Name: Metody terenowe neuroobrazowania wykorzystujące funkcjonalną spektroskopię bliskiej podczerwieni (NIRS) Neuroobrazowanie do badania globalnego rozwoju dziecka: obszary wiejskie Afryki Subsaharyjskiej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-02-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 10 s
Description: Poznaj metody terenowego neuroobrazowania fNIRS do badania rozwoju mózgu dzieci w warunkach niskich zasobów. Ta technika pozwala analizować aktywację neuronalną podczas zadań poznawczych w trudnych środowiskach.

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

To badanie było możliwe dzięki stypendium Jacobs Foundation Early Career Fellowship dla K. Jasińskiej (numer stypendium: 2015 118455). Autorzy pragną również podziękować Axelowi Blahoua, Fabrice'owi Tanohowi, Ariane Amon, Brice'owi Kandze i Yvette Foto za ich pomoc w zbieraniu danych i wsparciu w terenie. Specjalne podziękowania dla rodzin i dzieci z Moapé, Ananguié, Affery i Becouefin za ich udział w tym programie badawczym i serdeczną gościnność wiosek.

<ol><li>Dawson, G., Ashman, S. B., Carver, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+early+experience+in+shaping+behavioral+and+brain+development+and+its+implications+for+social+policy%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Psychopathol%22%5BJournal%5D)">The role of early experience in shaping behavioral and brain development and its implications for social policy.</a> Dev Psychopathol. 12 (4), 695-712 (2000).</li>
<li>Blair, C., Raver, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poverty%2C+Stress%2C+and+Brain+Development%3A+New+Directions+for+Prevention+and+Intervention%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Pediatr%22%5BJournal%5D)">Poverty, Stress, and Brain Development: New Directions for Prevention and Intervention.</a> Acad Pediatr. 16 (3 Suppl), S30-S36 (2016).</li>
<li>Jasińska, K. K., Petitto, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+age+of+bilingual+exposure+can+change+the+neural+systems+for+language+in+the+developing+brain%3A+A+functional+near+infrared+spectroscopy+investigation+of+syntactic+processing+in+monolingual+and+bilingual+children%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Cogn+Neurosci%22%5BJournal%5D)">How age of bilingual exposure can change the neural systems for language in the developing brain: A functional near infrared spectroscopy investigation of syntactic processing in monolingual and bilingual children.</a> Dev Cogn Neurosci. 6c, 87-101 (2013).</li>
<li>Statistics, U. I. f <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aStatistics%2C+UIf+%22C%C3%B4te+d%27Ivoire%22">Côte d'Ivoire</a>. , (2017).</li>
<li>University, T. <a target="_blank" href="http://www.childlaborcocoa.org/index.php/2013-14-final-report">2013/14 Survey Research on Child Labor in West African Cocoa Growing Areas</a>. , School of Public Health and Tropical Medicine. (2015).</li>
<li>Cui, X., Bray, S., Bryant, D. M., Glover, G. H., Reiss, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+comparison+of+NIRS+and+fMRI+across+multiple+cognitive+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks.</a> Neuroimage. 54 (4), 2808-2821 (2011).</li>
<li>Quaresima, V., Bisconti, S., Ferrari, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+brief+review+on+the+use+of+functional+near-infrared+spectroscopy+%28fNIRS%29+for+language+imaging+studies+in+human+newborns+and+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Lang%22%5BJournal%5D)">A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults.</a> Brain Lang. 121 (2), 79-89 (2012).</li>
<li>Jasińska, K. K., Berens, M. S., Kovelman, I., Petitto, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bilingualism+yields+language-specific+plasticity+in+left+hemisphere%27s+circuitry+for+learning+to+read+in+young+children%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Bilingualism yields language-specific plasticity in left hemisphere's circuitry for learning to read in young children.</a> Neuropsychologia. 98, 34-45 (2016).</li>
<li>Jasińska, K. K., Petitto, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+neural+systems+for+reading+in+the+monolingual+and+bilingual+brain%3A+new+insights+from+functional+near+infrared+spectroscopy+neuroimaging%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Neuropsychol%22%5BJournal%5D)">Development of neural systems for reading in the monolingual and bilingual brain: new insights from functional near infrared spectroscopy neuroimaging.</a> Dev Neuropsychol. 39 (6), 421-439 (2014).</li>
<li>Petitto, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+%22Perceptual+Wedge+Hypothesis%22+as+the+basis+for+bilingual+babies%27+phonetic+processing+advantage%3A+new+insights+from+fNIRS+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Lang%22%5BJournal%5D)">The "Perceptual Wedge Hypothesis" as the basis for bilingual babies' phonetic processing advantage: new insights from fNIRS brain imaging.</a> Brain Lang. 121 (2), 130-143 (2012).</li>
<li>Jasper, H. H. <a target="_blank" href="http://www.clinph-journal.com/article/0013-4694(58)90053-1/abstract">Report of the Committee on Methods of Clinical Examination in Electroencephalography.</a> Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 10 (2), 370-371 (1958).</li>
<li>Shalinsky, M. H., Kovelman, I., Berens, M. S., Petitto, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+Cognitive+Functions+in+Babies%2C+Children+%26+Adults+with+Near+Infrared+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+visualized+experiments%22%5BJournal%5D)">Exploring Cognitive Functions in Babies, Children & Adults with Near Infrared Spectroscopy.</a> Journal of visualized experiments. (29), (2009).</li>
<li>Tadel, F., Baillet, S., Mosher, J. C., Pantazis, D., Leahy, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brainstorm%3A+a+user-friendly+application+for+MEG%2FEEG+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Intell+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Brainstorm: a user-friendly application for MEG/EEG analysis.</a> Comput Intell Neurosci. 2011, 879716(2011).</li>
<li>Tak, S., Ye, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+analysis+of+fNIRS+data%3A+A+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Statistical analysis of fNIRS data: A comprehensive review.</a> Neuroimage. 85, Part 1 (0), 72-91 (2014).</li>
<li>Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIRS-SPM%3A+statistical+parametric+mapping+for+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">NIRS-SPM: statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 44 (2), 428-447 (2009).</li>
<li>Huppert, T. J. T. J., Diamond, S. G. S. G., Franceschini, M. A. M. A., Boas, D. A. 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), D280-D298 (2009).</li>
<li>Huppert, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Commentary+on+the+statistical+properties+of+noise+and+its+implication+on+general+linear+models+in+functional+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophotonics%22%5BJournal%5D)">Commentary on the statistical properties of noise and its implication on general linear models in functional near-infrared spectroscopy.</a> Neurophotonics. 3 (1), 010401(2016).</li>
<li>Rosso, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroimaging+of+an+attention+demanding+dual-task+during+dynamic+postural+control%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Neuroimaging of an attention demanding dual-task during dynamic postural control.</a> Gait Posture. 57, 193-198 (2017).</li>
<li>Jang, K. E. K. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wavelet+minimum+description+length+detrending+for+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Wavelet minimum description length detrending for near-infrared spectroscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (3), 034004-034004 (2009).</li>
<li>Worsley, K. J., Friston, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+fMRI+time-series+revisited--again%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Analysis of fMRI time-series revisited--again.</a> Neuroimage. 2 (3), 173-181 (1995).</li>
<li>Friston, K. J., Josephs, O., Rees, G., Turner, R. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9438436">Nonlinear event-related responses in fMRI.</a> Magn Reson Med. 39 (1), 41-52 (1998).</li>
<li>Sun, J. Y. <a target="_blank" href="https://www.jstor.org/stable/2244750">Tail Probabilities of the Maxima of Gaussain Random-Fields.</a> The Annals of Probability. 21 (1), 34-71 (1993).</li>
<li>Sun, J. Y., Loader, C. R. <a target="_blank" href="https://www.jstor.org/stable/2242228">Simultaneous Confidence Bands for Linear-Regression and Smoothing.</a> The Annals of Statistics. 22 (3), 1328-1345 (1994).</li>
<li>Molfese, P. J., Glen, D., Mesite, L., Pugh, K., Cox, R. <a target="_blank" href="https://www.humanbrainmapping.org/i4a/pages/index.cfm?pageID=3625">Organization of Human Brain Mapping</a>. , Honolulu Hawaii. (2015).</li>
<li>Singh, A. K., Okamoto, M., Dan, H., Jurcak, V., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+registration+of+multichannel+multi-subject+fNIRS+data+to+MNI+space+without+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Spatial registration of multichannel multi-subject fNIRS data to MNI space without MRI.</a> Neuroimage. 27 (4), 842-851 (2005).</li>
<li>Cui, X. Handy programs to visualize NIRS data (6): plotAverage. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.alivelearn.net/?p=1533">http://www.alivelearn.net/?p=1533</a> (2013).</li>
<li>Krosin, M. T., Klitzman, R., Levin, B., Cheng, J., Ranney, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Problems+in+comprehension+of+informed+consent+in+rural+and+peri-urban+Mali%2C+West+Africa%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Trials%22%5BJournal%5D)">Problems in comprehension of informed consent in rural and peri-urban Mali, West Africa.</a> Clinical Trials. 3, (2006).</li>
<li>Leach, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+evaluation+of+the+informed+consent+procedure+used+during+a+trial+of+a+Haemophilus+influenzae+type+B+conjugate+vaccine+undertaken+in+The+Gambia%2C+West+Africa%5BTitle%5D)+AND+%22Soc+Sci+Med%22%5BJournal%5D)">An evaluation of the informed consent procedure used during a trial of a Haemophilus influenzae type B conjugate vaccine undertaken in The Gambia, West Africa.</a> Soc Sci Med. 48, (1999).</li>
<li>Molyneux, C. S., Peshu, N., Marsh, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+of+informed+consent+in+a+low-income+setting%3A+three+case+studies+from+the+Kenyan+Coast%5BTitle%5D)+AND+%22Soc+Sci+Med%22%5BJournal%5D)">Understanding of informed consent in a low-income setting: three case studies from the Kenyan Coast.</a> Soc Sci Med. 59, (2004).</li>
<li>Oduro, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+and+retention+of+the+informed+consent+process+among+parents+in+rural+northern+Ghana%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Med+Ethics%22%5BJournal%5D)">Understanding and retention of the informed consent process among parents in rural northern Ghana.</a> BMC Med Ethics. 9 (1), 1-9 (2008).</li>
<li>Tindana, P. O., Kass, N., Akweongo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Informed+Consent+Process+in+a+Rural+African+Setting%3A%3A+A+Case+Study+of+the+Kassena-Nankana+District+of+Northern+Ghana%5BTitle%5D)+AND+%22IRB%22%5BJournal%5D)">The Informed Consent Process in a Rural African Setting:: A Case Study of the Kassena-Nankana District of Northern Ghana.</a> IRB. 28 (3), 1-6 (2006).</li>
<li>Lloyd-Fox, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.fasebj.org/content/30/1_Supplement/1149.18">fNIRS in Africa & Asia: an Objective Measure of Cognitive Development for Global Health Settings.</a> The FASEB Journal. 30 (1 Supplement), (2016).</li>
<li>Storrs, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aStorrs%2C+C+%22Nature+News%22">Nature News</a>. , Nature Publishing Group. (2018).</li>
<li>Lloyd-Fox, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+near+infrared+spectroscopy+%28fNIRS%29+to+assess+cognitive+function+in+infants+in+rural+Africa%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Functional near infrared spectroscopy (fNIRS) to assess cognitive function in infants in rural Africa.</a> Sci Rep. 4, 4740(2014).</li>
<li>Papademetriou, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+imaging+of+brain+activation+in+Gambian+infants%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Exp+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">Optical imaging of brain activation in Gambian infants.</a> Adv Exp Med Biol. 812, 263-269 (2014).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W artykule przedstawiono protokół neuroobrazowania terenowego odpowiedni dla kontekstów o niskich zasobach w odległych lokalizacjach. Kluczowym postępem w tej dziedzinie protokołu neuroobrazowania jest możliwość badania po raz pierwszy funkcji mózgu i jego rozwoju w niedostatecznie zbadanych (lub nigdy wcześniej niezbadanych) kontekstach. Kluczowe kroki w tym protokole obejmują podróżowanie i skonfigurowanie mobilnego laboratorium odpowiedniego do zbierania wysokiej jakości danych w klimacie tropikalnym bez elektrycznośc...

Przenośne obrazowanie fNIRS daje możliwość badania funkcji i rozwoju mózgu poza laboratorium, w wcześniej niedostępnych warunkach lub z niedostatecznie zbadanymi populacjami. Znaczna część wiedzy w dziedzinie neuronauki poznawczej pochodzi z badań obrazowych prowadzonych w laboratoriach uniwersyteckich lub szpitalnych, głównie w krajach zachodnich. Z założenia przyczynia się to do rzadko omawianego problemu w badaniach: wiele z tego, co wiemy o mózgu, opiera się na badaniach z udziałem uczestników, dla których dostępne są warunki laboratoryjne w (głównie) krajach zachodnich. Oznacza to, że większość badań neuroobrazowych obejmuje uczestników, którzy mieszkają w rozsądnej odległości od laboratorium neuroobrazowania i mają zarówno czas, jak i zasoby niezbędne do udziału w badaniu. Jako dyscyplina, neuronauka kognitywna ma na celu zrozumienie mózgu i czynników, które kształtują jego rozwój - w tym potężnego wpływu środowiska dziecka i jego wczesnych doświadczeń życiowych1,2,3. Metody, które zwiększają zdolność tej dziedziny do badania rozwoju w pełniejszym zakresie ludzkich doświadczeń, mogą znacznie poszerzyć zrozumienie złożonej relacji między rozwojem mózgu a doświadczeniami życiowymi, które go kształtują.
Ten artykuł przedstawia protokół neuroobrazowania terenowego, który został opracowany do użytku na obszarach wiejskich Afryki Subsaharyjskiej, szczególnie na południowym Wybrzeżu Kości Słoniowej. Celem tego programu badawczego w dziedzinie neuroobrazowania było zrozumienie rozwoju czytania u dzieci w środowisku o wysokim ryzyku analfabetyzmu. Wskaźnik umiejętności czytania i pisania wśród młodzieży (15-24 lata) na Wybrzeżu Kości Słoniowej wynosi 53%, pomimo 93% wskaźnika zapisów do szkoły podstawowej4. Wybrzeże Kości Słoniowej jest głównym źródłem kakao na świecie, a szacuje się, że w sektorze uprawy kakao pracuje 1,3 miliona dzieci5. Jednak niewiele wiadomo na temat wpływu pracy dzieci na rozwój i uczenie się mózgu, w szczególności na naukę czytania. Zastosowanie najnowszych narzędzi neuronauki poznawczej, tj. przenośnych metod neuroobrazowania, może dostarczyć cennych informacji na temat wyników uczenia się dzieci. Na przykład neuroobrazowanie terenowe z fNIRS może pozwolić na identyfikację okresów neurorozwojowych, podczas których ukierunkowane programy edukacyjne lub interwencje mogą mieć maksymalny wpływ na wyniki uczenia się dzieci.
Neuroobrazowanie fNIRS doskonale nadaje się do badań terenowych. Podobnie jak w przypadku funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), fNIRS mierzy odpowiedź hemodynamiczną mózgu6. Jednak fNIRS wykorzystuje szereg optodów emitujących światło i detektorów światła, a nie generuje pól elektromagnetycznych. Nie ma żadnych ograniczeń dotyczących metalu w obszarze testowym lub w jego pobliżu i nie jest konieczne ekranowanie elektryczne, jak w przypadku elektroencefalografii (EEG). Kluczową zaletą fNIRS jest jego przenośność (np. niektóre systemy mogą zmieścić się w walizce) i łatwość obsługi. fNIRS jest również łatwy w użyciu dla dzieci; podczas eksperymentu dziecko wygodnie siedzi na krześle, a system fNIRS dobrze toleruje ruch w porównaniu z fMRI. W porównaniu z fMRI, fNIRS zapewnia również oddzielne pomiary hemoglobiny odtlenionej (HbR) i natlenionej (HbO) podczas rejestracji, w porównaniu z fMRI, który daje połączony pomiar gęstości tlenu we krwi (BOLD). fNIRS ma lepszą rozdzielczość czasową niż fMRI: częstotliwość próbkowania może wahać się między ~ 7-15 Hz. fNIRS ma dobrą rozdzielczość przestrzenną: głębokość zapisu fNIRS w korze ludzkiej jest mniejsza niż fMRI, mierząc około 3 do 4 cm głębokości, co dobrze nadaje się do badania funkcji kory mózgowej, szczególnie u niemowląt i dzieci, które mają cieńsze czaszki niż dorośli3, 7,8,9,10.
Ten protokół neuroobrazowania przedstawia rozważania dotyczące podróżowania i zakładania przenośnego laboratorium neuroobrazowania w kontekstach o niskich zasobach. W protokole podkreślono również zasadniczy charakter znaczącej, długoterminowej współpracy z lokalnymi partnerami naukowymi oraz sposoby, w jakie podejście to służy budowaniu lokalnego potencjału naukowego. Zademonstrowano protokół neuroobrazowania służący do zbierania i analizowania danych mózgowych fNIRS z zestawu zadań językowych, czytania i poznawczych, w tym zalecenia dotyczące tworzenia kulturowo odpowiednich procedur świadomej zgody na badania obrazowe. Chociaż protokół ten jest przeznaczony do badań nad rozwojem poznawczym z udziałem dzieci w wieku szkolnym na obszarach wiejskich Wybrzeża Kości Słoniowej, protokół jest bardzo istotny dla wszelkich badań neuroobrazowych w trudnych środowiskach o niskich zasobach i może być dostosowany do nowych kontekstów.

<table><tbody><tr><td>Pakiet jednostki głównej LIGHTNIRS 120V</td><td>Shimadzu</td><td>292-34000-42</td><td>Element systemu fNIRS</td></tr> HOLDER <tr><td>ASSY, ALL-CAP</td><td>Shimadzu</td><td>594-07618-01</td><td>Element systemu fNIRS</td></tr><tr><td>połączeniowy LIGHTNIRS</td><td>Shimadzu</td><td>567-10976-11</td><td>fNIRS system</td></tr><tr><td>Zestaw światłowodów do LIGHTNIRS, 1m (8 zestawów)</td><td>System Shimadzu</td><td>567-11350-01</td><td>fNIRS komponent</td></tr><tr><td>Dell Latitude Laptop</td><td>Shimadzu (od Dell)</td><td>220-97322-00</td><td>Komputer główny do uruchamiania aplikacji fNIRS</td></tr><tr><td>PATRIOT SEU (System Electronics Unit)</td><td>POLHEMUS</td><td>1A0453-001</td><td>Komponent systemu PATRIOT</td></tr><tr><td>Zasilacz</td><td>POLHEMUS</td><td>2C0809</td><td>Komponent systemu PATRIOT</td></tr><tr><td>Przewód zasilający</td><td>POLHEMUS</td><td>17500B-BLK</td><td>PATRIOT System component</td></tr><tr><td>RS-232 null modem</td><td>POLHEMUS</td><td>1C0288</td><td>Komponent systemu PATRIOT</td></tr><tr><td>USB</td><td>POLHEMUS</td><td>1C0289</td><td>Komponent systemu PATRIOT</td></tr><tr><td>Przewód RX2 Sensor 10'</td><td>POLHEMUS</td><td>4A0492-20</td><td>Element systemu</td></tr><tr><td>PATRIOT TX2 Source 10'</td><td>POLHEMUS</td><td>4A0506-20</td><td>Element systemu PATRIOT</td></tr></tbody></table>

metody terenowe neuroobrazowania wykorzystujące funkcjonalną spektroskopię bliskiej podczerwieni (nirs) neuroobrazowanie do badania globalnego rozwoju dziecka: obszary wiejskie afryki subsaharyjskiej

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Przenośne metody neuroobrazowania dostarczają nowych osiągnięć w badaniach funkcji i rozwoju mózgu w wcześniej niedostępnych populacjach i odległych lokalizacjach. Niniejsza praca przedstawia rozwój funkcjonalnej spektroskopii w bliskiej podczerwieni (fNIRS) w celu badania rozwoju języka, czytania i funkcji poznawczych dzieci w wiejskim otoczeniu Wybrzeża Kości Słoniowej. Innowacje w metodach i rozwój odpowiednich kulturowo protokołów neuroobrazowania pozwalają po raz pierwszy przyjrzeć się rozwojowi mózgu i wynikom uczenia się dzieci w niedostatecznie zbadanych środowiskach. W niniejszym artykule przedstawiono protokoły transportu i konfiguracji mobilnego laboratorium, omówiono rozważania dotyczące neuroobrazowania terenowego i laboratoryjnego oraz przedstawiono przewodnik dotyczący opracowywania procedur zgody na neuroobrazowanie i budowania znaczącej długoterminowej współpracy z lokalnymi władzami i partnerami naukowymi. Przenośne metody neuroobrazowania mogą być wykorzystywane do badania złożonych kontekstów rozwoju dziecka, w tym wpływu znacznego ubóstwa i przeciwności losu na rozwój mózgu. Przedstawiony tutaj protokół został opracowany do użytku na Wybrzeżu Kości Słoniowej, które jest głównym źródłem kakao na świecie i gdzie powszechne są doniesienia o pracy dzieci w sektorze kakao. Jednak niewiele wiadomo na temat wpływu pracy dzieci na rozwój mózgu i uczenie się. Terenowe metody neuroobrazowania mają potencjał, aby dostarczyć nowych informacji na temat tak pilnych problemów i rozwoju dzieci na całym świecie.

Dane dotyczące pozycji sondy uzyskane za pomocą digitalizatora 3D (Rysunek 2) można zwizualizować na standardowym szablonie mózgu. Należy zarejestrować kanały fNIRS w przestrzeni MNI, korzystając z samodzielnej funkcji rejestracji programu NIRS-SPM25. Funkcja rejestracji przestrzennej generuje współrzędne MNI, etykiety anatomiczne oraz obszary Brodmanna w maksymalnym stopniu reprezentowane przez każdy kanał.
<p class="jove_content"...

Przenośne metody neuroobrazowania (funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni) zapewniają postęp w badaniach mózgu w wcześniej niedostępnych regionach; tutaj, na wiejskich terenach Wybrzeża Kości Słoniowej. Innowacje w metodach i rozwój odpowiednich kulturowo protokołów neuroobrazowania pozwalają na nowatorskie badania nad rozwojem mózgu i wynikami uczenia się dzieci w środowiskach o znacznym ubóstwie i przeciwnościach losu.

Metody terenowe neuroobrazowania wykorzystujące funkcjonalną spektroskopię bliskiej podczerwieni (NIRS) Neuroobrazowanie do badania globalnego rozwoju dziecka: obszary wiejskie Afryki Subsaharyjskiej

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

Ogólnym celem tego Field Neuro Imaging Protocol jest badanie rozwoju mózgu dzieci oraz wyników poznawczych i uczenia się przy użyciu przenośnej funkcjonalnej spektroskopii w bliskiej podczerwieni, znanej jako FNIRS, w odległych, słabo zbadanych środowiskach o niskich zasobach, takich jak zubożałe społeczności wiejskie w Afryce Subsaharyjskiej. Ta metoda może pomóc nam odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące rozwoju mózgu w środowiskach wysokiego ryzyka. Na przykład, jak rozwija się sieć mózgu do czytania w społecznościach o wysokim ryzyku analfabetyzmu.Metoda ta porusza również ważne kwestie teoretyczne dotyczące globalnego rozwoju dziecka, dotyczące tego, jak zarówno rozwój biologiczny, jak i różnorodne, często negatywne doświadczenia, wpływają na mózg. I może ujawnić nowe informacje o rozwojowych, wrażliwych okresach. Na początek zainwestuj w tworzenie współpracy i zapewnij możliwości, w ramach badań, lokalnym naukowcom.Nawiązanie partnerstw z lokalnymi instytucjami naukowymi w celu zapewnienia inkluzywności, ponieważ uznanie ze strony rówieśników na poziomie lokalnym jest ważne w informowaniu o wynikach badań w regionie. Przygotuj się na deszczowe warunki klimatyczne w terenie, ponieważ warunki temperatury i wilgotności mogą znacznie różnić się od warunków laboratoryjnych, co może mieć wpływ na działanie i trwałość sprzętu oraz komfort uczestników. Procedurę zademonstrują Lais Freitas, wizytujący naukowiec z Uniwersytetu Federalnego w San Pallo w moim laboratorium, oraz Violet Kozloff, kierownik naszego laboratorium.Rozpocznij od poddania się procedurze zgody, w lokalnym lub preferowanym języku uczestnika, który jest odpowiedni kulturowo i zapewnia, że uczestnicy, ich rodziny i społeczności są poinformowani o badaniu i ich decyzji o udziale w badaniu. Następnie odprowadź uczestników do sali testowej i poproś ich, aby usiedli na krześle. Wyjaśnij uczestnikowi, że zostanie wykonany pomiar głowy.Za pomocą standardowej taśmy mierniczej zmierz odległości między nasionem a inionem wokół głowy, nasionem i inionem nad czubkiem głowy, przez linię środkową środkową lub CC, oraz odległość między lewym i prawym tragusem ucha, nad czubkiem głowy, przez CC. Następnie umieść nasadkę uchwytu optodontycznego fNIRS na głowie uczestnika, dostosowanie czapki do systemu International 10-20, dla lokalizacji skóry głowy. Zabezpiecz nasadkę paskiem. Po umieszczeniu nasadki poinstruuj uczestnika, aby siedział nieruchomo, podczas gdy digitizer 3D mierzy kluczowe 10-20 pozycji skóry głowy systemu i wykonuje się każdy symbol miejsca optody.Następnie ułóż sprzęt do digitizera 3D, umieszczając jeden czujnik na głowie uczestnika, w CC i bezpiecznie przymocowany, a drugi czujnik umieszczając na stole bezpośrednio za głową uczestnika. Przenieś stylistę digitizera 3D do każdej lokalizacji sondy i przez kluczowe 10-20 pozycji systemu. Po zebraniu danych z digitizera 3D, poprowadź uczestnika tak, aby usiadł wygodnie przed komputerem prezentującym bodźce.Korzystając z wbudowanego oprogramowania fNIRS, wybierz układ sondy, który odpowiada projektowi eksperymentu. Upewnij się, że jest umieszczony tak, aby maksymalnie nakładał się na obszary językowe lewej półkuli i ich homologi prawej półkuli, a także płat czołowy. Upewnij się, że zarówno sondy emitera, jak i detektora są ponumerowane zgodnie z mapą rozmieszczenia sond.Korzystając z mapy optody i wbudowanego oprogramowania fNIRS jako przewodnika, umieść każdą optodę w odpowiednim otworze. Poruszaj dowolnymi włosami, aby zapewnić kontakt między końcówką optody a skórą głowy. Na koniec, po ustawieniu wszystkich optod, sprawdź jakość sygnału, korzystając z wbudowanego oprogramowania systemu fNIRS.W razie potrzeby wyreguluj poszczególne sondy, aż do uzyskania wystarczającej jakości sygnału. Zacznij od umieszczenia słuchawek z redukcją szumów na głowie uczestnika, uważając, aby nie przeszkadzać w umieszczeniu sondy fNIRS. Upewnij się, że słuchawki dostarczają bodźce dźwiękowe mowy, jeśli ma to zastosowanie do uczestnika, a także blokują wszelkie dźwięki otoczenia.Poinstruuj uczestnika, aby skupił się na krzyżu na środku ekranu. Poproś ich, aby pozostali nieruchomo podczas eksperymentu, podczas gdy zadania eksperymentalne są wyświetlane. Przyciemnij światła i rozpocznij nagrywanie uczestnika na wbudowanej kamerze wideo.Rozpocznij rejestrację danych fNIRS na komputerze poleceń fNIRS i rozpocznij zadania na komputerze prezentującym bodźce. Monitoruj wydajność uczestników we wszystkich zadaniach i zapewniaj przerwy między zadaniami i uruchomieniami. Upewnij się, że wyzwolenie z komputera prezentującego bodźce eksperymentalne jest odbierane przez komputer dowodzenia fNIRS.Na koniec, po zakończeniu wszystkich zadań, przestań zbierać dane wideo i fNIRS. Po zakończeniu eksperymentu usuń każdą optodę z nasadki uchwytu optody. Nie naruszając pozycji nasadki uchwytu optody na głowie uczestnika, pokieruj uczestnika, aby usiadł w pozycji, aby uzyskać drugi pomiar digitizera 3D.Powtórz pomiar digitizera 3D, aby upewnić się, że wszelkie zakłócenia w pozycjach sondy skóry głowy podczas eksperymentu mogą zostać wykryte, porównując dwa pliki pozycji. Na koniec, po zakończeniu powtarzania pomiaru, zdejmij nasadkę uchwytu optody z głowy uczestnika. Dane o położeniu 3D i dane projektu eksperymentalnego połączono z danymi szeregów czasowych fNIRS w celu analizy w celu zmapowania związanych z eksperymentem, znaczących wzorców aktywacji neuronalnej na standardowym szablonie mózgu.Pacjent ten wykazywał większą aktywację zakrętu skroniowego górnego lewej półkuli podczas prób rymowania w porównaniu ze spoczynkiem. Dalej pokazana jest większa aktywacja dla prób rymowania wierszy nierymowanych, w lewej półkuli. Na przykład Obiekt 1 wykazywał większą aktywację w lewym dolnym zakręcie czołowym, a Obiekt 2 wykazywał większą aktywację w lewym górnym zakręcie skroniowym.Zgodnie z tą procedurą można przeprowadzić inne metody, takie jak ocena umiejętności poznawczych i werbalnych, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące związku między aktywnością mózgu a zdolnościami dzieci. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć ważne kwestie związane z neuroobrazowaniem w terenie, takie jak lokalne partnerstwa ze społecznościami i badaczami, a także techniczną wiedzę na temat tego, jak ustawić nasadkę fNIRS, umieścić optody i zbierać dane za pomocą tego systemu. Nie zapominaj, że praca w odległych lokalizacjach może być niebezpieczna, wiąże się z ryzykiem chorób, przestępczości i niestabilności politycznej.Podczas wykonywania tej procedury należy zawsze podejmować środki ostrożności, takie jak leki, szczepienia i zalecenia dotyczące monitorowania.

neuroimaging-field-methods-using-functional-near-infrared

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

W niniejszym opracowaniu opisujemy metodę zbierania i analizy danych dla funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS), nowatorskiego nieinwazyjnego systemu obrazowania mózgu stosowanego w neuronauce poznawczej, w szczególności w badaniach nad rozwojem mózgu dziecka. Metoda ta zapewnia uniwersalny standard akwizycji i analizy danych, który jest kluczowy dla interpretacji wyników oraz odkryć naukowych.

Badanie funkcji poznawczych u niemowląt, dzieci i dorosłych z wykorzystaniem spektroskopii bliskiej podczerwieni

Źródło: Reindl, V., et al. Przeprowadzanie eksperymentów hiperskaningowych z funkcjonalną spektroskopią w bliskiej podczerwieni. J. Vis. Exp. (2019) Ten film pokazuje zastosowanie funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS) do pomiaru aktywności mózgu podczas interakcji społecznych. Uczestnicy angażują się w skoordynowane zadanie, które zwiększa aktywność w korze przedczołowej, regionie krytycznym dla zachowań społecznych, podczas gdy system wykrywa zmiany w absorpcji światła...

Funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni do rejestrowania aktywności mózgu podczas interakcji społecznych

Monitorowanie aktywności mózgu podczas wykonywania zadań motorycznych w pozycji pionowej jest bardzo przydatne podczas badania neuronalnego źródła zaburzeń ruchowych. Tutaj demonstrujemy protokół, który łączy funkcjonalną spektroskopię w bliskiej podczerwieni z ciągłym monitorowaniem aktywności mięśniowej i kinematycznej podczas 4 rodzajów zadań motorycznych.

Funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni czuciowych i ruchowych obszarów mózgu z jednoczesnym monitorowaniem kinematycznym i EMG podczas zadań motorycznych

Monitorowanie aktywności mózgu poza laboratorium bez fizycznych ograniczeń stanowi wyzwanie metodologiczne. Bezwłóknowy, nadający się do noszenia system funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS) został wykorzystany do pomiaru aktywności mózgu podczas ekologicznego zadania pamięci prospektywnej. Wykazano, że system ten może być wykorzystywany do monitorowania aktywności mózgu podczas eksperymentów nielaboratoryjnych.

Wykorzystanie bezwłóknistego, ubieralnego fNIRS do monitorowania aktywności mózgu w rzeczywistych zadaniach poznawczych

Obecny protokół opisuje, jak przeprowadzać eksperymenty hiperskanowania fNIRS i analizować synchronizację mózg-mózg. Ponadto omawiamy wyzwania i możliwe rozwiązania.

Przeprowadzanie eksperymentów hiperskaningowych z funkcjonalną spektroskopią w bliskiej podczerwieni

Opisujemy analizę eksperymentu z funkcjonalną spektroskopią bliskiej podczerwieni z wykorzystaniem konstrukcji blokowej z zadaniem sensomotorycznym. Aby zwiększyć wiarygodność analizy danych, zastosowaliśmy jakościowe ogólne mapowanie parametryczne oparte na ogólnym modelu liniowym oraz porównawcze hierarchiczne modele mieszane dla wielu kanałów.

Jakościowe i porównawcze analizy danych dotyczących aktywności kory mózgowej z eksperymentu funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni z zastosowaniem projektowania blokowego

Przedstawiono protokół przeprowadzania eksperymentów hiperskanowania fNIRS na diadach wspólnego uczenia się w naturalnym środowisku uczenia się. Ponadto przedstawiono proces analizy synchronizacji międzymózgowej (IBS) sygnałów hemoglobiny natlenionej (Oxy-Hb).

Synchronizacja między mózgami w otwartym uczeniu się opartym na współpracy: badanie fNIRS-Hyperscanning

Prezentujemy metodę jednoczesnego zbierania sygnałów fMRI i fNIRS od tych samych osób z pokryciem fNIRS całej głowy. Protokół został przetestowany na trzech młodych osobach dorosłych i może być dostosowany do zbierania danych do badań rozwojowych i populacji klinicznych.

Jednoczesne zbieranie danych z pomiarów fMRI i fNIRS przy użyciu matrycy optodowej całej głowicy i kanałów o krótkich odległościach

Koherencja transformacji falkowej (WTC) to powszechna metodologia oceny sprzężenia między sygnałami, która jest używana w badaniach hiperskanowania funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS). W niniejszej pracy przedstawiono zestaw narzędzi do oceny kierunkowości interakcji sygnału.

Nowe ramy zrozumienia koherencji międzymózgowej w badaniach hiperskanowania funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS)

Protokół ma na celu szczegółowe opisanie metodologii przeprowadzania badania hiperskanowania fNIRS w poradnictwie psychologicznym. Obejmuje to przygotowania do eksperymentu, procedurę zbierania danych oraz późniejszy proces analizy danych.

Funkcjonalne badanie hiperskanowania spektroskopii bliskiej podczerwieni w poradnictwie psychologicznym

Poznaj metody terenowego neuroobrazowania fNIRS do badania rozwoju mózgu dzieci w warunkach niskich zasobów. Ta technika pozwala analizować aktywację neuronalną podczas zadań poznawczych w trudnych środowiskach.

Metody terenowe neuroobrazowania wykorzystujące funkcjonalną spektroskopię bliskiej podczerwieni (NIRS) Neuroobrazowanie do badania globalnego rozwoju dziecka: obszary wiejskie Afryki Subsaharyjskiej (Wideo) | JoVE Journal

Metody terenowe neuroobrazowania wykorzystujące funkcjonalną spektroskopię bliskiej podczerwieni (NIRS) Neuroobrazowanie do badania globalnego rozwoju dziecka: obszary wiejskie Afryki Subsaharyjskiej

Przeglądaj więcej filmów