Coerência entre a função cerebral cortical e Desempenho neurocognitiva durante condições de gravidade mudou

Este procedimento aplica uma técnica combinada de registro de espectroscopia de EEG e infravermelho próximo para determinar até que ponto a diminuição do desempenho neurocognitivo na ausência de peso se deve aos efeitos primários de alterações hemodinâmicas e eletrocorticais ou a efeitos secundários relacionados ao estresse. Isso é feito monitorando as mudanças na atividade eletrocortical dos participantes durante um vôo parabólico, incluindo fases de microgravidade, microgravidade e gravidade normal. As alterações hemodinâmicas no cérebro frontal podem ser monitoradas em paralelo usando espectroscopia de infravermelho próximo ou nervos.

As mudanças na atividade cortical do cérebro podem então ser localizadas usando tomografia eletromagnética. A etapa final é correlacionar as alterações eletrocorticais e hemodinâmicas. Em última análise, os resultados mostram que as alterações hemodinâmicas devido às condições de gravidade alteradas estão associadas a alterações na função eletrocortical.

A principal vantagem dessa técnica sobre os métodos existentes, como ressonância magnética ou PET, é que a eletrofotografia combinada com eletrotomografia e espectroscopia de infravermelho próximo é viável durante ambientes extremos, como voos parabólicos ou voos espaciais com cargas limitadas de ausência de peso HyperV e espaço limitado, e permite medir e correlacionar mudanças na atividade elétrica neural e alterações hemodinâmicas no cérebro. Este método ajuda a responder a questões-chave no campo da neurofisiologia e da pesquisa espacial, como condições de gravidade alteradas que levam a alterações hemodinâmicas e corticais elétricas. Ajuda a responder onde exatamente no cérebro essas mudanças acontecem e quais são as consequências dessas mudanças.

Uma vez que tenhamos identificado os processos neurofisiológicos subjacentes, uma vez que tenhamos identificado o que acontece com a função cortical cerebral e com a hemodinâmica enquanto estamos no espaço, enquanto estamos na ausência de peso, somos capazes de desenvolver contramedidas específicas para melhorar a qualidade de vida, o sucesso da missão e a segurança da missão. Portanto, esse método pode fornecer informações sobre os mecanismos de funcionamento do cérebro, ou também pode ser aplicado a outros sistemas, como deficiências neurológicas de pacientes neurológicos ou a ideia fundamental de como nosso cérebro funciona. Tivemos a ideia para esta pesquisa pela primeira vez quando ouvimos falar de decréscimos neurocognitivos de astronautas que vivem no espaço.

A demonstração visual desse método é fundamental porque é difícil aprender as etapas de análise porque há muitas maneiras de tratar e analisar os dados Uma a duas horas antes do voo. Os participantes são levados para uma sala no aeroporto para se prepararem para os experimentos. Primeiro, o perímetro cefálico é medido e o couro cabeludo é limpo para que a touca de EEG com os optos e o receptor integrados da enfermeira possa ser colocada na cabeça do participante.

O próximo passo é marcar as posições para os eletrodos FP um e FP dois. Primeiro, a distância entre o nasn e o inion é medida a seguir a uma distância, um décimo do caminho entre o Sian e o inion. A partir do Sian, duas marcas são feitas à esquerda e à direita da linha média a uma distância que é um 20º do perímetro cefálico.

A touca contém os eletrodos que serão fixados no couro cabeludo e garante a posição correta dos sensores. É escolhida uma touca de EEG apropriada para o tamanho da cabeça do participante. Em seguida, a tampa é puxada.

A cabeça do participante e sua posição são verificadas. O eletrodo CZ deve estar no vértice e o FP um e FP dois, e os eletrodos O um e O2 devem estar na horizontal e nas marcas, uma tira de queixo é presa para garantir que a tampa permaneça em uma posição simétrica e adequada. Em seguida, o eletrodo de frequência cardíaca é colocado para fazer isso, um eletrodo de EEG pode ser usado e o sensor é colocado no peito do participante.

Agora a impedância dos eletrodos é minimizada e a condução do sinal é verificada. Cada eletrodo contém LEDs, que serão lidos quando a medição da impedância for iniciada. O cabelo é afastado da ponta do eletrodo com uma agulha de ponta romba e o gel é injetado entre a ponta do eletrodo e a superfície da pele, começando com os eletrodos de referência e terra.

À medida que o gel é injetado, a cor dos LEDs muda à medida que a impedância diminui, de modo que a cor vermelha inicial se torna primeiro amarela e depois verde. Como o valor de impedância alvo é alcançado em 25 quilo ohms, o ato dos eletrodos fornecerá uma boa relação sinal-ruído igual ou inferior a esse valor alvo. Este procedimento é repetido para todos os eletrodos da tampa.

Uma vez que a tampa do eletrodo é preparada para ambos os participantes, os participantes recebem instruções sobre os detalhes do voo parabólico e o cronograma experimental que será seguido. Uma visão geral esquemática da parábola de zero a 30 e as tarefas a serem executadas é apresentada aos participantes. Além disso, os anúncios verbais detalhando quando e como iniciar e parar os testes são revisados.

Finalmente, os participantes são levados ao avião para preparação do voo a bordo. Uma vez a bordo, os participantes estão sentados um ao lado do outro na configuração experimental e os cintos de segurança são apertados frouxamente. Os cabos EEG são conectados à caixa de controle do eletrodo e a caixa de controle do eletrodo é conectada ao amplificador.

Em seguida, os OIDs e o receptor dos nervos são fixados no suporte do OID na tampa do EEG. Neste ponto, o módulo EEG NERS é iniciado. Isso controla a conectividade e a qualidade do sinal.

Em seguida, os nervos e o software de EEG são iniciados e um espaço de trabalho para gravar. Os dados são abertos. Em seguida, o nome do arquivo, a frequência de gravação e a montagem são inseridos.

Se algum sinal estiver abaixo do ideal. Os valores de impedância para EEG ou os valores de DAQ para nervos são reajustados ou mais gel é injetado conforme necessário. Neste ponto, o registro do EEG e do sinal nervoso é iniciado e as medições do estado de repouso são coletadas.

Os participantes não têm nenhuma tarefa neste momento, mas devem permanecer parados relaxados e manter os olhos fechados. A gravação é interrompida após três minutos. Após o período de descanso, os participantes realizarão um teste inicial do desafio do quadro-negro da tarefa cognitiva.

Finalmente, todos os dispositivos são desligados e a caixa de controle do eletrodo de EEG, bem como os optos e o receptor da enfermeira, são desconectados. Todos os equipamentos, incluindo a câmera e os iPhones, são armazenados em um compartimento para a preparação da decolagem para os experimentos em voo. Uma vez que a aeronave tenha atingido uma altitude de cruzeiro, o primeiro passo é montar a câmera de vídeo no corrimão e, em seguida, iniciar a gravação do vídeo.

Em seguida, os participantes são colocados em seus assentos e os cintos de segurança são apertados frouxamente. Os participantes devem permanecer sentados pelo menos para a parábola de zero a 25. Os iPhones são presos à parte superior da perna dos participantes com Velcro.

Agora, a caixa de controle do eletrodo EEG está conectada e os nervos optos e o receptor são fixados no suporte de opto na tampa. O módulo de EEG e nervos é iniciado e a qualidade do sinal nervoso do EEG é verificada verificando a impedância do EEG e os valores NS DAQ. A gravação em repouso é realizada por três minutos.

A primeira parábola, designada parábola zero, será usada para permitir que os participantes se adaptem ao procedimento e à mudança para as condições de gravidade. Então, durante a parábola de um a 10, apenas a enfermeira do EEG em estado de repouso é registrada enquanto os participantes se sentam em silêncio em seus assentos com os olhos fechados. Em seguida, os participantes são preparados para as tarefas cognitivas que serão realizadas durante dois blocos de cinco parábolas.

A gravação é controlada pelo operador que dá instruções aos participantes e também salva os resultados dos testes cognitivos e os tempos. Nesta tarefa de processamento cognitivo, o participante identifica qual lado de uma equação é maior do que a outra velocidade e precisão do participante. A resposta é registrada pelo programa e uma pontuação final alta é dada, dependendo da precisão, velocidade e nível mais alto que o participante alcançou durante a parábola 11 a 15.

O participante um executará esta tarefa em gravidade zero e o participante em um G. Então, durante a parábola 16 a 20, o participante um executará esta tarefa em um G e o participante dois em gravidade zero ocasionalmente. As medições de repouso são registradas durante a sequência parabólica, bem como antes da primeira e depois da última parábola. As últimas 10 parábolas podem ser usadas caso quaisquer medições ou experimentos anteriores precisem ser repetidos.

Uma vez de volta ao solo, os participantes e o operador podem deixar o avião temporariamente antes de voltar para a configuração experimental e preparar tudo para as pós-medições. Neste momento, as medições da enfermeira EEG em estado de repouso são repetidas. Uma vez que toda a gravação é concluída e a tampa é removida do participante, o experimento é finalizado usando tomografia eletromagnética cerebral de baixa resolução ou Loretta.

É possível determinar mudanças individuais na atividade cortical do cérebro frontal. Para o participante um, a mudança ocorrida 2000 milissegundos após o início da microgravidade foi localizada na área nove de Broadman, que pertence ao córtex pré-frontal lateral dorsal. Essa região desempenha um papel importante na integração de informações sensoriais e mnemônicas no curso da organização e regulação do planejamento motor.

Para o participante dois, essas alterações podem estar localizadas na área nove de Broadman e também na área seis de Broadman, o córtex pré-motor, que é conhecido por seu papel na regulação sensorial no curso da estabilização corporal. Este próximo traço mostra espectroscopia de infravermelho próximo na região frontal do cérebro. A curva preta indica o nível G.

O fundo amarelo indica gravidade normal. O fundo azul indica hipergravidade e o fundo rosa indica microgravidade como esperado. Há uma diminuição do sangue oxigenado, conforme mostrado pelo traço vermelho na fase de microgravidade, seguido por um aumento do sangue oxigenado na fase de microgravidade.

Resultados semelhantes são vistos nesta figura de outro participante. Curiosamente, a quantidade de sangue desoxigenado, conforme mostrado pelo traço azul, não mostrou comportamento consistente para a primeira fase do HyperV ou a fase de ausência de peso, mas em ambos os indivíduos mostrou uma diminuição na segunda fase do HyperV. Esta figura mostra a tarefa cognitiva de dois sujeitos para três pontos de medição durante o treinamento, que foi medido antes do voo em zero Gs, que foi medido durante o voo, e em um G também medido durante o voo.

As pontuações diferem entre os sujeitos, indicando que os decréscimos neurocognitivos relatados anteriormente durante voos parabólicos são provavelmente devidos a reações individuais ao estresse. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como aplicar a técnica combinada de e, e, g e joelhos, bem como monitorar a atividade eletrocortical e as alterações hemodinâmicas em paralelo. Ao tentar este procedimento, é importante verificar a qualidade do sinal e monitorar o comportamento dos sujeitos.

Essas técnicas podem abrir caminho para pesquisadores interessados na função cortical cerebral e explorar os efeitos da microgravidade na função cortical cerebral e, uma vez identificados esses mecanismos, isso pode ajudar pacientes, astronautas e pessoas normais.