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

Interpretacja danych F-N-I-R-S lub fNIRS może być trudna dla początkujących użytkowników, ponieważ danych zwykle nie można określić ilościowo. Nasz protokół wykorzystujący dwie uzupełniające się metody zapewnia lepsze zrozumienie tych danych. Główną zaletą tej techniki jest zwiększenie i wiarygodność analizy danych przy użyciu dwóch jakościowych, statystycznych mapowań parametrycznych opartych na GLM oraz porównawczych hierarchicznych modeli mieszanych dla wielu kanałów.

Przed wykonaniem eksperymentu fNIRS umieść urządzenie fNIRS w ciemnym, bezgłośnym miejscu i umieść nasadkę rejestrującą fNIRS na całej głowie badanego, tak aby pozycja odpowiadająca środkowi międzynarodowego systemu 10-20 znajdowała się w uchwycie nasadki na głowę o numerze 245. Przymocuj naklejkę z oznaczeniem do referencyjnych punktów lokalizacyjnych i zrób zdjęcia głowy fotografowanej osoby wraz z lokalizacjami sondy, w tym punktami odniesienia z 15 perspektyw. Ułóż 48-kanałowy system z 32 optodami do nasadki głowy obustronnie nad obszarami czołowymi i ciemieniowymi jako obszarami zainteresowania i użyj oprogramowania digitizera 3D, aby określić rejestrację przestrzenną.

Po zeskanowaniu danych obrazu dla całej głowy określ współrzędne przestrzenne obiektu za pomocą automatycznego pomiaru i zapisz dane jako pliki Origin i Inne. Aby przeprowadzić analizę fNIRS, poproś badanego o przyjęcie wygodnej pozycji i poinstruuj go, aby zamknął oczy. Następnie poinformuj osobę badaną o sygnałach rozpoczęcia i zakończenia i poproś osobę o wykonanie zadania projektowania bloków, zachowując tę samą wyprostowaną postawę dla każdego zadania.

Aby użyć oprogramowania NIRS-SPM do wykonania jakościowej ogólnej analizy modelu liniowego, uruchom program NIRS-SPM w oprogramowaniu MATLAB i wybierz opcję systemu NIRS z menu podręcznego. Wybierz przycisk Załaduj. Aby wykryć rejestrację przestrzenną lokalizacji kanału NIRS, zaznacz pola wyboru Samodzielny i Z digitizerem 3D.

W oknie dialogowym Od współrzędnych rzeczywistych do przestrzeni MNI wybierz punkt odniesienia współrzędnych i pliki sond/kanałów współrzędnych. Kliknij opcję Rejestracja i wybierz punkty, aby przejść do oszacowania przestrzennego. Kliknij przycisk OK i projektuj współrzędne MNI do renderowanego mózgu.

Wybierz opcję Widok grzbietowy i kliknij przycisk Zapisz. W sekcji Określ 1. poziom wybierz nazwę pliku danych NIRS i katalog SPM. Zaznacz pole wyboru hemoglobiny i wybierz określ projekt i sek.

Wybierz wektor początku i czasu trwania, a następnie wprowadź wektor początku pomnożony przez czas trwania warunków eksperymentalnych, jak wskazano. Aby uzyskać detrending, wybierz Wavelet-MDL. Użyj metody wstępnego kolorowania, filtra dolnoprzepustowego i wybierz hrf.

Popraw korelację szeregową, wybierz opcję brak. Aby oszacować korelacje czasowe, sprawdź Analizę indywidualną, aby przeanalizować pojedynczą osobę. Aby oszacować korelacje czasowe dla grupy badanych, sprawdź Analizę Grupową, a następnie oblicz mapę aktywacji na podstawie zmian poziomu hemoglobiny dla standaryzowanego mózgu.

Aby przeprowadzić wielokanałową analizę porównawczą w oparciu o hierarchiczny model mieszany, otwórz odpowiedni program do analizy statystycznej i przekonwertuj dokument tekstowy zmian stężenia hemoglobiny natlenionej i odtlenionej w najbliższym pliku danych przetworzonym za pomocą filtra dolnoprzepustowego do pliku z wartościami oddzielonymi przecinkami w oprogramowaniu arkusza kalkulacyjnego. Użyj poleceń, aby utworzyć dane importu przed i po interwencji dla każdego tematu, a następnie uruchom polecenie danych przed i po interwencji dla każdego kanału, jak wskazano. Na podstawie danych uzyskanych z wyników wyjściowych wprowadź w arkuszu kalkulacyjnym różnice przed i po interwencji w wartościach zmian, odpoczynku i podczas wykonywania zadania dla każdego kanału.

Następnie wprowadź do arkusza kalkulacyjnego stopnie swobody licznika i mianownika oraz wartości F i P elementu interakcji testu typu trzeciego z efektem stałym. W tej reprezentatywnej analizie grupowej 10 pacjentów po udarze zaobserwowano wzrost aktywności korowej pierwszorzędowej kory ruchowej w mierzonej półkuli bezpośrednio po rehabilitacji wspomaganej przez robota w porównaniu z obserwowanym przed treningiem. W tej wielokanałowej analizie grupowej porównującej przed i po interwencji, zaobserwowano zwiększoną aktywność kory mózgowej w pierwszorzędowej korze ruchowej po interwencji, w tym samym regionie mózgu, co w NIRS-SPM.

Nasze metody mogą być wykorzystywane do przeprowadzania analizy przed i po interwencji w przypadku różnych zaburzeń neurologicznych, takich jak zaburzenia ruchowe, choroby naczyń mózgowych i zaburzenia neuropsychiatryczne. Zamiast ruchów łokci naukowcy mogą również zastosować inne zadania związane z projektowaniem blokowym, takie jak ruchy nóg. Ponadto nasz protokół jest przydatny do ujawniania efektów leczenia w różnych warunkach.