Name: Functionele Near Infrared Spectroscopy van de sensorische en motorische gebieden van de hersenen met Gelijktijdig kinematische en EMG Monitoring Tijdens Motor Taken (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: Leer functionele near-infrared spectroscopie van sensorische en motorische hersengebieden met gelijktijdige kinematische en EMG-monitoring tijdens motorische taken. Deze methode identificeert hersenactiveringspatronen bij verschillende populaties.

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

Dit project werd gefinancierd door het Intramurale Onderzoeksprogramma van het National Institutes of Health Clinical Center. We danken voor de nuttige discussies met Dr. Thomas Bulea, PhD en Laurie Ohlrich, PT bij het verfijnen van de procedures gepresenteerd in dit protocol. Muyinat W. Osoba en Andrew Gravunder, MS hielpen met de animaties.

LET OP: Dit protocol werd goedgekeurd door de Institutional Review Board van de National Institutes of Health (ClinicalTrials.gov identifier: NCT01829724). Alle deelnemers krijgen de kans om vragen te stellen en zorgen voor geïnformeerde toestemming voorafgaand aan hun deelname. Met het oog op wijzigingen in de hemodynamische respons veroorzaakt door het recent gebruik van vaatverwijders en vasoconstrictors, worden de deelnemers verzocht zich te onthouden van alcohol en cafeïne gedurende 24 uur voor het experiment 3 .Deze animatie video&#39;s werden op maat gemaakt in ons laboratorium, maar kon worden opgenomen met andere geluiden of beelden die specifiek zijn voor alternatieve onderzoeksvragen. 1. Stel de Kamer Voorafgaand aan de Deelnemer aankomst. <ol><li> Kalibreren van de motion capture camera&#39;s ten opzichte van de coördinaten van een laboratorium op basis van specifieke proces fabrikant de motion capture. Zorg ervoor dat de camera posities registratie van alle markers zal toestaan ​​op zowel het lichaamen hoofd van de deelnemer tijdens de taken die zullen worden getest. De kalibratie proces zorgt ervoor nauwkeurigheid van de motion capture-systeem en is standaard praktijk voor elke beweging laboratorium. Gebruik een tien camera-systeem, met een geschatte hoeveelheid van 17 m3 waar reflecterende markeringen op betrouwbare wijze kan worden geïdentificeerd. </li><li> Sluit de trigger van de instructie computer naar BNC-ingangen van de motion capture en fNIRS computers &#39;. Zorg ervoor dat de trigger is aangesloten op een muisknop, en te klikken op de muis voltooit het circuit en stuurt een puls gelijktijdig met de motion capture / EMG data-acquisitie van commissarissen en aan de fNIRS data-acquisitie board als auxillary analoge ingangen. </li><li> Sluit deze muis via de USB-poort op de computer die instructie animatie video&#39;s draaien, zodanig dat het starten van de video zal een verandering van de spanning gelijktijdig veroorzaken op beide data-acquisitie systemen. OPMERKING: EMG-signalen worden automatisch gesynchroniseerd en opgeslagen door de motion capture software, zodat additional synchronisatie van het EMG systeem is niet noodzakelijk. </li><li> Het opzetten van het scherm en de projector voor instructies te worden getoond aan de deelnemer. Verwijder overbodige items die kunnen worden afleiders. Plaats het statief en digitale videocamera waar ze het volle zicht van de bewegingen van de deelnemer zal hebben. </li><li> Controleer of reflecterende markeringen stevig aan de bovenkant van elke optode in de probe. </li><li> Verzamel alle nodige documenten: toestemming en instemming kopieën, klinisch onderzoek vellen, en experimentele opmerking bladen, bijvoorbeeld. </li></ol> 2. Basis Maatregelen <ol><li> Na het voltooien van de geïnformeerde toestemming proces, meten en registreren deelnemer lengte, gewicht, leeftijd, en hoofdomtrek. </li><li> Dien Edinburgh Handvoorkeur Inventaris 10 en andere klinische onderzoeken zoals aangegeven. Record deelnemer-gerapporteerde haar en huidtypes. </li><li> Plaats reflecterende markeringen op de posterior superior iliacale stekels (PSIS) bilateraal. Heeft de deelnemer lopen in hun comfortabele tempo over het lab 3-5 keer, en het gemiddelde van de snelheid in de onderzoeken naar hun zelf gekozen stapvoets te schatten. </li></ol> 3. Functioneel Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) Setup LET OP: Deze kunnen tegelijkertijd worden aangevuld met de opstelling van EMG en motion capture, als er genoeg onderzoekers of onderzoekers te helpen, en als de deelnemer is comfortabel met meerdere mensen die dicht bij hen op hetzelfde moment. <ol><li> Meet de afstand tussen de nasion (Nz) en de INION (Iz), en tussen de pre-auriculaire punten rechts (Ar) en linker (Al) oren. Het snijpunt van het middelpunt van deze twee maatregelen Cz, aangegeven op de hoofdhuid met een wasbare marker. </li><li> Als de deelnemer lang haar, sectie van kleine porties van het haar met vlechten of paardenstaarten om de hoofdhuid waar optoden worden geplaatst blootstellen. </li><li> Plaats de fNIRS sonde op thij hoofd deelnemer, zorg aan te sluiten bij CZ, Ar. Beweeg daarna haar weg van onder elke optode als het het wordt geplaatst op de hoofdhuid. Tenslotte hechten klittenband om veilig de optoden op zijn plaats. OPMERKING: In dit protocol, gebruik dan een dop die ene band die gaat achter het hoofd, een die gaat over het voorhoofd, en een die gaat onder de kin heeft. Optoden zijn verankerd aan deze cap met klittenband op een flexibele kunststof ring die het oor omcirkelt. <ol><li> Indien de deelnemer heeft kort haar (minder dan ongeveer 2 cm in lengte), trek haar tussen optoden met een kleine dunne stok of plastic uiteinde van een kam. </li></ol></li><li> Controleer of alle optode kabels plat, en dat optoden ongeveer loodrecht op het oppervlak van de hoofdhuid. <ol><li> Indien nodig, een dun stuk schuim onder de groep van optode kabels aan loodrechte uitlijning van de optoden bevorderen. </li></ol></li><li> Neem contact op met de deelnemer over het comfort van de sondes, enindien nodig aan te passen. Instrueer hen om de onderzoekers te vertellen als hun comfort daalt op enig moment tijdens het experiment. </li><li> Schakel bronnen en controleer de signalen. <ol><li> In dit systeem zorgen voor een signaal dat een intensiteit van ten minste 80 dB en een hartslag duidelijk zichtbaar in de deltaOD (verandering in optische dichtheid) signaal, zowel 690 en 830 nm golflengte heeft. Wanneer kanalen signalen niet aan deze criteria voldoen, bevestigen dat haar is niet de optode (s) te blokkeren en vervolgens detector winsten aan te passen als dat nodig is om de intensiteit van het signaal te maximaliseren. Zorg ervoor dat motion capture camera&#39;s zijn gedurende deze tijd. OPMERKING: Andere fNIRS machines kunnen werken bij golflengten verschillende tot 690 en 830 nm; in dit geval, controleer dan de golflengten meest geschikt is om de machine wordt gebruikt. </li></ol></li><li> Voeg reflecterende markers om Nz, Iz, Ar, en Al. Vraag de deelnemer om stil te houden en het verzamelen van ongeveer 2 sec van motion capture data voor deze en de fNIRS optode markers. Controleer ofalle markeringen zijn opgenomen, en het verzamelen van aanvullende onderzoeken als dat nodig is. Het kan de deelnemer nodig om het hoofd van positie veranderen om te verbeteren zichtlijn tussen de camera&#39;s en de markers. Gebruik deze verzamelde driedimensionale locaties tijdens de analyse voor probabilistische registratie van een deelnemer individuele structurele MRI als die beschikbaar is. </li><li> Voeg een cover met verschillende lagen van zwart vilt of ander optisch absorberend materiaal op de top van de fNIRS optoden om detectoren van storing of verzadiging van de motion capture camera&#39;s te beschermen. Zorg ervoor dat de kabels en het frontpaneel van de fNIRS unit zijn ook goed afgeschermd met behulp van dezelfde optisch absorberend materiaal. </li></ol> 4. Surface Elektromyografie (EMG) Setup <ol><li> Zoek de spier buik van elke gerichte spier met behulp van anatomische oriëntatiepunten, palpatie tijdens spiercontractie, en plaatsing van de elektroden begeleidt 11. OPMERKING: De spieren gericht in dit protocol zijn onder andere bilateral mediale gastrocnemius, tibialis anterior, rectus femoris, vastus lateralis, biceps femoris, extensor carpi radialis en flexor carpi radialis. </li><li> Bereid je voor op EMG plaatsing van de elektroden op de spier buik door het scheren, het verwijderen van dode huidcellen met tape, en dan schoonmaken met een isopropylalcohol pad, zoals aanbevolen door SENIAM 12 en wacht tot de huid te drogen. </li><li> Plaats EMG-elektrode gericht op de richting van de spiervezels. </li><li> Wikkel behaaglijk met een zelf klevende wrap. </li><li> Controleer spier signalen op de computer tijdens het uitvoeren van manuele spiertesten om de juiste plaatsing van de elektroden, en duidelijke visualisatie van het signaal verandering zorgen wanneer de spier actief is. </li></ol> 5. Motion Capture Setup <ol><li> Plaats reflecterende markeringen op gezamenlijke monumenten. Deze omvatten mediale en laterale malleolus, mediale en laterale kniegewricht, Spina iliaca anterior superior (ASIS), posterior superior iliacale wervelkolom (PSIS), radiale styloideus, ulnaire Syloid, medial humeral epicondyl, en laterale humeral epicondyl. </li><li> Plaats 3 of meer markeringen, of een star lichaam cluster van markers, op elk segment van belang, met inbegrip van de poot, de schenkel, dij, hand en onderarm. </li><li> Verzamel ongeveer 2 sec van motion capture data, terwijl de deelnemer staat nog steeds in een gestandaardiseerde positie, zoals die zich met wapens op 90 ° schouder flexie en 90 ° elleboog flexie. Ervoor zorgen dat alle markers zijn duidelijk zichtbaar voor de camera&#39;s. </li></ol> 6. Gait Task <ol><li> Heeft de deelnemer transfer naar de loopband. Hen helpen door het ondersteunen van de fNIRS optode kabels en zet de kabels aan het plafond steun nadat de patiënt is op zijn plaats. Als de patiënt is een hoog risico op valpartijen, gebruik dan een gewichtsondersteuning harnas voor de veiligheid tijdens deze taak. </li><li> Start de loopband, langzaam opbouwen naar de gemeten zelf gekozen loopsnelheid aan de deelnemer comfortabel met de set-up voorwaarden te krijgen. Vervolgens langzaam tot stilstandweer. </li><li> Het opzetten van de animatie-bestand met de auditieve feedback die de deelnemer om ofwel te rusten of te verplaatsen zal cue. Beoordeling taakinstructies met de deelnemer, vertellen ze zo stil blijven en ontspannen mogelijk tijdens &quot;rust&quot; periodes en om te lopen op de loopband ingestelde snelheid tijdens de &quot;taak&quot; periode, waarbij de focus hun aandacht op de kleine zwarte cirkel op het scherm de duur van de data acquisitie. </li><li> Dim de lichten, en beginnen met data-acquisitie op de motion capture computer en de fNIRS computer. Begin met opnemen op de videocamera. </li><li> Met behulp van de muis trigger, klikt u op de afspeelknop op de animatie-bestand in verband met deze taak. Zorg ervoor dat de trekker door zowel de motion capture en de NIRS-systemen werd ontvangen. <ol><li> Schakelen naar een afbeelding van een zwarte stip ligt in de lijn van het zicht van de deelnemer, zodat ze een focuspunt voor de duur van de proef. OPMERKING: Het overzicht schema voor elkproces wordt getoond in figuur 2. </li></ol></li><li> Monitor deelnemer prestaties en feedback te geven over de snelheid of vreemde willekeurige bewegingen als dat nodig is. </li><li> Aan het einde van de instructie-animatie, stopt u de opname op de motion capture, EMG, en fNIRS systemen, evenals de videocamera. Geef de deelnemer een kans om te rusten of te verschuiven posities als dat nodig is. </li></ol> 7. Bilaterale onderste extremiteit Fietsen Task <ol><li> Heeft de deelnemer overgang naar een plint met beweegbare rug en been ondersteuning, zorg ervoor dat de fNIRS optode kabels ondersteunen en om niet tegen het lijf of verjagen de motion capture markers of EMG elektroden. Hebben een foam zitkussen voor meer comfort tijdens het experiment. </li><li> Til het fietsframe in de juiste positie en zet hem vast aan de plint met een riem. </li><li> Zet de voeten in de pedalen en stel de positie van de cyclus noodzakelijk om een ​​comfortabel en natuurlijk afstand tot de pedalen promoten. Bijhet verste punt in de cyclus, behouden hun knieën bij ongeveer 10 ° flexie. LET OP: Op dit punt, zal de deelnemer worden in een semi-liggende houding, die enkele romp ondersteuning biedt en faciliteert ontspanning tijdens de rustperiode. </li><li> Beoordeling taakinstructies met de deelnemer, vertellen ze zo stil en ontspannen mogelijk te blijven tijdens de &quot;rust&quot; periodes en te fietsen op ongeveer 60 min gedurende de &quot;taak&quot; periode. </li><li> Herhaal stap 6,4-6,7. In plaats van over te schakelen naar een beeld van een punt, het project van de cartoon animatie die de deelnemer zal cue om ofwel te rusten of te verplaatsen door middel van visuele en auditieve feedback. Maximaliseren van de film-venster, zodat de deelnemer niet in staat is om de tijd die is verstreken, of is overgebleven, in het huidige proces te bewaken. </li></ol> 8. hand knijpen Task <ol><li> Na het verwijderen van de voeten van de cyclus en de cyclus zelf, plaats een bed tafel voor de deelnemer, making ervoor dat armen deelnemer worden ondersteund op de tafel in een comfortabele positie. </li><li> Instrueren deelnemer aan een zacht voorwerp ongeveer eenmaal per seconde (1 Hz) knijpen tijdens de &quot;taak&quot; periode, en blijven zo ontspannen mogelijk tijdens de &quot;rust&quot; periodes. </li><li> Herhaal stap 7.5. </li></ol> 9. Enkel Dorsiflexie Task <ol><li> Verwijder het bed tafel, en de voetsteun deel van de sokkel te trekken tot aan de voeten in het zicht van de deelnemer brengen. </li><li> Verwijder schoen en sok van de deelnemer, en vervang voet markers in de juiste posities. Steun de kuit net boven hun enkelgewricht met een foam pad om enkelgewricht beweging mogelijk. </li><li> Instrueer de deelnemer om hun enkels dorsiflexie ongeveer eenmaal per seconde (1 Hz) tijdens de &quot;taak&quot; periode, en blijven zo ontspannen mogelijk tijdens de &quot;rust&quot; periodes. </li><li> Herhaal stap 7.5. </li></ol> 10. Conclusie van Proprotocol <ol><li> Verwijder de dop en controleer de huid voor de gebieden van druk of roodheid. </li><li> Verwijder alle reflecterende markeringen en EMG-eenheden. </li><li> Bedank de deelnemer voor hun tijd en nodigen hun input over de persoonlijke beleving van het protocol. Dit kan een formele vragenlijst zijn (zoals gebruikt door Garvey en collega&#39;s voor transcraniële magnetische stimulatie 13), of een informele discussie om gemeenschappelijke bronnen van ongemak dat kan worden verbeterd in de toekomst te identificeren. </li></ol>

<ol><li>Suzuki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prefrontal+and+premotor+cortices+are+involved+in+adapting+walking+and+running+speed+on+the+treadmill%3A+an+optical+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Prefrontal and premotor cortices are involved in adapting walking and running speed on the treadmill: an optical imaging study.</a> Neuroimage. 23 (3), 1020-1026 (2004).</li>
<li>Leff, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+cerebral+cortex+during+motor+task+behaviours+in+adults%3A+a+systematic+review+of+functional+near+infrared+spectroscopy+%28fNIRS%29+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Assessment of the cerebral cortex during motor task behaviours in adults: a systematic review of functional near infrared spectroscopy (fNIRS) studies.</a> Neuroimage. 54 (4), 2922-2936 (2011).</li>
<li>Orihuela-Espina, F., Leff, D. R., James, D. R., Darzi, A. W., Yang, G. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quality+control+and+assurance+in+functional+near+infrared+spectroscopy+%28fNIRS%29+experimentation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">Quality control and assurance in functional near infrared spectroscopy (fNIRS) experimentation.</a> Phys Med Biol. 55 (13), 3701-3724 (2010).</li>
<li>Pellicer, A., Bravo Mdel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+spectroscopy%3A+a+methodology-focused+review%5BTitle%5D)+AND+%22Semin+Fetal+Neonatal+Med%22%5BJournal%5D)">Near-infrared spectroscopy: a methodology-focused review.</a> Semin Fetal Neonatal Med. 16 (1), 42-49 (2011).</li>
<li>Wolf, M., Ferrari, M., Quaresima, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Progress+of+near-infrared+spectroscopy+and+topography+for+brain+and+muscle+clinical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Progress of near-infrared spectroscopy and topography for brain and muscle clinical applications.</a> J Biomed Opt. 12 (6), 062104(2007).</li>
<li>Tian, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+functional+near+infrared+spectroscopy+to+assess+cortical+reorganization+in+children+with+cerebral+palsy%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Quantification of functional near infrared spectroscopy to assess cortical reorganization in children with cerebral palsy.</a> Opt Express. 18 (25), 25973-25986 (2010).</li>
<li>Koenraadt, K. L., Duysens, J., Smeenk, M., Keijsers, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-channel+NIRS+of+the+primary+motor+cortex+to+discriminate+hand+from+foot+activity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">Multi-channel NIRS of the primary motor cortex to discriminate hand from foot activity.</a> J Neural Eng. 9 (4), 046010(2012).</li>
<li>Khan, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+abnormal+motor+cortex+activation+patterns+in+children+with+cerebral+palsy+by+functional+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Identification of abnormal motor cortex activation patterns in children with cerebral palsy by functional near-infrared spectroscopy.</a> J Biomed Opt. 15 (3), 036008(2010).</li>
<li>Tian, F., Alexandrakis, G., Liu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+probe+geometry+for+diffuse+optical+brain+imaging+based+on+measurement+density+and+distribution%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Opt%22%5BJournal%5D)">Optimization of probe geometry for diffuse optical brain imaging based on measurement density and distribution.</a> Appl Opt. 48 (13), 2496-2504 (2009).</li>
<li>Oldfield, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+assessment+and+analysis+of+handedness%3A+the+Edinburgh+inventory%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory.</a> Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).</li>
<li>Delagi, E. F., Perotto, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anatomic+guide+for+the+electromyographer--the+limbs%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Anatomic guide for the electromyographer--the limbs.</a> , 2nd edn, Thomas. (1980).</li>
<li>Hermens, H. J., Freriks, B., Disselhorst-Klug, C., Rau, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+recommendations+for+SEMG+sensors+and+sensor+placement+procedures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Electromyogr+Kinesiol%22%5BJournal%5D)">Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures.</a> J Electromyogr Kinesiol. 10 (5), 361-374 (2000).</li>
<li>Garvey, M. A., Kaczynski, K. J., Becker, D. A., Bartko, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subjective+reactions+of+children+to+single-pulse+transcranial+magnetic+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Child+Neurol%22%5BJournal%5D)">Subjective reactions of children to single-pulse transcranial magnetic stimulation.</a> J Child Neurol. 16 (12), 891-894 (2001).</li>
<li>Huppert, T. J., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((HomER%3A+a+review+of+time-series+analysis+methods+for+near-infrared+spectroscopy+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Opt%22%5BJournal%5D)">HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain.</a> Appl Opt. 48 (10), 280-298 (2009).</li>
<li>Boas, D. A. HOMER2. , Available from:
 
 <a target="_blank" href="http://www.nmr.mgh.harvard.edu/DOT/resources/homer2/home.htm">http://www.nmr.mgh.harvard.edu/DOT/resources/homer2/home.htm</a> (2012).</li>
<li>Jasdzewski, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differences+in+the+hemodynamic+response+to+event-related+motor+and+visual+paradigms+as+measured+by+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Differences in the hemodynamic response to event-related motor and visual paradigms as measured by near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 20 (1), 479-488 (2003).</li>
<li>Plichta, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Event-related+functional+near-infrared+spectroscopy+%28fNIRS%29%3A+are+the+measurements+reliable%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Event-related functional near-infrared spectroscopy (fNIRS): are the measurements reliable.</a> Neuroimage. 31 (1), 116-124 (2006).</li>
<li>Hervey, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+Therapeutics+and+Diagnostics+IX%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE%22%5BJournal%5D)">Photonic Therapeutics and Diagnostics IX.</a> SPIE. , (2013).</li>
<li>Sanger, T. D., Delgado, M. R., Gaebler-Spira, D., Hallett, M., Mink, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Classification+and+definition+of+disorders+causing+hypertonia+in+childhood%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatrics%22%5BJournal%5D)">Classification and definition of disorders causing hypertonia in childhood.</a> Pediatrics. 111 (1), 89-97 (2003).</li>
<li>Eyre, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+hemiplegic+cerebral+palsy+equivalent+to+amblyopia+of+the+corticospinal+system%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Neurol%22%5BJournal%5D)">Is hemiplegic cerebral palsy equivalent to amblyopia of the corticospinal system.</a> Ann Neurol. 62 (5), 493-503 (2007).</li>
<li>Maegaki, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Central+motor+reorganization+in+cerebral+palsy+patients+with+bilateral+cerebral+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr+Res%22%5BJournal%5D)">Central motor reorganization in cerebral palsy patients with bilateral cerebral lesions.</a> Pediatr Res. 45 (4 pt 1), 559-567 (1999).</li>
<li>Hoon, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensory+and+motor+deficits+in+children+with+cerebral+palsy+born+preterm+correlate+with+diffusion+tensor+imaging+abnormalities+in+thalamocortical+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Med+Child+Neurol%22%5BJournal%5D)">Sensory and motor deficits in children with cerebral palsy born preterm correlate with diffusion tensor imaging abnormalities in thalamocortical pathways.</a> Dev Med Child Neurol. 51 (9), 697-704 (2009).</li>
<li>Yoshida, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+diffusion+tensor+tractography+of+the+motor+and+sensory+tract+in+children+with+cerebral+palsy%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Med+Child+Neurol%22%5BJournal%5D)">Quantitative diffusion tensor tractography of the motor and sensory tract in children with cerebral palsy.</a> Dev Med Child Neurol. 52 (10), 935-940 (2010).</li>
<li>Lotze, M., Sauseng, P., Staudt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+relevance+of+ipsilateral+motor+activation+in+congenital+hemiparesis+as+tested+by+fMRI-navigated+TMS%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Functional relevance of ipsilateral motor activation in congenital hemiparesis as tested by fMRI-navigated TMS.</a> Exp Neurol. 217 (2), 440-443 (2009).</li>
<li>Phillips, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ankle+dorsiflexion+fMRI+in+children+with+cerebral+palsy+undergoing+intensive+body-weight-supported+treadmill+training%3A+a+pilot+study%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Med+Child+Neurol%22%5BJournal%5D)">Ankle dorsiflexion fMRI in children with cerebral palsy undergoing intensive body-weight-supported treadmill training: a pilot study.</a> Dev Med Child Neurol. 49 (1), 39-44 (2007).</li>
<li>Wilke, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Somatosensory+system+in+two+types+of+motor+reorganization+in+congenital+hemiparesis%3A+topography+and+function%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Somatosensory system in two types of motor reorganization in congenital hemiparesis: topography and function.</a> Hum Brain Mapp. 30 (3), 776-788 (2009).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Gelijktijdige ophaling van hersenactiviteit uit gerichte gebieden van de cortex en kwantitatieve gegevens over de manier waarop een persoon presenteert enorm potentieel in beweging is voor het verbeteren van ons begrip van de neurale controle van de beweging, zowel in een normaal ontwikkelende bevolking evenals die met bewegingsstoornissen. Er is ook een brede toepassing in termen van leeftijd en beweging taken die kon worden voltooid, als deelnemers niet beperkt zijn tot een liggende positie als ze zouden zijn voor een...

Neurale beeldvorming tijdens functionele taken heeft meer draagbaar en kostenefficiënt worden met behulp van niet-invasieve functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) gebieden van hersenactiviteit identificeren door het meten van bloedstroming dynamiek in de cortex. De draagbaarheid van fNIRS is bijzonder nuttig bij de studie van rechtop en functionele taken zoals gang 1, wat niet mogelijk is met andere technologieën zoals functionele magnetische resonantie (fMRI). Deze mogelijkheid is van cruciaal belang op het gebied van neurologie en neurowetenschappen, en nieuwe inzichten kunnen verschaffen in de mechanismen die ten grondslag liggen bewegingsstoornissen bij kinderen en volwassenen met cerebrale parese (CP) en andere neurologische aandoeningen van de motorische controle. Inzicht in mechanismen verbetert het vermogen om effectieve interventies om de bron van stoornissen en beperkingen in activiteiten gericht op het ontwerpen. Veel fNIRS studies van motorische taken tot op heden met een gezonde populatie van volwassenen waar een deel geweesticipants krijgen de opdracht om een ​​bepaalde taak en de monitoring van de taakuitvoering is beperkt tot visuele inspectie uit te voeren. Dit kan voldoende zijn voor degenen met normale bewegingen en een hoge mate van betrokkenheid, maar is niet aanvaardbaar bij het bestuderen deelnemers bewegingsstoornissen of mensen die moeite die bij een taak voor langere tijd, zoals normaal ontwikkelende kinderen. Om de analyse van hersenactiviteit in deze gevallen de hoogte wordt gelijktijdige bewaking van de motor patroon daadwerkelijk voltooid vereist. Uitgebreide reviews van fNIRS systemen en gebruiken zijn gepresenteerd in de literatuur 2-5 dat het gebruik begeleiden en helpen om de nauwkeurigheid en de gevoeligheid van deze systemen, maar technische problemen in het verzamelen, verwerken en interpreteren van fNIRS gegevens nog steeds aan te tonen. Kleur en dikte van het haar van invloed op de kwaliteit van het optische signaal, met donker dik haar het meest waarschijnlijk te blokkeren of te vervormen optische zender;ssion 3,6. Dit is vooral van belang bij het ​​bestuderen van de sensomotorische gebieden gelegen op de kruin van het hoofd waar haarfollikel dichtheid is het grootst, en sommige studies rapporteren non-responders 6,7. De gevestigde International 10/20 systeem kan worden gebruikt voor plaatsing van de optoden, maar vooral bij patiënten met atypische hersenen anatomie, co-registratie van optode locatie anatomische MRI een deelnemer is zeer nuttig als niet noodzakelijk om nauwkeurig interpreteren resultaten. Het gebruik van fNIRS om hersenactiviteit te beoordelen in de jeugd-onset hersenletsel is vrij recent, maar steeds tractie op het gebied van unilaterale cerebrale parese 6,8,9. Met het oog op de bovengenoemde uitdagingen, dit protocol combineert fNIRS, motion capture, en elektromyografische (EMG) monitoring tijdens een aantal taken, waaronder eenvoudige single-joint taken evenals meer complexe full-body bewegingen. Visuele en auditieve begeleiding is onsed om aandacht en taakuitvoering over meerdere leeftijden van de deelnemers te verbeteren. Het doel van het protocol is om verschillen in hersenactiviteit patronen herkennen in die met een unilaterale en bilaterale jeugd-onset hersenletsel in vergelijking met degenen die doorgaans worden ontwikkelen. We verkennen een full body beweging (lopen), een bilaterale onderste extremiteiten multi-joint beweging (fietsen), en twee eenzijdige single-joint bewegingen (geïsoleerd dorsiflexie van de enkel, en geïsoleerde hand knijpen) om de verscheidenheid aan toepassingen van de methoden te illustreren. Dezelfde of een vergelijkbaar protocol kan worden gebruikt om andere zintuiglijke of bewegingsstoornissen of andere opdrachten van belang bestuderen. Continuous wave nabij-infrarood licht werd uitgezonden en gedetecteerd bij 690 nm en 830 nm over de sensomotorische cortex met behulp van de fNIRS systeem met een snelheid van 50 Hz, met behulp van een configuratie op maat ontworpen bron-detector. EMG gegevens werden draadloos verzameld op een frequentie van 1000 Hz. Reflecterende marker 3-D locaties warendoor een optische motion capture systeem verzameld met een frequentie van 100 Hz. Twee verschillende computers behandeld data-acquisitie, één voor de fNIRS en een andere voor de motion capture en EMG. De gegevens werden gesynchroniseerd met behulp van een trigger puls van een derde computer die overeenkomt met een muisknop indrukken om de educatieve animatie voor elke taak te starten. Voor alle taken behalve gait, werden educatieve animaties ontworpen om deelnemer prestaties standaardiseren met behulp van visuele begeleiding van het tempo van een taak (1 Hz), vertegenwoordigd door een cartoon dier springen of schoppen, evenals een auditieve cue.

<table><tbody><tr><td>CW6</td><td>TechEn</td><td>http://nirsoptix.com/</td><td>fNIRS-apparaat met variabel aantal bronnen en detectoren, afhankelijk van het aantal modules dat is opgenomen</td></tr><tr><td>MX-systeem met tien T40-serie camera's</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK</td><td>http://www.vicon.com/System/TSeries</td><td>Bewegingsvastleggingscamera's</td></tr><tr><td>reflecterende 4 mm markeringen</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK</td><td></td><td>Markeringen die door de bewegingsvastleggingscamera's worden gebruikt om fNIRS-optodes, Ar, Al, Nz en handcoördinaten te lokaliseren.</td></tr><tr><td>reflecterende 9,5 mm markeringen</td><td>Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK</td><td></td><td>Markeringen die door de bewegingsvastleggingscamera's worden gebruikt om arm- en beencoördinaten te lokaliseren. Clusters worden gebruikt voor de ledemaatsegmenten, en markeringen met offsets worden gebruikt voor PSIS en Iz om de betrouwbaarheid van gegevensvastlegging te verbeteren.</td></tr><tr><td>Trigno Wireless EMG-systeem</td><td>Delsys, Inc. Natick, MA</td><td>http://www.delsys.com/products/wireless-emg/</td><td>Elektromyografie</td></tr><tr><td>Bertec split-belt instrumentele loopband</td><td>Bertec Corporation, Columbus, OH</td><td>http://bertec.com/products/instrumented-treadmills.html</td><td>Loopband</td></tr><tr><td>ZeroG lichaamsgewichtondersteuningssysteem</td><td>Aretech, LLC, Ashburn, VA</td><td>http://www.aretechllc.com/overview.html</td><td>Track en passieve trolley gebruikt om kabels te ondersteunen, harnas kan worden gebruikt voor de veiligheid van de patiënt tijdens loopbandproeven</td></tr><tr><td>3DS Max 2013</td><td>Autodesk, Inc., San Francisco, CA&nbsp;</td><td>http://www.autodesk.com/</td><td>3-D animatiesoftware gebruikt om dieren te animeren voor instructievideo's</td></tr><tr><td>Windows Movie Maker</td><td>Microsoft Corporation, Redmond, WA</td><td>http://windows.microsoft.com/en-us/windows-live/movie-maker</td><td>software gebruikt om animatiebeelden te combineren met muziek</td></tr><tr><td>Audacity</td><td>open source</td><td>http://audacity.sourceforge.net/</td><td>Software gebruikt om het muzikale ritme aan te passen aan de juiste cadens</td></tr></tbody></table>

functionele near infrared spectroscopy van de sensorische en motorische gebieden van de hersenen met gelijktijdig kinematische en emg monitoring tijdens motor taken

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

Er zijn verschillende voordelen die functioneel nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) presenteert in de studie van de neurale controle van de menselijke beweging. Het is relatief flexibel met betrekking tot de deelnemer positionering en zorgt voor een zekere bewegingen hoofd tijdens taken. Bovendien is goedkoop, lichtgewicht en draagbaar, met zeer weinig contra-indicaties voor het gebruik ervan. Dit biedt een unieke gelegenheid om functionele hersenactiviteit bestuderen tijdens motorische taken bij personen die typisch ontwikkelen, evenals die met bewegingsstoornissen, zoals cerebrale parese. Een bijkomende overweging bij het bestuderen van bewegingsstoornissen, echter, is de kwaliteit van de werkelijke bewegingen uitgevoerd en de mogelijkheden voor extra, onbedoelde bewegingen. Daarom wordt gelijktijdig monitoren van zowel bloedstroom veranderingen in de hersenen en trajecten van lichaam tijdens proeven vereist voor correcte interpretatie van fNIRS resultaten. Hier tonen we een protocol voor de combinatie van fNIRS metspieren en kinematische monitoring tijdens motorische taken. We verkennen gang, een eenzijdige multi-joint beweging (fietsen), en twee eenzijdige single-joint bewegingen (geïsoleerd dorsiflexie van de enkel, en geïsoleerde hand knijpen). De technieken die kunnen nuttig zijn bij het bestuderen van zowel typische en atypische motorische controle, en kan worden aangepast aan een breed scala van taken en wetenschappelijke vragen onderzoeken.

Dit protocol coördineert gelijktijdige verwerving van 3 modaliteiten hersenen bloedstroom, elektrische spieractiviteit en kinematische beweging van gewrichten vangen terwijl een deelnemer uitvoert motorische taken (figuur 1). <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/52391/52391fig1highres.jpg" /> Figuur 1. Probe locatie. Het linker deel van deze figuur toont de locaties bij benadering van de sensorische gebieden (...

Het monitoren van hersenactiviteit tijdens rechtopstaande motorische taken is van grote waarde bij het onderzoeken van de neurale bron van bewegingsstoornissen. Hier demonstreren we een protocol dat functionele nabij-infraroodspectroscopie combineert met continue monitoring van spier- en kinematische activiteit tijdens 4 soorten motorische taken.

Functionele Near Infrared Spectroscopy van de sensorische en motorische gebieden van de hersenen met Gelijktijdig kinematische en EMG Monitoring Tijdens Motor Taken

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

Het algemene doel van deze procedure is om het gebruik van functionele nabij-infraroodspectroscopie over de sensorische en motorische regio's van de hersenen te demonstreren, met gelijktijdige kinematische en EMG-monitoring tijdens verschillende motorische taken. Dit wordt bereikt door eerst de fNIRS-optodes op het hoofd van de deelnemer te plaatsen en deze uit te lijnen met CZ en de preauriculaire punten. De tweede stap is het plaatsen van de EMG-elektroden over de spierbuiken van de doelspieren en de reflecterende markers op de anatomische referentiepunten.Verzamel vervolgens simultaan gegevens van de F Ns EMG en de motion capture-systemen terwijl de deelnemer motorische taken uitvoert. Uiteindelijk wordt F NS gebruikt om verschillen te identificeren tussen de hersenactivatiepatronen bij personen met een unilateraal en bilateraal hersenletsel op kinderleeftijd en personen met een typische ontwikkeling. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden zoals fMRI is dat deze techniek ons in staat stelt om de uitvoering van rechtopstaande en functionele taken, zoals gangbeeld, te bestuderen.Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen b

functional-near-infrared-spectroscopy-sensory-motor-brain-regions

Research

JoVE Journal

Behavior

Gedrag

Hier beschrijven we een dataverzameling en data-analyse methode voor functionele Near Infrared Spectroscopy (fNIRS), een nieuwe niet-invasieve beeldvorming van de hersenen dat gebruikt wordt in de cognitieve neurowetenschappen, met name in het bestuderen van kind ontwikkeling van de hersenen. Deze methode biedt een universele standaard van de data-acquisitie en-analyse van vitaal belang om gegevens te interpreteren en wetenschappelijke ontdekkingen.

Het verkennen van cognitieve functies bij baby&#39;s, Kinderen &amp; Volwassenen met Near Infrared Spectroscopy

MazeSuite is een complete toolset voor het voorbereiden, presenteren en analyseren van navigatie- en ruimtelijke experimenten। Functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIR) is een optische hersenbeeldtechniek waarmee niet-invasieve en draagbare monitoring van veranderingen in de cerebrale bloedoxygenatie mogelijk is. Dit artikel vat het gezamenlijke gebruik van MazeSuite en fNIR samen binnen een cognitief leerparadigma.

Met behulp van MazeSuite en functionele Near Infrared Spectroscopy te Study Leren in Spatial Navigation

Source: Reindl, V., et al. Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy. J. Vis. Exp. (2019) This video demonstrates the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) to measure brain activity during social interactions. Participants engage in a coordinated task that increases activity in the prefrontal cortex, a region critical for social behavior, while the system detects changes in light absorption due to blood oxygenation. By analyzing the synchrony...

Functional Near-Infrared Spectroscopy for Recording Brain Activity During Social Interactions

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

We presenteren een methode om functionele hersenactiviteit vergeleken tijdens een naturalistische taak, geregistreerd met fNIRS, met de activiteit vergeleken die geregistreerd wordt tijdens fMRI.

fMRI Validatie van fNIRS Metingen Tijdens een naturalistische Task

In dit artikel wordt een nieuwe, goedkope mens-machine interface voor een interactief balansrevalidatiesysteem na een beroerte gepresenteerd. Het systeem integreert off-the-shelf goedkope sensoren voor een door de wil gedreven elektrotherapieparadigma. De proof-of-concept software-interface wordt gedemonstreerd aan gezonde vrijwilligers.

Een mens-machine-interface van Integratie Low-cost sensoren met een neuromusculaire elektrische stimulatie systeem voor Post-stroke Balance Rehabilitation

Transcraniale magnetische stimulatie, elektromyografie en 3D-bewegingsregistratie zijn veelgebruikte niet-invasieve technieken voor het onderzoeken van neuromusculaire functies bij mensen. In dit artikel beschrijven we een protocol dat gegevens die door al deze drie tools worden gegenereerd, synchronelijk samplet, samen met de unieke toevoeging van virtuele realiteitsstimuluspresentatie en feedback.

Multifunctionele Setup voor het bestuderen van Human Motor Control Met behulp van Transcraniële Magnetische Stimulatie, Elektromyografie, Motion Capture en Virtual Reality

Monitoring hersenactiviteit buiten het lab zonder fysieke beperkingen presenteert methodologische uitdagingen. Een fiberless werd wearable functionele Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) systeem gebruikt om de hersenactiviteit tijdens een ecologische prospectief geheugen taak te meten. Er werd aangetoond dat dit systeem kan worden gebruikt om hersenactiviteit tijdens niet-laboratorium gebaseerde experimenten volgen.

Met behulp van fiberless, Wearable fNIRS hersenactiviteit in real-world cognitieve taken Monitor

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.

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

We presenteren een methode voor het gelijktijdig verzamelen van fMRI- en fNIRS-signalen van dezelfde proefpersonen met fNIRS-dekking van het hele hoofd. Het protocol is getest met drie jongvolwassenen en kan worden aangepast voor gegevensverzameling voor ontwikkelingsstudies en klinische populaties.

Gelijktijdige gegevensverzameling van fMRI- en fNIRS-metingen met behulp van een optode-array voor het hele hoofd en kanalen over korte afstand

Geschat wordt dat 1 op de 6 mensen wereldwijd tijdens zijn leven een beroerte zal krijgen, met langdurige invaliditeit tot gevolg, waarvan de revalidatiemechanismen nog steeds slecht worden begrepen. Deze studie stelt een protocol voor om hersenactivatie te evalueren door middel van functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) tijdens een robottherapiesessie voor de onderste ledematen.

Een experiment met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie en robotgeassisteerde multi-joint richtbewegingen van de onderste ledematen

Leer functionele near-infrared spectroscopie van sensorische en motorische hersengebieden met gelijktijdige kinematische en EMG-monitoring tijdens motorische taken. Deze methode identificeert hersenactiveringspatronen bij verschillende populaties.

Functionele Near Infrared Spectroscopy van de sensorische en motorische gebieden van de hersenen met Gelijktijdig kinematische en EMG Monitoring Tijdens Motor Taken (Video) | JoVE Journal

Functionele Near Infrared Spectroscopy van de sensorische en motorische gebieden van de hersenen met Gelijktijdig kinematische en EMG Monitoring Tijdens Motor Taken

Meer video's verkennen