Pomiar Neuromagnetycznej Funkcji Mózgu U Dzieci W Wieku Przedszkolnym Z Niestandardowym Rozmiarem MEG

Cześć, nazywam się Steven Crane. Jestem współdyrektorem Laboratorium Badań nad Mózgiem KIT Macquarie. Laboratorium jest częścią Macquarie Center for Cognitive Science na Uniwersytecie Macquarie w Sydney w Australii.

Cześć, nazywam się Illa Dessan i pracuję w Macquarie Center for Cognitive Science na Macquarie University. Cześć, nazywam się Melanie Reed i pracuję w Macquarie Center for Cognitive Science. Na Uniwersytecie Macquarie używamy magnetoencefalografii lub MEG do badania mechanizmów mózgowych leżących u podstaw szybkiego przyswajania języka u dzieci w wieku od dwóch do sześciu lat.

MEG mierzy pola magnetyczne wytwarzane przez korę mózgową. Za pomocą MEG możemy zaobserwować, które obszary mózgu są aktywne podczas przetwarzania języka i jak te różne obszary oddziałują na siebie. W pracy z małymi dziećmi przy użyciu dowolnego systemu obrazowania mózgu wiążą się dwa wyzwania.

Po pierwsze, typowe środowisko laboratoryjne nie jest przyjazne dzieciom. Po drugie, aby wziąć udział w badaniu MEG, dzieci muszą zostać poinstruowane, aby ograniczyć ruch do minimum i są zobowiązane do wykonywania zadania przez dłuższy czas. Dlatego ważne było dla nas opracowanie protokołu, który umożliwi nam korzystanie z MEG, a jednocześnie będzie przyjemny dla dzieci.

To powiedziawszy, korzyści płynące z MEG znacznie przewyższają wyzwania. MEG jest cennym narzędziem do pomiaru funkcji mózgu u dzieci ze względu na niezwykle wysoką rozdzielczość czasową i dobrą rozdzielczość przestrzenną, a ponieważ jest całkowicie nieinwazyjny, nie stanowi wyobrażalnego zagrożenia dla tkanki nerwowej dzieci. W przeciwieństwie do MEG, inne techniki obrazowania neurologicznego wykorzystywały silne pola magnetyczne i radioaktywne farmaceutyki, które mogą stanowić zagrożenie dla małych dzieci.

Jedną z kluczowych cech naszego systemu MEG dla dzieci jest to, że został on zaprojektowany specjalnie do użytku z małymi dziećmi. System niestandardowych rozmiarów został opracowany we współpracy z Instytutem Technologii Kanawa i Yokogawa Electric Corporation. W poniższym filmie wyjaśnimy, dlaczego konieczne było opracowanie systemu MEG dostosowanego do potrzeb dzieci i pokażemy, jak przygotowujemy dzieci do nauki w systemie MEG.

Dołącz do nas na kilka następnych minut, a pokażemy Ci laboratorium. Wyjaśnimy, jakie kroki podjęliśmy, aby dzieci z przyjemnością uczestniczyły w naszych badaniach. W laboratorium znajdują się dwa systemy MEG umieszczone w tym samym pomieszczeniu o magnetycznym kształcie.

System dla dorosłych składa się ze 160 czujników równomiernie rozmieszczonych wewnątrz kasku MEG, który zapewnia pokrycie całej głowy. Dziecięcy system MEG ma podobny układ, ale posiada 64 czujniki, dzięki czemu kask jest mniejszy i doskonale nadaje się dla przedszkolaków i niemowląt. Magnetoencefalografia lub obrazowanie to technika neuroobrazowania, która bezpośrednio mierzy aktywność neuronów.

MEG może wykrywać i wzmacniać słabe pola magnetyczne generowane przez tysiące aktywnych neuronów w korze mózgowej. Wykrycie tych słabych pól magnetycznych jest łatwe do wykrycia za pomocą specjalnych czujników znanych jako kałamarnice lub nadprzewodzące urządzenia do interferencji kwantowej. Do działania systemów MEG potrzebna jest technologia nadprzewodnikowa.

Czujniki wymagają chłodzenia ciekłym helem w temperaturze minus 270 stopni Celsjusza. Poniższa sekwencja pokazuje, że systemy są napełniane ciekłym helem, co należy robić co tydzień. Ciekły hel odpowiada za większość kosztów eksploatacji systemu MEG.

Pola magnetyczne z mózgu są niezwykle małe w porównaniu z polami magnetycznymi wytwarzanymi przez cały sprzęt w nowoczesnym laboratorium. Oznacza to, że systemy MEG muszą być umieszczone w pomieszczeniu ekranowanym magnetycznie. Ekranowane pomieszczenie w naszym laboratorium zbudowane jest z trzech warstw perlo i jednej warstwy miedzi.

Pomieszczenie waży około 8,5 tony, a podłoga laboratorium musiała zostać specjalnie wzmocniona, aby wytrzymać jego ciężar. Koszt pomieszczenia ekranowanego magnetycznie stanowi od jednej trzeciej do połowy kosztu inwestycyjnego systemu MEG. Pomieszczenie posiada szereg portów z boku, dzięki czemu bodźce wizualne mogą być rzutowane do pomieszczenia, a inne rodzaje sprzętu mogą być obsługiwane za pomocą światłowodowych.

MEG mierzy pola magnetyczne wytwarzane przez aktywne komórki mózgu. Powiązaną techniką jest elektroencefalografia, która mierzy składową elektryczną tych pól. EEG jest znacznie prostszą i tańszą technologią, ale nie ma zdolności MEG do lokalizowania aktywności w mózgu.

W przypadku badań z udziałem starszych dzieci i dorosłych często rejestrujemy zarówno EEG, jak i MEG w tym samym czasie. Jednak zwykle nie jest to praktyczne w przypadku dzieci w wieku przedszkolnym ze względu na najdłuższy czas konfiguracji wymagany do EEG. Ponieważ MEG wykorzystuje czujniki, które są skąpane w ciekłym helu, czujniki znajdują się w stałych pozycjach w próżniowo uszczelnionym izolacyjnym hełmie.

Kask standardowego systemu MEG dla dorosłych jest zaprojektowany tak, aby pomieścić około 95% głów dorosłych. Oznacza to, że największe i najmniejsze głowy nie mieszczą się dobrze w kasku dla dorosłych. Jest to szczególny problem dla dzieci w wieku przedszkolnym, ponieważ ich głowy mają nawet o dwa do trzech centymetrów mniejszy promień niż głowy dorosłych.

Ponieważ sygnały MEG zanikają bardzo szybko wraz z odległością. Oznacza to, że wiele zmysłów w kasku dla dorosłych nie będzie skutecznych w mierzeniu sygnałów z mózgów dzieci. Innym problemem jest to, że dzieci są bardziej skłonne do poruszania głowami w dużych kaskach podczas sesji pomiarowych.

Powoduje to degradację sygnałów MEG. Ten klip przedstawia czujniki MEG w systemie dla dorosłych. Jeśli chodzi o głowę dziecka, można zauważyć, że wiele czujników znajduje się dość daleko od powierzchni głowy.

Dlatego tak ważne jest, aby wyprodukować hełm MEG, który jest dostosowany do potrzeb dzieci w wieku przedszkolnym. W tym klipie możesz zobaczyć, że wszystkie czujniki naszego dziecięcego systemu MEG znajdują się bardzo blisko powierzchni głowy. Zanim będziemy mogli rozpocząć eksperyment, należy wykonać kilka kroków.

Wewnątrz MSR sprawdzamy, czy dziecko ma na sobie coś wykonanego z materiału Ferris. Masz coś w kieszeniach? Nie, a oni mają drugie.

Wyposażamy dziecko w nasadkę, która zawiera pięć zwojów znacznika. Następnie digitalizujemy kształt głowy dziecka lub wykonujemy rysunek jego głowy, jak to nazywamy. Następnie umieszczamy dziecko w MSR lub statku kosmicznym gotowym do gry w czasie, gdy przygotowujemy krawat.

Wewnątrz MSR na powyższym ekranie odtwarzany jest wybrany przez nich film. Gdy już się wygodnie położą, zamykamy drzwi i zaczyna się akwizycja. Eksperyment trwa zazwyczaj około 20 minut.

Zapraszamy dziecko do zabawy w środku statku kosmicznego podczas oglądania wyciszonego filmu. W naszym przypadku dzieci uważnie słuchają serii zdań i powtarzają słowo ser, gdy tylko je usłyszą. Zapach sera z plecaka małpy.

Dobra robota. Ser marchewkowy, świetna robota Bodźce akustyczne, takie jak mowa, dostarczane do uszu dziecka przez plastikową rurkę, którą widzisz na klatce piersiowej dziecka. Używamy piankowych wkładek dousznych w rozmiarze dziecięcym, aby dopasować rurki do ich uszu.

Podczas pozyskiwania danych dziecko jest stale monitorowane za pomocą obwodu zamkniętego, a eksperymentatorzy mogą komunikować się z dzieckiem przez mikrofon. Przed pomiarem MEG mocujemy pięć cewek markera na czepku, który następnie umieszczamy na głowie dziecka. Podczas pomiarów MEG są one wykorzystywane do pomiaru i monitorowania pozycji i ruchu głowy podczas pozyskiwania danych.

Badacz i rodzic, jeśli sobie tego życzą, przez cały czas przebywają z dzieckiem w pomieszczeniu osłoniętym. Ma to na celu zapewnienie dziecku wygody i zminimalizowanie ruchu. Na zakończenie eksperymentu dzieci są nagradzane nagrodą za poprawne wykonanie zadania.

Którą naklejkę chciałbyś wybrać? To jest jeden tu i tam. Ci z Was, którzy są zaznajomieni z dziećmi w wieku przedszkolnym, wiedzą, że ich pierwszym wyborem nie byłoby leżenie nieruchomo w pomieszczeniu ekranowanym magnetycznie.

Stosujemy szereg technik, aby zarówno środowisko, jak i proces były przyjazne dzieciom. Laboratorium jest wypełnione przyjaznymi dzieciom naklejkami i pluszowymi zabawkami. Testy przeprowadza się podczas trzech do pięciu wizyt w laboratorium.

Pierwsze spotkanie ma zwykle na celu zapoznanie dziecka z badaczami i środowiskiem MEG. Dziecko obserwuje zabawkę, zwierzę misia lub żabę Kermit. Przejdź przez wszystkie kroki, przez które będą przechodzić.

Wprowadzamy motyw przewodni sesji testowych. System MEG to statek kosmiczny, który czeka, aby zabrać dzieci w kosmiczną przygodę. Mamy książeczki z pracami oparte na tym temacie, które wyjaśniają kroki, przez które będziemy przechodzić, a następnie rysujemy kredką wokół niego.

Tak jak rysujemy obrazek Twojej głowy. Niezwykle ważne jest, aby dzieci były w stanie pozostać w bezruchu zarówno podczas digitalizacji, jak i testowania. Dobra, teraz musimy zamarznąć.

Czy możesz tak zamrozić? Komunikujemy to, prosząc dzieci, aby pokazały nam, jak zamarzają. Dobra robota.

Całkiem nieźle. Mrożenie. Znaczenie możliwości zamrożenia jest wzmacniane podczas każdej wizyty w laboratorium. Ważne jest również, aby upewnić się, że dzieci rozumieją każdy etap eksperymentu.

Wyjaśniamy dzieciom kroki, używając języka, który są dla nich zrozumiałe. Na przykład nasadkę zawierającą cewki znacznikowe nazywamy hełmem astronauty. Czy czujesz się już jak astronauta?

A digitalizację opisujemy jako rysowanie obrazu ich głowy. Jeśli dziecko wydaje się nieśmiałe lub niespokojne, często używamy kukiełek, aby zilustrować, o co chodzi w eksperymencie. Prosimy również dzieci o pomoc, aby mogły lepiej zrozumieć, co zamierzamy robić.

Dzieci zazwyczaj chętnie pomagają lalki wejść do magnetycznie osłoniętego pokoju. Jeśli dziecko nadal nie chce wchodzić do pokoju osłoniętego magnetycznie, po prostu mamy okresy zabawy, dopóki nie poczuje się bardziej komfortowo. Kiedy koniec czasu zapozna się ze wszystkimi krokami w naszym protokole, wprowadzamy zadanie eksperymentalne, które ma być wykonane wewnątrz MSR.

Mm.So pamiętasz, jakie magiczne słowo musiałeś powtórzyć? Czy mogę tego nie usłyszeć? Mogę?

Czy możecie to powtórzyć? Yes.Cheese.So, na przykład, jeśli powiem coś takiego, któregoś dnia poszedłem do parku i zobaczyłem kawałek sera. Co porabiasz?

Jak widać, prowadzenie badań obrazowych mózgu u dzieci wymaga specjalistycznej technologii i wymaga procedur wykraczających poza te, które są zwykle stosowane w badaniach z udziałem dorosłych. Po pierwsze, opracowaliśmy kask MEG o niestandardowym rozmiarze, który został zaprojektowany tak, aby pasował do głów dzieci i ograniczał ich ruchy głowy. Po drugie, uczyniliśmy laboratorium przyjaznym dla dzieci, używając grafiki ściennej i pluszowych zabawek.

Stosujemy metody, które zostały dostosowane do potrzeb i motywacji małych dzieci. Nasze laboratorium przeznaczone jest do pomiaru funkcji poznawczych mózgu u zdrowych i przytomnych małych dzieci. W związku z tym wymagania są nieco inne niż te, które można napotkać w neuroobrazowaniu dziecięcym.

Pojawienie się dziecięcych systemów MEG jest ważnym postępem w neuronauce poznawczej. Pozwoli nam to na uzyskanie pomiarów funkcji mózgu w przedziale wiekowym, w którym zachodzi fascynująca i dramatyczna strukturyzacja funkcji mózgu. Obecnie bardzo niewiele wiemy o tych procesach rozwojowych.

Mamy nadzieję, że uda nam się wypełnić tę lukę, badając funkcje mózgu dzieci za pomocą MEG.