Medição da função cerebral Neuromagnetic Em pré-escolares Com Personalizado MEG Sized

Olá, sou Steven Crane. Sou co-diretor do Laboratório de Pesquisa Cerebral KIT Macquarie. O laboratório faz parte do Centro Macquarie de Ciência Cognitiva da Universidade Macquarie, em Sydney, Austrália.

Olá, eu sou Illa Dessan e trabalho no Centro Macquarie de Ciências Cognitivas da Universidade Macquarie. Olá, eu sou Melanie Reed e trabalho no Centro Macquarie de Ciências Cognitivas. Na Universidade Macquarie, utilizamos a magnetoencefalografia ou MEG para estudar os mecanismos cerebrais subjacentes à aquisição rápida da linguagem em crianças de dois a seis anos de idade.

A MEG mede os campos magnéticos produzidos pelo córtex cerebral. Usando a MEG, podemos observar quais áreas cerebrais estão ativas durante o processamento da linguagem e como essas diferentes áreas interagem. Existem dois desafios ao trabalhar com crianças pequenas utilizando qualquer sistema de imagem cerebral.

Primeiro, o ambiente laboratorial típico não é adequado para crianças. Segundo, para participar de um estudo de MEG, as crianças precisam receber instruções para manter ao mínimo os movimentos corporais e são obrigadas a prestar atenção a uma tarefa por um período prolongado de tempo. Por isso, era importante para nós desenvolver um protocolo que nos permitisse utilizar o MEG e, ao mesmo tempo, fosse agradável para as crianças.

Dito isso, os benefícios da MEG superam amplamente os desafios. A MEG é uma ferramenta valiosa para medir a função cerebral em crianças devido à sua resolução temporal extremamente alta e à sua boa resolução espacial, e por ser completamente não invasiva, não apresenta risco concebível para o tecido neural de crianças. Em contraste com a MEG, outras técnicas de neuroimagem utilizam campos magnéticos fortes e fármacos radioativos que podem representar um risco para crianças pequenas.

Uma das características principais do nosso sistema MEG infantil é que ele foi projetado especificamente para ser usado com crianças pequenas. O sistema de tamanho personalizado foi desenvolvido em colaboração com o Instituto de Tecnologia Kanawa e a Corporação Elétrica Yokogawa. No vídeo a seguir, explicaremos por que foi necessário desenvolver um sistema MEG personalizado para crianças e mostraremos como preparamos as crianças para serem estudadas no sistema MEG.

Então, junte-se a nós pelos próximos minutos e mostraremos o laboratório. Explicaremos as etapas que tomamos para fazer as crianças gostarem de participar de nossos estudos. Um laboratório abriga dois sistemas MEG no mesmo ambiente com blindagem magnética.

O sistema adulto consiste em 160 sensores distribuídos uniformemente dentro do capacete MEG, o que oferece cobertura de toda a cabeça. O sistema MEG infantil possui um layout semelhante, mas tem 64 sensores, tornando o capacete menor e perfeitamente adequado para pré-escolares e lactentes. A magnetoencefalografia ou imagem é uma técnica de neuroimagem que mede diretamente a atividade neuronal.

A MEG pode detectar e amplificar os campos magnéticos fracos gerados por milhares de neurônios ativos na córtex cerebral. A detecção desses campos magnéticos fracos é facilmente realizada por sensores especiais conhecidos como squids ou dispositivos de interferência quântica supercondutores. A tecnologia supercondutora é necessária para operar os sistemas de MEG.

Os sensores exigem refrigeração com hélio líquido a menos 270 graus Celsius. A sequência a seguir mostra os sistemas sendo reabastecidos com hélio líquido, o que precisa ser feito semanalmente. O hélio líquido representa a maior parte dos custos operacionais de um sistema MEG.

Os campos magnéticos provenientes do cérebro são extremamente pequenos em comparação com os campos magnéticos produzidos por todo o equipamento em um laboratório moderno. Isso significa que os sistemas de MEG devem ser acomodados em uma sala blindada magneticamente. A sala blindada em nosso laboratório é construída com três camadas de perlo e uma camada de cobre.

A sala pesa cerca de 8,5 toneladas, e o piso do laboratório precisou ser especialmente reforçado para suportar seu peso. O custo da sala blindada magneticamente representa de um terço até a metade do custo de capital de um sistema de MEG. A sala possui diversas portas laterais para que estímulos visuais possam ser projetados no interior da sala e para que outros tipos de equipamentos possam ser operados por meio de cabos de fibra óptica.

A MEG mede os campos magnéticos produzidos por células ativas do cérebro. Uma técnica relacionada, a eletroencefalografia, mede a componente elétrica desses campos. O EEG é uma tecnologia muito mais simples e menos cara, mas não possui a capacidade da MEG de localizar a atividade no cérebro.

Para estudos com crianças mais velhas e adultos, frequentemente gravamos simultaneamente EEG e MEG. No entanto, isso geralmente não é prático com crianças em idade pré-escolar devido ao maior tempo de preparação necessário para o EEG. Como o MEG utiliza sensores que são banhados em hélio líquido, os sensores estão em posições fixas dentro de um capacete isolante vedado a vácuo.

O capacete de um sistema padrão de MEG para adultos é projetado para acomodar cerca de 95% das cabeças adultas. Isso significa que as cabeças maiores e menores não se encaixam bem no capacete adulto. Esse é um problema particular para crianças na faixa etária pré-escolar, pois seus crânios têm um raio até dois a três centímetros menor que o das cabeças adultas.

Como os sinais de MEG diminuem muito rapidamente com a distância. Isso significa que muitos dos sensores em um capacete adulto não serão eficazes para medir sinais provenientes do cérebro de crianças. Outro problema é que as crianças têm maior probabilidade de mover a cabeça dentro dos capacetes grandes durante as sessões de medição.

Isso causa uma degradação dos sinais de MEG. Este clipe mostra os sensores de MEG em um sistema adulto. Em relação à cabeça de uma criança, pode-se observar que muitos dos sensores estão bastante distantes da superfície da cabeça.

É por isso que é valioso produzir um capacete de MEG feito sob medida para caber nas cabeças de crianças em idade pré-escolar. Neste trecho, você pode observar que os sensores do nosso sistema de MEG infantil estão todos muito próximos à superfície da cabeça. Várias etapas precisam ser concluídas antes de podermos iniciar o experimento.

Dentro do MSR, verificamos se a criança tem algo feito de material ferroso consigo. Você tem algo nos seus bolsos? Não. E eles têm o segundo.

Colocamos na criança um capacete que contém cinco bobinas marcadoras. Em seguida, digitalizamos a forma da cabeça da criança ou fazemos um desenho de suas cabeças, como costumamos chamar. Depois, colocamos a criança dentro do MSR ou da nave espacial, pronta para jogar o jogo, enquanto preparamos o cabo.

Dentro do MSR, um filme de sua escolha é reproduzido na tela acima. Uma vez que estejam deitados confortavelmente, fechamos a porta e a aquisição começa. O experimento geralmente dura cerca de 20 minutos.

Convidamos a criança a jogar um jogo dentro da nave espacial enquanto assiste a um filme sem áudio. Em nosso caso, as crianças ouvem atentamente uma série de frases e repetem a palavra queijo assim que a ouvem. O cheiro de queijo vem da mochila do macaco.

Ótimo trabalho. O queijo de cenoura, excelente trabalho. Estímulos acústicos, como a fala entregues aos ouvidos da criança por meio do tubo plástico que você vê no peito da criança. Utilizamos espumas para os ouvidos no tamanho infantil para adaptar os tubos dentro de seus ouvidos.

Durante a aquisição de dados, a criança é monitorada continuamente por meio de vídeo em circuito fechado, e os pesquisadores podem se comunicar com a criança por meio de um microfone. Antes da medição de MEG, fixamos cinco bobinas marcadoras em um gorro de natação, que é então colocado na cabeça da criança. Durante as medições de MEG, essas bobinas são usadas para medir e monitorar a posição e os movimentos da cabeça ao longo da aquisição de dados.

O pesquisador e o pai, caso desejem, permanecem com a criança na sala blindada durante todo o tempo. Isso garante que a criança esteja confortável e que o movimento seja minimizado. Ao final do experimento, as crianças recebem um prêmio por realizarem a tarefa corretamente.

Então, qual adesivo você gostaria de escolher? É Um Aqui Um Ali. Aqueles de vocês familiarizados com crianças em idade pré-escolar saberão que a primeira escolha delas não seria ficar paradas em uma sala blindada magneticamente.

Utilizamos diversas técnicas para tornar tanto o ambiente quanto o processo amigáveis para crianças. O laboratório é decorado com adesivos e brinquedos macios adequados para crianças. Os testes são realizados em três a cinco visitas ao laboratório.

O primeiro encontro geralmente é usado para apresentar a criança aos pesquisadores e ao ambiente de MEG. A criança observa um brinquedo, um animal como um urso, ou Kermit, o sapo. Percorra todas as etapas que ela passará.

Apresentamos um tema para as sessões de teste. O sistema MEG é uma nave espacial esperando para levar as crianças em uma aventura espacial. Temos cadernos de atividades com base nesse tema que explicam os passos que vamos seguir e, em seguida, com o lápis de cor, contornam a figura.

Assim como fazemos um desenho da sua cabeça. É extremamente importante que as crianças consigam permanecer imóveis durante a digitalização e os testes. Ok, agora precisamos ficar parados.

Você pode congelar assim? Comunicamos isso pedindo às crianças que nos mostrem como elas congelam. Bom trabalho.

Muito bom. Congelamento. A importância de saber congelar é reforçada em cada visita ao laboratório. Também é importante garantir que as crianças compreendam cada etapa do experimento.

Explicamos os passos para as crianças usando uma linguagem que elas conseguem entender. Por exemplo, chamamos a tampa que contém as bobinas do marcador de capacete de astronauta. Você já se sente como um astronauta?

E descrevemos a digitalização como desenhar uma imagem da cabeça deles. Se uma criança parecer tímida ou ansiosa, frequentemente usamos fantoches para ilustrar sobre o que é o experimento. Também pedimos a ajuda das crianças para lhes proporcionar uma melhor compreensão do que vamos fazer.

As crianças geralmente ficam felizes em ajudar um fantoche a entrar na sala blindada magneticamente. Se a criança ainda não quiser entrar na sala blindada magneticamente, simplesmente temos períodos de brincadeira até que ela se sinta mais confortável. Quando as crianças estiverem familiarizadas com todas as etapas do nosso protocolo, introduzimos a tarefa experimental que deve ser realizada dentro da MSR.

Mm. Então, você se lembra, qual é a palavra mágica que você teve que repetir? Posso não ouvir isso? Posso eu?

Você pode repetir? Sim. Queijo. Então, por exemplo, se eu disser algo como: outro dia fui ao parque e vi um pedaço de queijo. O que você faz?

Como você pode ver, realizar estudos de imagem cerebral com crianças exige tecnologia especializada e procedimentos além daqueles normalmente utilizados em estudos com adultos. Primeiro, desenvolvemos um capacete personalizado de MEG, projetado para se ajustar à cabeça das crianças e limitar os movimentos de sua cabeça. Segundo, tornamos o laboratório agradável para crianças utilizando artes nas paredes e brinquedos de pelúcia.

Utilizamos métodos que foram adaptados às necessidades e motivação de crianças pequenas. Nosso laboratório é projetado para medir a função cerebral cognitiva em crianças saudáveis e acordadas. Assim, os requisitos são um pouco diferentes daqueles que podem ser encontrados em outros contextos de neuroimagem pediátrica.

O surgimento de sistemas MEG infantis é um avanço importante para a neurociência cognitiva. Isso nos permitirá obter medições da função cerebral em uma faixa etária na qual ocorrem fascinantes e dramáticas reestruturações da função cerebral. Atualmente, sabemos muito pouco sobre esses processos de desenvolvimento.

Esperamos preencher essa lacuna estudando a função cerebral de crianças usando MEG.