tijdens diverse motoriek taken en omstandigheden.

Gelijktijdig Scalp Elektro-encefalografie (EEG), Elektromyografie (EMG) en Whole-body Segmental Inertial Opname voor Multi-modale Neural Decoding

Deze video presenteert een methode voor de behandeling van leeftijdsgebonden veranderingen in functionele connectiviteit van cognitieve controle netwerken die zich bezighouden met gerichte taken / processen. De techniek is gebaseerd op multivariate analyse van fMRI data.

Een methode voor het onderzoeken van leeftijdsgebonden veranderingen in de functionele connectiviteit van cognitieve controle Networks Associated met Dimensional Change Card Sort Prestatie

Diagnostiek van bloed tijdens ruimtevluchten heeft innovatie nodig. Er zijn maar weinig demonstraties gepubliceerd die technologie voor gezondheidsdiagnostiek in vlucht, met verminderde zwaartekracht, illustreren. Hier presenteren we een methode voor de constructie en werking van een parabolische vliegtestopstelling voor een prototype point-of-care flow-cytometrie ontwerp, met componenten en voorbereidingsstrategieën die aanpasbaar zijn aan andere opstellingen.

Verlaagde zwaartekracht Milieu Hardware Demonstraties van een Prototype Geminiaturiseerde doorstroomcytometer en Companion Microfluïdische Mixing Technology

Er is een grote variatie in het risico van een individu voor een hersenschudding en de bijbehorende herstel. Een veelzijdige benadering van de hersenschudding evaluatie wordt gerechtvaardigd; inclusief basislijn testen van atleten voor de deelname aan sport en tijdige evaluatie na letsel. Het doel van dit protocol is om een ​​passende veelzijdige benadering van hersenschudding te onderzoeken bieden.

Een Neurowetenschappelijke aanpak van het onderzoek van Hersenschudding in Student-atleten

Transcraniële directe stroom stimulatie (tDCS) over het cerebellum oefent een externe effect uit op de prefrontale cortex, die cognitie en prestatie kan moduleren. Dit werd aangetoond met behulp van twee informatieverwerkende taken met verschillende complexiteit, waarbij alleen cathodaal tDCS de prestaties verbeterde wanneer de taak moeilijk was, maar niet gemakkelijk.

Modulerende Cognitie Met behulp van transcraniële Direct Current Stimulatie van de kleine hersenen

De perceptie van de zwaartekracht wordt vaak bepaald door de subjectieve visuele verticale in het hoofd rechtop positie. De aanvullende beoordeling bij kopkantelen van ± 15° en ± 30° in het rolvlak zorgt voor een verhoogd informatiegehalte voor de detectie van verminderde graviceptieve waarneming.

Beoordeling van statische graviceptieve perceptie in het roll-plane met behulp van de subjectieve visuele verticale paradigma

In dit artikel beschrijven we de experimentele opstelling, het materiaal en de procedures om reflexieve oogbewegingen, zelfbewegingsperceptie en cognitieve taken onder magnetische vestibulaire stimulatie te beoordelen, evenals de anatomische oriëntatie van de vestibulaire organen, in een 7 Tesla magnetische resonantietomografie (7T-MRT) scanner.

Het meten van de invloed van magnetische vestibulaire stimulatie op nystagmus, zelfbewegingsperceptie en cognitieve prestaties in een 7T MRT

Hier presenteren we een nieuwe, korte en actieve ruimtelijke navigatietaak die zowel ruimtelijke navigatie als episodisch geheugenvermogen beoordeelt. Belangrijk is dat ruimtelijke navigatie en episodisch geheugen met elkaar werden geassocieerd, en deze taak toonde gevoeligheid voor lichaamsbeweging.

Beoordeling van menselijke ruimtelijke navigatie in een virtuele ruimte en de gevoeligheid ervan voor lichaamsbeweging

De methodologie onderzocht visuele en vestibulaire bijdragen aan blikstabilisatie tijdens optokinetische rotaties en rotaties van het hele lichaam. Stimulaties werden uitgevoerd door middel van visuele, vestibulaire en visuovestibulaire onderzoeken. Torsie-oogbewegingswinst en nystagmusfrequenties dienden als indicatoren voor het subcorticale doorgeven van sensorisch-specifieke bewegingsinformatie naar de reflexieve hersenstamrespons voor elke proef.

Eye-tracking gebruiken om het relatieve belang van visuele en vestibulaire input voor de verwerking van subcorticale bewegingen in het rolvlak te beoordelen

We maken gebruik van magneto-en elektro-encefalografie (MEG / EEG), gecombineerd met anatomische informatie gevangen genomen door magnetische resonantie beeldvorming (MRI), om de dynamiek van het corticale netwerk is verbonden met auditieve aandacht kaart te brengen.

Het in kaart brengen Corticale Dynamics Met Gelijktijdige MEG / EEG en Anatomisch beperkt Minimum-norm Schattingen: een auditieve aandacht Voorbeeld

Ontdek hoe EEG en NIRS hersenfunctie en neurocognitieve prestaties meten tijdens parabolische vluchten met veranderde zwaartekracht. Deze methode helpt bij het ontwikkelen van tegenmaatregelen voor astronauten.

Samenhang tussen Brain Cortical Functie en neurocognitieve prestatie tijdens Changed Gravity Voorwaarden

Meer video's verkennen