Method Article

Badanie funkcji mózgu u dzieci za pomocą magnetoencefalografii

DOI:

10.3791/58909

⸱

April 8th, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1ARC Centre of Excellence in Cognition and its Disorders, Macquarie University, 2Department of Cognitive Science, Macquarie University, 3Aston Brain Centre, School of Life and Health Sciences, Aston University, 4Department of Linguistics, Macquarie University

In This Article

Summary

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

Ten artykuł przedstawia przyjazny dla dzieci protokół badawczy, który ma na celu poprawę jakości danych poprzez zmniejszenie ruchów głowy podczas magnetoencefalografii dziecięcej (MEG). Zaznajamiamy rodziny ze środowiskiem MEG, szkolimy dzieci, aby pozostawały w bezruchu za pomocą symulatora MEG i korygujemy artefakty szczątkowych ruchów głowy za pomocą systemu wykrywania ruchów głowy w czasie rzeczywistym.

Abstract

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

Magnetoencefalografia (MEG) to nieinwazyjna technika neuroobrazowania, która bezpośrednio mierzy pola magnetyczne wytwarzane przez aktywność elektryczną ludzkiego mózgu. MEG jest cichy i rzadziej wywołuje klaustrofobię w porównaniu z obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego (MRI). Jest to zatem obiecujące narzędzie do badania funkcji mózgu u małych dzieci. Jednak analiza danych MEG z populacji pediatrycznych jest często skomplikowana ze względu na artefakty związane z ruchem głowy, które powstają w wyniku zapotrzebowania na przestrzennie ustaloną matrycę czujników, która nie jest przymocowana do głowy dziecka. Minimalizacja ruchów głowy podczas sesji MEG może być szczególnie trudna, ponieważ małe dzieci często nie są w stanie pozostać w bezruchu podczas zadań eksperymentalnych. Przedstawiony tutaj protokół ma na celu zmniejszenie artefaktów związanych z ruchem głowy podczas skanowania MEG u dzieci. Przed wizytą w laboratorium MEG rodziny otrzymują materiały, które wyjaśniają system MEG i procedury eksperymentalne w prostym, przystępnym języku. Przeprowadzana jest sesja zapoznawcze MEG, podczas której dzieci zapoznają się zarówno z badaczami, jak i procedurami MEG. Następnie są szkoleni, aby trzymać głowę nieruchomo podczas leżenia w symulatorze MEG. Aby pomóc dzieciom poczuć się swobodnie w nowym środowisku MEG, wszystkie procedury są wyjaśnione za pomocą narracji misji kosmicznej. Aby zminimalizować ruchy głowy spowodowane niepokojem, dzieci są szkolone i oceniane przy użyciu zabawnych i wciągających paradygmatów eksperymentalnych. Ponadto artefakty związane z pozostałościami ruchów głowy dzieci są kompensowane podczas sesji zbierania danych za pomocą systemu śledzenia ruchów głowy w czasie rzeczywistym. Wdrożenie tych przyjaznych dzieciom procedur jest ważne dla poprawy jakości danych, zminimalizowania wskaźników rezygnacji uczestników w badaniach podłużnych i zapewnienia, że rodziny mają pozytywne doświadczenia badawcze.

Introduction

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

Magnetoencefalografia (MEG) to nieinwazyjna technika funkcjonalnego neuroobrazowania, która mierzy pola magnetyczne wytwarzane przez aktywność elektryczną ludzkiego mózgu1,2. MEG oferuje doskonałą rozdzielczość czasową i lepszą rozdzielczość przestrzenną w porównaniu z elektroencefalografią (EEG) ze względu na brak rozmazywania sygnału z tkanek biologicznych między źródłami mózgu a czujnikami. Ponadto MEG nie wiąże się z narażeniem na głośne dźwięki, promieniowanie czy pola magnetyczne. Czas przygotowania jest szybki, a uczestnikom może towarzyszyć rodzic lub opiekun przez cały czas trwania testów. Podsumowując, cechy te sprawiają, że MEG jest obiecującym narzędziem do badania rozwoju typowych i nietypowych funkcji mózgu u małych dzieci2.

Aby zmierzyć reakcje mózgu za pomocą MEG, uczestnicy badania muszą włożyć swoje głowy do hełmu, w którym znajduje się stały zestaw czujników nadprzewodzących. Bardzo ważne jest, aby uczestnicy trzymali głowy nieruchomo przez cały czas trwania nagrania MEG, ponieważ zmiany w pozycji głowy względem czujników zarówno pogarszają rozkład sygnału neuromagnetycznego, jak i utrudniają dokładne oszacowanie źródła. Niedokładne oszacowanie źródła nieuchronnie prowadzi do niedokładnych wniosków statystycznych w zakresie mocy źródła, łączności funkcjonalnej i analiz sieciowych3.

Minimalizacja ruchów głowy może być szczególnie trudna podczas oceny MEG u dzieci z wielu powodów. Po pierwsze, ocena małych dzieci w systemie MEG dla dorosłych jest problematyczna, ponieważ głowy dzieci są znacznie mniejsze niż u dorosłych, a zwiększona przestrzeń między kaskiem a skórą głowy dziecka pozwala na swobodne ruchy głowy. Po drugie, nowe środowisko MEG – duża maszyna zamknięta w pozbawionym okien, magnetycznie osłoniętym pomieszczeniu – może być onieśmielająca dla małych dzieci, a ruchy głowy mogą być konsekwencją niepokoju. Po trzecie, bez treningu dzieci mogą nie w pełni zrozumieć lub nie spełnić wymogu pozostawania w bezruchu przez cały czas trwania eksperymentu. Wreszcie, dzieci, które mają ograniczoną zdolność do tolerowania nudy, mogą uznać, że niektóre eksperymenty MEG trwają zbyt długo lub są żmudne, co skutkuje niepokojem i artefaktami ruchu głowy.

Aby poradzić sobie z długotrwałym wyzwaniem związanym z ruchem głowy w pediatrycznych badaniach nad MEG, ten artykuł przedstawia najnowsze osiągnięcia sprzętowe i metodologiczne, które są implementowane w przyjaznym dla dzieci protokole MEG używanym w KIT-Macquarie Brain Research Laboratory (Macquarie University, Sydney, Australia). Jak opisano w poprzednim artykule z tego laboratorium4, problemy związane z używaniem luźno dopasowanego kasku Dewara dla dorosłych zostały rozwiązane poprzez zainstalowanie pierwszego na świecie systemu MEG dla dzieci na całej głowie z szytym na miarę kaskiem dewara, aby lepiej dopasować się do głów małych dzieci w wieku od około trzech do sześciu lat. Ta adaptacja sprzętowa poprawia stosunek sygnału do szumu, ponieważ czujniki są fizycznie średnio bliżej skóry głowy dziecka5,6. Niedawno Laboratorium Badań Mózgu KIT-Macquarie opracowało kilka nowych i nowatorskich procedur mających na celu przezwyciężenie wyżej wymienionych czynników poprzedzających ruchy głowy, a tym samym poprawę jakości danych.

Wszystkie procedury w tym protokole są wyjaśnione poprzez narrację, w której dziecko aktywnie angażuje się w "misję kosmiczną astronauty". Ta narracja zapewnia, że doświadczenie badawcze dziecka z MEG jest nie tylko mniej onieśmielające, ale także ekscytujące. Wdrożenie tych procedur do przyjaznego dzieciom protokołu MEG jest ważne dla poprawy jakości danych, zminimalizowania wskaźników rezygnacji uczestników w badaniach podłużnych i zapewnienia, że rodziny mają pozytywne doświadczenia z udziałem w badaniach.

Protocol

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

Ten protokół badawczy został zatwierdzony przez Komitet Etyki Badań Naukowych Uniwersytetu Macquarie.

1. Zasoby zapoznające z MEG

  1. Zapewnij rodzinom zasoby, dzięki którym będą mogły dowiedzieć się więcej o MEG przed wizytą w laboratorium MEG, takie jak przyjazny dzieciom artykuł naukowy7 wyjaśniający MEG i MSR, scenorys szczegółowo opisujący kroki związane z ukończeniem eksperymentu MEG (np. Rysunek Uzupełniający 1 i arkusz informacyjny MEG dla rodziców lub opiekunów (np. Rysunek Uzupełniający 2).

2. Sesja zapoznawcza z MEG

UWAGA: Sesja zapoznawcza zazwyczaj trwa 30 minut, włączając w to wprowadzenie do MSR (5 minut), ćwiczenie digitalizacji (5 minut) i szkolenie na symulatorze MEG, w tym ćwiczenie zadania eksperymentalnego (20 minut). Przeprowadź sesję zapoznawczą od jednego do siedmiu dni przed pozyskaniem danych.

  1. Wprowadzenie do rezerwy stabilności rynkowej
    1. Zabierz dziecko na wycieczkę po MSR ("statku kosmicznym"), który jest ozdobiony grafiką ścienną związaną z kosmosem, aby wzmocnić motyw misji kosmicznej.
    2. Poproś dziecko, aby poćwiczyło leżenie na plecach z głową w kasku dewara.
    3. Powiedz dziecku, aby leżało tak nieruchomo, jak to możliwe, aby statek kosmiczny pozostał na kursie i mógł dotrzeć do celu.
  2. Digitalizacji:
    1. Posadź dziecko na krzesełku do karmienia i wyposaż je w poliestrowy czepek pływacki ("hełm astronauty") zawierający pięć cewek znaczników. Dostosuj luźne czapki, składając boki. nuta: Cewki przesyłają dane do jednostki śledzenia ruchu ciągłego.
    2. Umieść nadajnik i trzy odbiorniki na szyi dziecka.
    3. Poproś dziecko, aby zademonstrowało swoją najlepszą pozę "posągu" i często oferuj pozytywne wzmocnienie, gdy pozostaje w bezruchu.
      nuta: Ma to na celu zminimalizowanie ruchów głowy podczas digitalizacji, które mogą zagrozić dokładności późniejszej korejestracji z czujnikami MEG8.
    4. Za pomocą digitizera pióra (patrz Tabela materiałów) zapisz położenie trzech punktów odniesienia (nasiona oraz lewy i prawy punkt przeduszny) oraz pięciu cewek znacznika, a także kształt powierzchni głowy. UWAGA: Dane te służą do późniejszego określenia pozycji główki dziecka w stosunku do czujników MEG.
    5. Zdejmij nasadkę, nadajnik i trzy odbiorniki z szyi dziecka.
  3. Symulator MEG:
    1. Zabierz dziecko do pokoju, w którym znajduje się symulator MEG (patrz Tabela materiałów oraz kroki 9 i 10 na Rysunku Uzupełniającym 1), pełnowymiarowa replika systemu MEG. Symulator MEG jest ozdobiony naklejkami o tematyce kosmicznej i jest wyposażony w makietę hełmu dewara, łóżko, pudełko na guziki oraz, do wizualnych pokazów, ekran umieszczony nad makietą dewara
    2. Opisz pokrótce procedury skanowania MEG (tj. leżenie nieruchomo i uczestniczenie w ćwiczebnym zadaniu eksperymentalnym) poprzez narrację ćwiczebnej misji kosmicznej.
    3. Załóż dziecku "hełm astronauty" — poliestrowy czepek pływacki z czujnikiem ruchu przymocowanym z przodu (patrz Tabela Materiałów).
    4. Poproś dziecko, aby położyło się w symulatorze i obejrzało wybrany przez siebie film. Jeśli dziecko wydaje się zdenerwowane, najpierw zademonstruj procedury eksperymentalne za pomocą zabawki.
      nuta: Za każdym razem, gdy ruch głowy dziecka przekroczy wcześniej określony próg (np. 5 mm), system śledzenia ruchu (patrz Tabela Materiałów) automatycznie zatrzyma wideo i poczeka, aż eksperymentator ręcznie zrestartuje wideo i przywróci linię bazową ruchu.
    5. Kiedy dziecko ukończy tę część treningu na symulatorze, zapewnij mu trening z zadania eksperymentalnego za pomocą oddzielnego zestawu unikalnych bodźców.
    6. Na koniec treningu zadaniowego zaoferuj dziecku certyfikat szkolenia astronauty.

3. Sesja akwizycji danych MEG

UWAGA: Sesja akwizycji danych zazwyczaj trwa około 30 minut, wliczając w to digitalizację (5 minut), ustawienie uczestnika w MSR (5 minut) i akwizycję danych (około 20 minut, w zależności od długości paradygmatu eksperymentalnego).

  1. Procedury wstępne
    1. Przeprowadź nagranie pustego pomieszczenia przez 30 do 60 sekund na około 15 minut przed przybyciem dziecka, aby zidentyfikować wszelkie znaczące dźwięki zewnętrzne, które są wykrywane przez system MEG8.
    2. Kiedy dziecko dotrze na miejsce, upewnij się, że nie nosi żadnych materiałów magnetycznych na ubraniu ani nie nosi ich przy sobie, ponieważ materiały magnetyczne mogą zniekształcić sygnał MEG (patrz Rysunek 1B dla przykładu szumu sygnału spowodowanego metalem na uczestniku).
      nuta: Jeśli rodzic lub opiekun chce towarzyszyć swojemu dziecku w MSR, usunięcie materiałów magnetycznych dotyczy również jego.
  2. Digitalizacji
    1. Sprawdź, czy dziecko musi iść do toalety przed rozpoczęciem digitalizacji, ponieważ po zakończeniu etapu digitalizacji nasadki nie można zdjąć, dopóki nie zakończy się sesja akwizycji MEG.
    2. Powtórz procedurę digitalizacji opisaną w sekcji "Sesja zapoznawcza z MEG" powyżej.
      nuta: Jeśli nasadka przesunie się o więcej niż 5 mm w trakcie eksperymentu, należy przeprowadzić drugą digitalizację po zakończeniu eksperymentu
  3. Konfiguracja MSR
    1. Zabierz dziecko do MSR ("statku kosmicznego").
      nuta: Do tej procedury potrzebnych jest dwóch badaczy – jeden do towarzyszenia dziecku w MSR jako "asystent badacza" (wraz z rodzicem lub opiekunem, jeśli jest to pożądane), a drugi do prowadzenia akwizycji danych MEG poza MSR jako "główny badacz". Konfiguracja MSR trwa zwykle 5 minut.
    2. Ustawianie sprzętu wewnątrz MSR (asystent badacza)
      1. Poproś dziecko, aby włożyło głowę do kasku dewara.
      2. Sprawdź, czy głowa dziecka jest ustawiona centralnie tak, aby czubek głowy znajdował się jak najbliżej tyłu kasku dewara bez dotykania.
      3. Upewnij się, że dziecko czuje się komfortowo, jest zrelaksowane i pozostaje tak nieruchome, jak to możliwe podczas nagrywania MEG.
      4. Podczas konfiguracji zapewnij dziecku rozrywkę, odtwarzając wybrany przez nie film na ekranie nad dewarem.
    3. Ustawianie sprzętu poza MSR (główny badacz)
      1. Przeprowadź pomiar cewki znacznika przed eksperymentem/linią bazową, aby zarejestrować początkową pozycję głowy w stosunku do kasku dewara.
      2. Przeprowadź wspólną rejestrację między głową dziecka a matrycą czujników, korzystając zarówno ze wstępnego pomiaru cewki znacznika, jak i danych o kształcie głowy do digitalizacji.
        nuta: Te pomiary przygotowawcze umożliwiają wizualną kontrolę pozycji głowy wewnątrz dewara, aby upewnić się, że głowa dziecka jest prawidłowo ustawiona. Jeśli te warunki nie są spełnione, przed rozpoczęciem zbierania danych należy zmienić pozycję dziecka i przeprowadzić kolejną wspólną rejestrację.
  4. Akwizycja danych
    1. Gdy jesteś zadowolony z pozycji głowy w stosunku do hełmu dewara, rozpocznij nagrywanie MEG i zadanie eksperymentalne.
    2. Rejestruj bieżące ruchy głowy za pomocą pediatrycznego systemu oprogramowania MEG o nazwie Real-Time Head Movement (ReTHM)9.
  5. Zakończenie eksperymentu
    1. Po zakończeniu zadania eksperymentalnego wyłącz ReTHM i zakończ nagrywanie MEG. Przeprowadź pomiar cewki markera po eksperymencie, aby zmierzyć ostateczną pozycję głowy w odniesieniu do hełmu dewar.
      nuta: Pomiar ten zapewnia prostą wizualną kontrolę ogólnych ruchów głowy podczas eksperymentu.
    2. Zaoferuj dziecku torbę upominkową ("zestaw astronauty") za jego udział i wynagrodź rodzinie za poświęcony czas i koszty podróży.

Results

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

Typowe sygnały magnetoencefalograficzne
Typowe sygnały MEG są wyświetlane w Rysunek 1, w tym normalny sygnał MEG (Rysunek 1A), a także szum sygnału MEG spowodowany metalem na uczestniku (Rysunek 1B), w którym to przypadku odblokuj czujniki, otwórz drzwi MSR i poproś uczestnika o usunięcie metalu z jego ciała, a następnie wyjmij metalowy przedmiot z MSR i wykonaj automatyczne dostrojenie przed powtórzeniem procedur w sekcji 3.5; zakłócenia z urządzenia elektronicznego (Rysunek 1C, najczęściej z telefonu komórkowego), w którym to przypadku wyłącz wszelkie urządzenia elektroniczne lub odsuń je od MSR; zaciśnięta szczęka (Rysunek 1D), w którym to przypadku przypomnij uczestnikowi, aby rozluźnił szczękę na czas trwania nagrania MEG; fale alfa (Rysunek 1E; są one zdefiniowane przez osiem do 12 ciągłych fal w odstępie 1 s), w którym to przypadku sprawdź, czy uczestnik nie śpi (dobrze jest kontynuować, jeśli nie śpi); i uwięziony strumień magnetyczny (Rysunek 1F); W takim przypadku odblokuj czujniki i włącz grzałki wężownic na 5 minut. Jeśli strumień utrzymuje się po kolejnym automatycznym dostrajaniu, oznacz kanał, którego dotyczy problem, do usunięcia z późniejszej analizy danych.

Ruch głowy podczas pozyskiwania danych
Dane MEG u dzieci przed i po korekcji ReTHM są wyświetlane w Rysunek 2. Dane zebrano od trzyletniego chłopca, który biernie słuchał tonów słuchowych przez 15 minut. Dane zostały odszumione10, filtrowane pasmowo11 (1-15 Hz), skorygowane i uśrednione. Przebiegi magnetyczne RMS (w prawej kolumnie) zostały obliczone ze wszystkich czujników. Średnie ruchy głowicy w skanerze wynosiły 44,3 mm. Jak wykazano, ReTHM skompensował artefakty związane z ruchem, co zaowocowało większą liczbą ogniskowych map konturów izopola (w szczycie przebiegów RMS; (A), mniej zniekształcone przebiegi magnetyczne RMS (B) i bardziej znacząca rekonstrukcja źródła (C) w obustronnych płatach słuchowych.

figure-results-1
Rysunek 1: Przykłady typowych sygnałów MEG. (A) Normalny sygnał MEG. (B-F) Szum sygnału MEG spowodowany (B) metalem na uczestniku (w szczególności szumem spowodowanym przez małą metalową klamrę na pasku podkoszulkowym), (C) zakłóceniami z urządzenia elektronicznego, (D) zaciśniętą szczęką, (E) falami alfa i (F) uwięzionym strumieniem magnetycznym. Dla paneli C, E i F skala czasu na osi x jest w odstępach 10-sekundowych, a skala amplitudy na osi y wynosi 32768 A/D. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2. Dane MEG u dzieci przed i po korekcji ruchu głowy w czasie rzeczywistym (ReTHM). Dane zebrano od trzyletniego chłopca, który biernie słuchał tonów słuchowych przez 15 minut. Uśrednione ruchy głowicy w skanerze wynosiły 44,3 mm. (A) Bardziej skoncentrowane mapy konturów izopola na szczycie przebiegów średniej kwadratowej (RMS); (B) mniej zniekształcone przebiegi magnetyczne RMS oraz (C) bardziej znacząca rekonstrukcja źródła w obustronnych płatach słuchowych ujawnia się po korekcji ReTHM. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek uzupełniający 1: Scenorys przedstawiający 10 prostych kroków, które należy wykonać, aby ukończyć "szkolenie astronautów" (tj. eksperyment MEG). Jest on wysyłany do rodzin przed wizytą w laboratorium MEG, aby pokierować oczekiwaniami dzieci dotyczącymi sesji akwizycyjnej, a także zbudować emocje w oczekiwaniu na "szkolenie astronautów". W dniu zbierania danych dzieci śledzą historię w miarę postępu eksperymentu i zbierają pieczątki po wykonaniu każdego kroku. Fotografie reprodukowane za świadomą pisemną zgodą rodziców. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek uzupełniający 2: Arkusz informacyjny MEG dla rodziców lub opiekunów wyjaśniający MEG, MSR, czego mogą się spodziewać w dniu zbierania danych i w co się ubrać. Fotografia reprodukowana za świadomą pisemną zgodą rodziców. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Discussion

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

W ostatnich latach MEG został uznany za cenną nieinwazyjną technikę neuroobrazowania do badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw rozwoju mózgu1. Jednak ruchy głowy w skanerze stanowią notoryczną barierę w uzyskiwaniu dobrej jakości danych MEG, szczególnie podczas oceny populacji pediatrycznych. Aby przezwyciężyć ten problem, w artykule przedstawiono protokół badawczy MEG dla dzieci, który opiera się na procedurach opisanych w poprzednim artykule z KIT-Macquarie Brain Research Laboratory 4.

Krytyczne procedury obejmują (1) zapewnienie dzieciom materiałów zapoznawczych MEG, z których mogą dowiedzieć się o eksperymencie MEG przed wizytą w laboratorium, które obejmują przyjazny dla dzieci artykułnaukowy 7 wyjaśniający system MEG i pomieszczenie ekranowane magnetycznie (MSR), scenorys przedstawiający 10 prostych kroków do ukończenia eksperymentu MEG (Rysunek Uzupełniający 1), oraz kartę informacyjną MEG dla rodziców i opiekunów (rysunek uzupełniający 2); (2) Poprzedzenie sesji akwizycyjnej MEG sesją zaznajamiającą, podczas której dzieci są zaznajamiane z procedurami MEG i są szkolone, aby utrzymać głowę nieruchomo podczas leżenia w symulatorze MEG; (3) stosowanie pasywnych lub "zgrywalizowanych" paradygmatów eksperymentalnych w celu zminimalizowania ruchów głowy z powodu nudy i niepokoju; oraz (4) śledzenie bieżących ruchów głowy podczas pozyskiwania danych online za pomocą systemu ruchów głowy w czasie rzeczywistym (ReTHM)9. Dane uzyskane z ReTHM mogą być wykorzystane do przeprowadzenia korekcji artefaktów ruchu głowy w trybie offline podczas wstępnego przetwarzania danych MEG.

Pozyskanie wysokiej jakości danych MEG zależy w dużej mierze od tego, czy dziecko czuje się swobodnie w nowym środowisku MEG. Aby wzmocnić to poczucie swobody, naukowcy są zachęcani do poświęcenia czasu na zapoznanie dzieci i ich rodzin ze środowiskiem i procedurami MEG przed rozpoczęciem pozyskiwania danych. Można to osiągnąć poprzez oferowanie dzieciom i ich rodzicom zasobów MEG, które wyjaśniają procedury MEG w prostym, przystępnym języku. Ponadto rodziny mogą zostać zaproszone do odwiedzenia laboratorium MEG przed sesją zbierania danych, aby spotkać się z naukowcami i przećwiczyć procedury testowe MEG. Poprzez trening na symulatorze MEG dzieci uczą się, jak ważne jest trzymanie głowy nieruchomo podczas leżenia w MEG. Podczas gdy zapoznanie się z MEG wymaga od badaczy i rodzin poświęcenia dodatkowego czasu na proces zbierania danych, korzyści płynące z poprawy jakości danych MEG, a także zminimalizowanie czasu i kosztów przeprowadzania kolejnych sesji zbierania danych MEG, prawdopodobnie przeważają nad tą wadą. Co więcej, wyniki i zgodność podczas sesji zapoznawczej mogą być wykorzystane do wskazania, czy dziecko nadaje się do zaproszenia z powrotem na rzeczywistą sesję zbierania danych MEG.

Aby zminimalizować ruchy głowy w skanerze spowodowane niepokojem, lepiej jest stosować pasywny paradygmat eksperymentalny, który nie wymaga instrukcji, jawnej uwagi ani aktywnego uczestnictwa. Na przykład, wiarygodną reakcję wywołaną można uzyskać za pomocą słuchowego paradygmatu dziwaka12, w którym uczestnik biernie słucha sekwencji dźwięków słuchowych, bawiąc się niemym filmem. W przypadku badań wymagających jawnej odpowiedzi, badacz powinien dążyć do osadzenia zadania eksperymentalnego w angażującym paradygmacie stylu gry11. Usprawnia to współpracę i minimalizuje niepokój podczas wykonywania zadania. W eksperymentach wizualnych użycie okulo-trackera kompatybilnego z MEG wiąże się z niewielkim dodatkowym czasem konfiguracji, ale jest konieczne, aby upewnić się, że dzieci skupiły się na pozycji bodźca wzrokowego13.

Wszelkie szczątkowe artefakty ruchu głowy można skorygować za pomocą śledzenia ruchu głowy w czasie rzeczywistym. Na przykład dane uzyskane z ReTHM mogą być przechowywane w pliku rejestracyjnym MEG i wykorzystywane do kompensacji ruchów głowy podczas pozyskiwania danych w taki sposób, że lokalizacja głowicy do czujnika może zostać przywrócona do poziomu sprzed ruchu, co pozwala na optymalną rekonstrukcję źródła, co jest niezbędne dla późniejszych analiz danych na poziomie źródła14.

Wdrożenie tego protokołu ma na celu poprawę jakości danych dotyczących MEG u dzieci, zminimalizowanie wskaźników rezygnacji uczestników w badaniach podłużnych oraz zapewnienie rodzinom przyjemnego doświadczenia z udziału w badaniach MEG, mając na celu poprawę naszego zrozumienia wczesnego rozwoju mózgu zarówno w typowych, jak i nietypowych populacjach.

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Ta praca była wspierana przez granty Australijskiej Rady ds. Badań Naukowych CE110001021, DP170103148 i DP170102407. Wei He był wspierany przez stypendium badawcze Uniwersytetu Macquarie (MQRF, IRIS Project: 9201501199). Hannah Rapaport była wspierana przez Australijski Rządowy Program Szkoleń Badawczych (RTP) oraz Stypendium Doskonałości Badawczej Uniwersytetu Macquarie (MQRES). Robert A. Seymour otrzymał stypendia doktoranckie na Aston University w Birmingham w Wielkiej Brytanii i Macquarie University w Sydney w Australii. Paul F. Sowman był wspierany przez Narodową Radę Zdrowia i Badań Medycznych (1003760) oraz Australijską Radę ds. Badań Naukowych (DE130100868). Autorzy dziękują za współpracę z Instytutem Technologii Kanazawa i Yokogawa Electric Corporation przy tworzeniu Laboratorium Badań Mózgu KIT-Macquarie.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Zestaw 5 znacznikówCewki Kanazawa Institute of Technology (KIT) i Yokogawa Electric Corporation, JaponiaPQ11MKA
Fastrak Digitizer – 3DPolhemus Cochester, VT, USA1A0383-001Digitizer długopisu
Magnetoencefalografia (MEG)Kanazawa Institute of Technology (KIT) i Yokogawa Electric Corporation, JaponiaPQ1160C
symulatorMEGFino, Nowa Południowa Walia, Australia
System MoTrackPsychologiczne narzędzia programowe, PA, USAMTK-09314-1307System śledzenia ruchu
Nakładki poliestroweSpeedoN/AKod produktu: SPE11733.435

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Magnetoencephalography for brain electrophysiology and imaging. Nature Neuroscience. 20, 327-339 (2017).">Baillet, S. Magnetoencephalography for brain electrophysiology and imaging. Nature Neuroscience. 20, 327-339 (2017).
  2. Magnetoencephalography for clinical pediatrics: Recent advances in hardware, hethods, and clinical applications. Journal of Pediatric Epilepsy. 04, 139-155 (2015).">Gaetz, W., et al. Magnetoencephalography for clinical pediatrics: Recent advances in hardware, hethods, and clinical applications. Journal of Pediatric Epilepsy. 04, 139-155 (2015).
  3. Online and offline tools for head movement compensation in MEG. Neuroimage. 68, 39-48 (2013).">Stolk, A., Todorovic, A., Schoffelen, J. -M., Oostenveld, R. Online and offline tools for head movement compensation in MEG. Neuroimage. 68, 39-48 (2013).
  4. Measurement Of Neuromagnetic brain function in pre-school children with custom sized MEG. Journal of Visualized Experiments. (36), 2923-2934 (2010).">Tesan, G., Johnson, B. W., Reid, M., Thornton, R., Crain, S. Measurement Of Neuromagnetic brain function in pre-school children with custom sized MEG. Journal of Visualized Experiments. (36), 2923-2934 (2010).
  5. Measurement of brain function in pre-school children using a custom sized whole-head MEG sensor array. Clinical Neurophysiology. 121, 340-349 (2010).">Johnson, B. W., Crain, S., Thornton, R., Tesan, G., Reid, M. Measurement of brain function in pre-school children using a custom sized whole-head MEG sensor array. Clinical Neurophysiology. 121, 340-349 (2010).
  6. Face-sensitive brain responses measured from a four-year-old child with a custom-sized child MEG system. Journal of Neuroscience Methods. 222, 213-217 (2014).">He, W., Brock, J., Johnson, B. W. Face-sensitive brain responses measured from a four-year-old child with a custom-sized child MEG system. Journal of Neuroscience Methods. 222, 213-217 (2014).
  7. Meg for kids: listening to your brain with super-cool SQUIDs. Frontiers for Young Minds. 2, 10-13 (2014).">Brock, J., Sowman, P. Meg for kids: listening to your brain with super-cool SQUIDs. Frontiers for Young Minds. 2, 10-13 (2014).
  8. Good practice for conducting and reporting MEG research. Neuroimage. 65, 349-363 (2013).">Gross, J., et al. Good practice for conducting and reporting MEG research. Neuroimage. 65, 349-363 (2013).
  9. Real-Time coil position monitoring system for biomagnetic measurements. Physics Procedia. 36, 280-285 (2012).">Oyama, D., et al. Real-Time coil position monitoring system for biomagnetic measurements. Physics Procedia. 36, 280-285 (2012).
  10. Denoising based on spatial filtering. Journal of Neuroscience Methods. 171, 331-339 (2008).">de Cheveigné, A., Simon, J. Z. Denoising based on spatial filtering. Journal of Neuroscience Methods. 171, 331-339 (2008).
  11. Movement-related neuromagnetic fields in preschool age children. Human Brain Mapping. 35, 4858-4875 (2014).">Cheyne, D., Jobst, C., Tesan, G., Crain, S., Johnson, B. Movement-related neuromagnetic fields in preschool age children. Human Brain Mapping. 35, 4858-4875 (2014).
  12. The mismatch negativity (MMN): towards the optimal paradigm. Clinical Neurophysiology. 115, 140-144 (2004).">Näätänen, R., Pakarinen, S., Rinne, T., Takegata, R. The mismatch negativity (MMN): towards the optimal paradigm. Clinical Neurophysiology. 115, 140-144 (2004).
  13. Face processing in the brains of pre-school aged children measured with MEG. Neuroimage. 106, 317-327 (2015).">He, W., Brock, J., Johnson, B. W. Face processing in the brains of pre-school aged children measured with MEG. Neuroimage. 106, 317-327 (2015).
  14. Head movements of children in MEG: quantification, effects on source estimation, and compensation. Neuroimage. 40, 541-550 (2008).">Wehner, D. T., Hämäläinen, M. S., Mody, M., Ahlfors, S. P. Head movements of children in MEG: quantification, effects on source estimation, and compensation. Neuroimage. 40, 541-550 (2008).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Tags

MagnetoencephalographyPediatric MEGHead Movement ArtifactsReal time Head Movement TrackingMEG Familiarization SessionMEG Simulator TrainingSpace Mission NarrativeDigitization ProcedureCoregistration ProcessPediatric Neuroimaging

Related Articles