Neuroimaging veld methoden met behulp van functionele in de buurt van infrarood spectroscopie (NIRS) Neuroimaging te bestuderen van Global Child Development: landelijke sub-Sahara Afrika
2 februari 2018
Draagbare neuroimaging benaderingen (functionele in de buurt van infraroodspectroscopie) verstrekken voorschotten aan de studie van de hersenen in eerder ontoegankelijke gebieden; hier, landelijke Ivoorkust. Innovatie in methoden en ontwikkeling van neuroimaging cultureel aangepaste protocollen toestaat nieuwe studie van de ontwikkeling van de hersenen en kinderen van leerresultaten in omgevingen met aanzienlijke armoede en tegenspoed.
Het algemene doel van dit veldneuro-imagingprotocol is om de hersenontwikkeling van kinderen en cognitieve en leerresultaten te bestuderen, met behulp van draagbare functionele nabij-infraroodspectroscopie, bekend als fNIRS, in afgelegen, onderbelichte, omgevingen met weinig middelen zoals verarmde landelijke gemeenschappen, in Sub-Saharaans Afrika. Deze methode kan ons helpen sleutelvragen te beantwoorden over hersenontwikkeling in risicovolle omgevingen. Bijvoorbeeld, hoe het netwerk van de hersenen voor lezen zich ontwikkelt in gemeenschappen met een hoog risico op analfabetisme.
Deze methode behandelt ook belangrijke theoretische kwesties in de wereldwijde ontwikkeling van kinderen, met betrekking tot hoe zowel biologische ontwikkeling als diverse, en vaak negatieve ervaringen, de hersenen beïnvloeden. En kan nieuwe informatie onthullen over gevoelige periodes van ontwikkeling. Om te beginnen, investeren in de vorming van samenwerkingen, en bieden van kansen, binnen het onderzoekskader, aan lokale onderzoekers.
Sluit partnerschappen met lokale, wetenschappelijke instellingen aan voor inclusiviteit, aangezien erkenning van leeftijdsgenoten op lokaal niveau belangrijk is bij het communiceren van onderzoeksresultaten in de regio. Bereid je voor op regenachtige klimatologische omstandigheden, in het veld, aangezien temperatuur en vochtigheidsomstandigheden aanzienlijk kunnen variëren van laboratoriumomstandigheden, wat de werking en levensduur van apparatuur en het comfort van de deelnemers kan beïnvloeden. Het demonstreren van de procedure zal door Lais Freitas worden gedaan, een bezoekend geleerde in mijn laboratorium, van de Federale Universiteit van San Pallo, en Violet Kozloff, onze laboratoriummanager.
Begin door een toestemmingsprocedure te ondergaan, in een lokale of voorkeurstaal van de deelnemer, die cultureel passend is, en ervoor zorgt dat deelnemers, hun families en gemeenschappen worden geïnformeerd over onderzoek en hun beslissing om deel te nemen aan de studie. Begeleide vervolgens de deelnemers naar de testkamer, en laat ze op een stoel zitten. Leg aan de deelnemer uit dat er een hoofdmaat zal worden genomen.
Gebruik een standaard meetlint om de afstanden tussen de nasion en inion rond het hoofd te meten, de nasion en inion over de bovenkant van het hoofd, door het middelste centrale punt, of CC, en de afstand tussen de linker en rechter oortragus, over de bovenkant van het hoofd, door CC. Plaats vervolgens de fNIRS optode houder kap op het hoofd van de deelnemer, en richt de kap uit op het International 10-20 systeem, voor locatie op de schedel. Bevestig de kap met de riem. Zodra de kap is gepositioneerd, instrueer de deelnemer om stil te zitten, terwijl een 3D-digitizer meting van de belangrijkste 10-20 systeem schedel posities, en elke optode plaatshouder wordt genomen.
Regel vervolgens de 3D-digitizer apparatuur in, door één sensor op het hoofd van de deelnemer te plaatsen, bij CC, en stevig te bevestigen, en de tweede sensor op de tafel direct achter het hoofd van de deelnemer te plaatsen. Beweeg de 3D-digitizer stylist naar elke sonde locatie, en over de belangrijkste 10-20 systeem posities. Nadat de 3D-digitizer gegevens zijn verzameld, wijs de deelnemer aan om comfortabel te zitten, voor de stimulus presentatie computer.
Gebruik de ingebouwde fNIRS software om de sonde arrangement te selecteren die overeenkomt met het ontwerp van het experiment. Zorg ervoor dat het maximaal overeenkomt met taalgebieden van de linker hersenhelft, en hun rechter hersenhelft homoloog, evenals de frontale kwab. Zorg ervoor dat zowel de zender als detector sondes zijn genummerd volgens de sonde arrangement kaart.
Gebruik de optode kaart en de ingebouwde fNIRS software als een gids, plaats elke optode in zijn respectieve opening. Beweeg eventueel haar om contact tussen de punt van de optode en schedel te verzekeren. Controleer ten slotte, nadat alle optodes op hun plaats zijn, de signaalkwaliteit, met behulp van de ingebouwde fNIRS systeem software.
Pas individuele sondes aan, indien nodig, tot voldoende signaalkwaliteit is bereikt. Begin door ruisonderdrukkende koptelefoons op het hoofd van de deelnemer te plaatsen, wees voorzichtig om de fNIRS sonde plaatsing niet te verstoren. Zorg ervoor dat de koptelefoons auditieve spraakstimuli leveren, indien van toepassing op de deelnemer, evenals het blokkeren van eventuele omgevingsgeluiden.
Instrueer de deelnemer om te fixeren op het kruis, in het midden van het scherm. Vraag hen om stil te blijven tijdens het experiment, terwijl de experimentele taken worden weergegeven. Dim de lichten, en begin met het opnemen van de deelnemer op de ingebouwde videocamera.
Begin met het opnemen van fNIRS gegevens, op de fNIRS commando computer, en start taken op de stimulus presentatie computer. Bewaak de prestaties van de deelnemer, gedurende alle taken, en bied pauzes tussen taken en runs. Zorg ervoor dat de activering, van de experimentele stimuli presentatie computer, wordt ontvangen door de fNIRS commando computer.
Ten slotte, aan het einde van alle taken, stop het verzamelen van video en fNIRS gegevens. Nadat het experiment is voltooid, verwijder elke optode van de optode houder kap. Zonder de positie van de optode houder kap op het hoofd van de deelnemer te verstoren, wijs de deelnemer aan om in een positie te zitten, om een tweede 3D-digitizer meting te verkrijgen.
Herhaal de 3D-digitizer meting, om ervoor te zorgen dat eventuele verstoringen van de schedel sonde posities tijdens het experiment kunnen worden gedetecteerd, door de twee positiebestanden te vergelijken. Ten slotte, nadat de herhaalde meting voltooid is, verwijder de optode houder kap van het hoofd van de deelnemer. De 3D-positiegegevens en experimentele ontwerp gegevens, werden gecombineerd met fNIRS tijdsreeksen gegevens, voor analyse om experiment gerelateerde, significante neurale activeringspatronen op een standaard hersentemplate in kaart te brengen.
Dit onderwerp toonde grotere activering in de superieure temporale gyrus van de linker hersenhelft, tijdens rijmproeven vergeleken met rust. Verder, grotere activering voor niet-rijmende verzen vergeleken met rijmproe
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie heeft tot doel de hersenontwikkeling en leerresultaten van kinderen te onderzoeken met behulp van draagbare functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) in afgelegen gebieden met beperkte middelen, zoals het landelijke Côte d'Ivoire. Er wordt onderzocht hoe neuroimaging-protocollen kunnen helpen bij het aanpakken van de impact van nadelige omgevingen op cognitieve functies, in het bijzonder in gemeenschappen met een hoog risico op analfabetisme.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Kinderontwikkeling
- Cognitieve neurowetenschappen
Achtergrond
- Dit onderzoek richt zich op de hersenontwikkeling bij kinderen uit arme gebieden.
- Er wordt nadruk gelegd op het belang van het gebruik van cultureel passende neuroimaging-methoden.
- De studie beoogt kritische vragen te beantwoorden over cognitieve groei onder ongunstige omstandigheden.
- Samenwerking met lokale onderzoekers wordt benadrukt voor een effectieve implementatie.
Doel van de studie
- Om de ontwikkelingsnetwerken in de hersenen te verkennen die geassocieerd zijn met cognitieve taken.
- Om te onderzoeken hoe omgevingsfactoren de hersenontwikkeling beïnvloeden.
- Om het begrip van sensitieve perioden voor de acquisitie van cognitieve vaardigheden te verbeteren.
Gebruikte methoden
- De studie maakt gebruik van functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) voor neuroimaging.
- De hersenactiviteit van deelnemers wordt gemeten tijdens specifieke cognitieve taken.
- De belangrijkste procedures omvatten hoofdmetingen, het plaatsen van optoden en de gegevensregistratie.
- Er is samenwerking opgezet met lokale instellingen voor cultureel relevante praktijken.
Belangrijkste resultaten
- De methodologie onthult significante activatiepatronen in de hersenen die gerelateerd zijn aan taalstaken.
- Resultaten wijzen op variërende activatie tijdens taken op basis van cognitieve betrokkenheid.
- De bevindingen dragen bij aan het begrip van de relatie tussen hersenfunctie en leerresultaten.
Conclusies
- Deze studie biedt inzicht in de cognitieve ontwikkeling van kinderen in uitdagende omgevingen.
- Het maakt een dieper begrip mogelijk van hoe nadelige omstandigheden de hersenfunctie beïnvloeden.
- De aanpak bevordert de inclusie van lokale perspectieven in het onderzoek, wat bijdraagt aan de verbetering van mondiale theorieën over de ontwikkeling van het kind.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
Draagbare neuroimaging-methoden zoals fNIRS maken hersenfunctiestudies mogelijk bij populaties met beperkte middelen, wat onderzoek naar wereldwijde gezondheid en vroege identificatie van neuro-ontwikkelingsrisico's ondersteunt. Deze benadering biedt translationele waarde door omgevingsfactoren die nadelig zijn te koppelen aan cognitieve uitkomsten in omgevingen met beperkte middelen, wat bijdraagt aan interventiestrategieën. De methodologie ondersteunt het verkleinen van de onzekerheid bij hypothesen over hersenontwikkeling in zwaar getroffen regio's door middel van reproduceerbare, in het veld inzetbare neuroimaging.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om neuro-ontwikkelingshypothesen te onderzoeken in ecologisch valide omgevingen met een hoge mate van tegenspoed.
- Operationele waarde: Biedt draagbare, niet-invasieve hersenbeeldvorming voor target-engagement en routeanalyse bij pediatrische populaties.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt de ontwikkeling van gestandaardiseerde neuroimaging-protocollen voor het beoordelen van de cognitieve functie in diverse omgevingen.
- Operationele waarde: Faciliteert de gereedheid van assays door middel van cultureel passende toestemmingsprocedures en reproduceerbare plaatsing van optoden.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Koppelt hersenactivatiepatronen aan leerresultaten, wat de exploratie van biomarkers voor cognitieve ontwikkeling mogelijk maakt.
- Operationele waarde: Waarborgt continuïteit van ontdekking naar validatie door longitudinale veldmonitoring van neurale responsen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in discovery-workflows door neurale read-outs in een vroeg stadium te bieden die bijdragen aan target-validatie en mechanistisch inzicht in de pediatrische neurowetenschappen.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing over hoe omgevingsstressoren de ontwikkeling van hersennetwerken beïnvloeden tijdens gevoelige perioden.
- Screening: Maakt gestandaardiseerde, kwantitatieve meting van neurale activatie tijdens cognitieve taken mogelijk voor het screenen van verbindingen of interventies.
- Analytics: Genereert fNIRS-tijdreeksgegevens gecombineerd met 3D-ruimtelijke mapping voor spatiotemporele analyse van hersenactiviteit.
- Translationeel onderzoek: Verbindt neurale activatie met gedragsuitkomsten, wat voorspellende modellering van leer- en cognitieve trajecten ondersteunt.
- Enterprise Reuse: Vestigt een inzetbaar neuroimaging-platform voor multi-center studies in regio's met beperkte middelen, waardoor de schaalbaarheid en vergelijkbaarheid tussen studies wordt verbeterd.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen in neuro-ontwikkelingsmodellen door reële omgevingsvariabelen te integreren.
- Operationele waarde: Bevordert standaardisatie via protocollen voor hoofdmetingen, optode-uitlijning en controles van de signaalkwaliteit.
- Strategische waarde: Vermindert het biologische risico bij vroege targetvalidatie door bevindingen te valideren in ecologisch relevante contexten.
- Impact op portfolio: Informeert risico-gecorrigeerde beslissingen door biomarkers van cognitieve veerkracht of kwetsbaarheid in populaties met een hoge belasting te identificeren.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in neuroimaging, kinderontwikkeling en crossculturele onderzoeksethiek.
- Draagt behoefte aan portable fNIRS-systemen, 3D-digitizers, tools voor stimuluspresentatie en geluidsarme omgevingen.
- Vereist standaardisatie van toestemmingsprocedures, optode-plaatsing en gegevensverzameling over verschillende veldlocaties.
- Omvat aanpassingen aan variabele omgevingsfactoren zoals temperatuur, vochtigheid en de mobiliteit van participanten.
- Omvat beperkingen met betrekking tot signaalverzwakking bij bewegende populaties en de noodzaak voor bewegingscorrectie in ecologisch valide settings.
