Spójność między funkcją kory mózgowej a wydajnością neurokognitywną w zmienionych warunkach grawitacyjnych

W tej procedurze stosuje się połączoną technikę zapisu EEG i spektroskopii bliskiej podczerwieni w celu określenia, w jakim stopniu zmniejszona wydajność neurokognitywna w stanie nieważkości jest spowodowana pierwotnymi skutkami zmian hemodynamicznych i elektrokorowych lub wtórnymi efektami związanymi ze stresem. Osiąga się to poprzez monitorowanie zmian w aktywności elektrokorowej uczestników podczas lotu parabolicznego, w tym faz mikrograwitacji, mikrograwitacji i normalnej grawitacji. Zmiany hemodynamiczne w obrębie czołowej części mózgu można monitorować równolegle za pomocą spektroskopii w bliskiej podczerwieni lub nerwów.

Zmiany w aktywności kory mózgowej można następnie zlokalizować za pomocą tomografii elektromagnetycznej. Ostatnim krokiem jest skorelowanie zmian elektrokorowych i hemodynamicznych. Ostatecznie wyniki pokazują, że zmiany hemodynamiczne spowodowane zmienionymi warunkami grawitacji są związane ze zmianami w funkcji kory elektrokorowej.

Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak MRI lub PET, jest to, że elektrofotografia w połączeniu z elektrotomografią i spektroskopią bliskiej podczerwieni jest możliwa podczas ekstremalnych warunków, takich jak loty paraboliczne lub loty kosmiczne z nieważkością HyperV, ograniczonymi obciążeniami i ograniczoną przestrzenią, a także pozwala mierzyć i korelować zmiany w neuronalnej aktywności elektrycznej i hemodynamiczne zmiany zabijania w mózgu. Metoda ta pomaga odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu neurofizjologii i badań kosmicznych, takie jak zmienione warunki grawitacyjne prowadzące do zmian hemodynamicznych i elektrycznych w korze mózgowej. Pomaga odpowiedzieć na pytanie, gdzie dokładnie w mózgu zachodzą te zmiany i jakie są konsekwencje tych zmian.

Kiedy już zidentyfikujemy leżące u ich podstaw procesy neurofizjologiczne, kiedy zidentyfikujemy, co dzieje się z funkcjonowaniem kory mózgowej i hemodynamiką, gdy jesteśmy w kosmosie, gdy jesteśmy w stanie nieważkości, jesteśmy w stanie opracować konkretne środki zaradcze, aby poprawić jakość życia, powodzenie misji i bezpieczeństwo misji. Tak więc ta metoda może dostarczyć wglądu w mechanizmy pracy mózgu, lub może być również zastosowana do innych systemów, takich jak upośledzenie neurologiczne pacjentów neurologicznych lub podstawowa idea działania naszego mózgu. Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tego badania, gdy usłyszeliśmy o spadkach neurokognitywnych u astronautów żyjących w kosmosie.

Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ trudno jest nauczyć się kroków analizy, ponieważ istnieje wiele sposobów przetwarzania i analizowania danych na jedną do dwóch godzin przed lotem. Uczestnicy są zabierani do pokoju na lotnisku, aby przygotować się do eksperymentów. Najpierw mierzony jest obwód głowy i czyszczona skóra głowy, tak aby można było założyć na głowę uczestnika czepek EEG ze zintegrowanym aparatem optograficznym i odbiornikiem.

Następnym krokiem jest zaznaczenie pozycji dla elektrod FP jeden i FP dwóch. Najpierw odległość między nasn a inion jest mierzona następnie w odległości, jednej dziesiątej drogi między Sian a inion. Zaczynając od Sian, wykonuje się dwa znaki po lewej i prawej stronie linii środkowej w odległości jednej 20 obwodu głowy.

Nasadka zawiera elektrody, które zostaną przymocowane do skóry głowy i zapewnia prawidłowe położenie czujników. Dobierany jest czepek EEG, który jest odpowiedni do rozmiaru głowy uczestnika. Następnie naciąga się nasadkę.

Sprawdzana jest głowa uczestnika i jej ułożenie. Elektroda CZ powinna znajdować się na wierzchołku, a FP jeden i FP dwa, a elektrody O jeden i O2 powinny być poziome, a na znakach zapinany jest pasek podbródkowy, aby zapewnić, że nasadka pozostaje w symetrycznej i właściwej pozycji. Następnie w tym celu umieszcza się elektrodę do pomiaru tętna, można użyć elektrody EEG, a czujnik umieszcza się na klatce piersiowej uczestnika.

Teraz impedancja elektrod jest zminimalizowana i sprawdzane jest przewodzenie sygnału. Każda elektroda zawiera diody LED, które zostaną odczytane po rozpoczęciu pomiaru impedancji. Włosy odsuwa się od końcówki elektrody za pomocą zakończonej igły, a żel wstrzykuje się między końcówkę elektrody a powierzchnię skóry, zaczynając od elektrody referencyjnej i masowej.

W miarę wstrzykiwania żelu kolor diod LED będzie się zmieniał wraz ze spadkiem impedancji, tak że początkowy czerwony kolor najpierw zmieni się w żółty, a następnie zielony. Ponieważ docelowa wartość impedancji jest osiągana przy 25 kiloomach, działanie elektrod zapewni dobry stosunek sygnału do szumu na poziomie lub poniżej tej wartości docelowej. Procedurę tę powtarza się dla wszystkich elektrod nasadkowych.

Po przygotowaniu nasadki elektrody dla obu uczestników, uczestnicy otrzymują instrukcje dotyczące szczegółów lotu parabolicznego i harmonogramu eksperymentu, który będzie przestrzegany. Uczestnikom przedstawiono schematyczny przegląd paraboli od zera do 30 oraz zadań do wykonania. Przeglądane są również komunikaty ustne szczegółowo określające, kiedy i jak rozpocząć i zakończyć testy.

Na koniec uczestnicy są zabierani do samolotu w celu przygotowania do lotu na pokładzie. Po wejściu na pokład uczestnicy siedzą obok siebie w eksperymentalnym ustawieniu, a pasy bezpieczeństwa są luźno zapięte. EEG są podłączone do skrzynki sterowniczej elektrod, a skrzynka sterownicza elektrody jest podłączona do wzmacniacza.

Następnie nerwy OID i odbiornik są mocowane w uchwycie OID w czepku EEG. W tym momencie uruchamiany jest moduł EEG NERS. Kontroluje to łączność i jakość sygnału.

Następnie uruchamiane jest oprogramowanie do badania nerwów i EEG oraz miejsce do nagrywania. Dane zostają otwarte. Następnie wprowadzana jest nazwa pliku, częstotliwość nagrywania i montaż.

Jeśli jakiekolwiek sygnały są nieoptymalne. Wartości impedancji dla EEG lub wartości DAQ dla nerwów są dostosowywane lub w razie potrzeby wstrzykiwana jest większa ilość żelu. W tym momencie rozpoczyna się zapis EEG i sygnału nerwowego oraz zbierane są pomiary stanu spoczynku.

Uczestnicy nie mają w tym momencie żadnych zadań, ale powinni pozostać spokojni, zrelaksowani i mieć zamknięte oczy. Nagrywanie zostaje zatrzymane po trzech minutach. Po okresie odpoczynku uczestnicy wykonają test bazowy wyzwania z tablicą zadań poznawczych.

Na koniec wszystkie urządzenia są wyłączane, a skrzynka kontrolna elektrody EEG, a także optos i odbiornik pielęgniarki są odłączone. Cały sprzęt, w tym aparat fotograficzny i iPhone'y, jest przechowywany w komorze w celu przygotowania do rozpoczęcia eksperymentów w locie. Gdy dron osiągnie wysokość przelotową, pierwszym krokiem jest zamontowanie kamery wideo na poręczy, a następnie rozpoczęcie nagrywania wideo.

Następnie uczestnicy są sadzani na swoich miejscach, a pasy bezpieczeństwa są luźno zapinane. Uczestnicy powinni pozostać w pozycji siedzącej co najmniej dla paraboli od zera do 25. iPhone'y mocowane są do górnej części nogi uczestników za pomocą rzepów.

Teraz skrzynka kontrolna elektrody EEG jest podłączona, a nerwy optos i odbiornik są zamocowane w uchwycie optycznym w nasadce. Uruchamiany jest moduł EEG i nerwów oraz weryfikowana jest jakość sygnału nerwowego EEG poprzez sprawdzenie impedancji EEG i wartości NS DAQ. Zapis spoczynku trwa trzy minuty.

Pierwsza parabola, która jest oznaczona jako parabola zero, zostanie użyta, aby umożliwić uczestnikom dostosowanie się do procedury i do zmiany warunków grawitacyjnych. Następnie, podczas paraboli od pierwszej do dziesiątej, rejestrowana jest tylko pielęgniarka EEG w stanie spoczynku, podczas gdy uczestnicy siedzą cicho na swoich miejscach z zamkniętymi oczami. Następnie uczestnicy są przygotowywani do zadań poznawczych, które będą wykonywane podczas dwóch bloków po pięć paraboli.

Nagranie jest kontrolowane przez operatora, który wydaje instrukcje uczestnikom, a także zapisuje wyniki testów poznawczych i czasy. W tym zadaniu przetwarzania poznawczego uczestnik określa, która strona równania jest większa niż druga prędkość i dokładność uczestnika. Odpowiedź jest rejestrowana przez program i podawany jest ostateczny wysoki wynik, zależny od dokładności, szybkości i najwyższego poziomu, jaki uczestnik osiągnął podczas paraboli od 11 do 15.

Uczestnik pierwszy wykona to zadanie w zerowym G, a uczestnik w jednym G. Następnie podczas paraboli od 16 do 20, uczestnik pierwszy wykona to zadanie w jednym G, a uczestnik drugi w zerowym G od czasu do czasu. Pomiary spoczynkowe są rejestrowane w trakcie sekwencji parabolicznej, a także przed pierwszą i po ostatniej paraboli. Ostatnie 10 paraboli można wykorzystać w przypadku, gdy konieczne jest powtórzenie poprzednich pomiarów lub eksperymentów.

Po powrocie na ziemię uczestnicy i operator mogą tymczasowo opuścić samolot, zanim wrócą do konfiguracji eksperymentalnej i przygotują wszystko do pomiarów po stanowisku. W tym czasie pomiary EEG w stanie spoczynku są powtarzane. Po zakończeniu całego nagrywania i zdjęciu nasadki z uczestnika, eksperyment kończy się za pomocą tomografii elektromagnetycznej mózgu o niskiej rozdzielczości lub Loretty.

Możliwe jest określenie indywidualnych zmian w aktywności czołowej kory mózgowej. Dla pierwszego uczestnika zmiana zachodząca 2000 milisekund po rozpoczęciu mikrograwitacji była zlokalizowana w dziewiątym obszarze Broadmana, który należy do grzbietowej bocznej kory przedczołowej. Region ten odgrywa ważną rolę w integracji informacji sensorycznych i mnemonicznych w trakcie organizacji i regulacji planowania motorycznego.

Dla uczestnika drugiego zmiany te mogą być zlokalizowane w obszarze dziewiątym Broadmana, a także w obszarze szóstym Broadmana, korze przedruchowej, która jest znana ze swojej roli w regulacji czuciowej w trakcie stabilizacji ciała. Ten następny ślad pokazuje spektroskopię w bliskiej podczerwieni w czołowym obszarze mózgu. krzywa wskazuje poziom G.

Żółte tło wskazuje na normalną grawitację. Niebieskie tło wskazuje na hipergrawitację, a różowe tło wskazuje na mikrograwitację zgodnie z oczekiwaniami. Następuje spadek natlenionej krwi, na co wskazuje czerwony ślad w fazie mikrograwitacji, a następnie wzrost natlenionej krwi w fazie mikrograwitacji.

Podobne wyniki można zaobserwować na tym rysunku u innego uczestnika. Co ciekawe, ilość odtlenionej krwi, jak pokazano na niebieskim śladzie, nie wykazała spójnego zachowania w pierwszej fazie HyperV lub fazie nieważkości, ale u obu osób wykazała spadek w drugiej fazie HyperV. Rysunek ten przedstawia zadanie poznawcze dla dwóch badanych dla trzech punktów pomiarowych podczas treningu, które zostało zmierzone przed lotem w zerowej Gs, która została zmierzona podczas lotu, a przy jednym G również zmierzona podczas lotu.

Wyniki różnią się między badanych, co wskazuje, że wcześniej zgłaszane spadki neurokognitywne podczas lotów parabolicznych są najprawdopodobniej spowodowane indywidualnymi reakcjami stresowymi. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak stosować połączoną technikę e, e, g i kolan, a także jak równolegle monitorować aktywność kory elektro i zmiany hemodynamiczne. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby sprawdzić jakość sygnału i monitorować zachowanie badanych.

Techniki te mogą utorować drogę naukowcom, którzy są zainteresowani funkcją kory mózgowej i badają wpływ mikrograwitacji na funkcję kory mózgowej, a kiedy już zidentyfikujemy te mechanizmy, może to pomóc pacjentom, astronautom, a także normalnym ludziom.