Coleta simultânea de dados de medições de fMRI e fNIRS usando um arranjo de optode de cabeça inteira e canais de curta distância

A coleta do sinal da RMf e da RMf simultaneamente dos mesmos indivíduos é extremamente importante, pois nos permite alinhar o sinal da RMf com o da RMf, que é o padrão-ouro em neuroimagem. O fNIRS é uma metodologia que ainda está em desenvolvimento e não consegue atingir estruturas cerebrais mais profundas. Assim, os registros de fMRI nos dão uma melhor compreensão do sinal fNIRS.

Tentativas anteriores de gravar sinais de fNIRS e fMRI do cérebro do mesmo participante exigiram duas sessões de gravação. Infelizmente, essas duas sessões significam que o participante viu e ouviu os mesmos estímulos repetidamente, o que pode mudar a maneira como o cérebro responde. Embora no protocolo, os sinais de RMf e fNIRS estejam alinhados apenas em adultos típicos, esperamos que o protocolo atual também possa ser estendido para testar populações clínicas e de desenvolvimento.

Isso será particularmente importante, por exemplo, ao coletar dados de indivíduos que podem ter déficits neuropsicológicos, pois seremos capazes de interpretar o sinal fNIRS com a maior confiança. Acreditamos que esses registros simultâneos de fNIRS e fMRI serão particularmente importantes na compreensão das redes neurais no cérebro para populações especiais e para crianças. Não há dúvida de que coletar sinais de fMRI e fNIRS simultaneamente é um desafio, mas trabalhamos em todas as etapas e estamos confiantes de que nosso protocolo permitirá que outros laboratórios coletem o mesmo tipo de dados.

Um dos principais desafios provavelmente será garantir que o participante esteja confortável no scanner, especialmente quando estiver usando uma touca fNIRS de cabeça inteira. Quem demonstrará o procedimento será Virginia Chambers, gerente de laboratório do nosso laboratório. Uma vez que o participante tenha assinado o termo de consentimento necessário e recebido instruções para as tarefas, oriente-o a sentar-se em uma cadeira na sala de controle.

Enrole uma fita métrica macia ao redor da testa. Mova para a parte mais larga na parte de trás e retorne ao ponto de partida. Escolha o capsize fNIRS mais próximo da circunferência medida.

Segure e deslize firmemente a base das sondas do detector de curta distância em torno da parte do grommet que atravessa a malha da tampa fNIRS. Certifique-se de que o cabo do detector de curta distância esteja voltado para a parte de trás da tampa para uma área de face clara. Em seguida, peça ao participante que deslize a touca para baixo da coroa de sua cabeça de uma maneira como colocar um chapéu de inverno e aperte a alça do queixo em uma medida confortável.

Aperte as alças traseiras. Verifique se a tampa está firmemente presa e se os soquetes optode estão firmes contra a cabeça. Em seguida, coloque adesivos verdes para marcar os principais locais fiduciários de acordo com as posições do sistema 10/20.

Use uma fita métrica para alinhar os pontos do couro cabeludo simetricamente com os pontos da tampa. Garanta a mesma distância do ponto CZ ao ponto pré-auricular, do ínion e do násio. Instrua o participante a permanecer parado para criar um modelo 3D de sua cabeça.

Em seguida, inicie o aplicativo de estrutura em um tablet ou iPad. Verifique se a cor de alta resolução, a exposição automática de infravermelho e os recursos aprimorados do rastreador estão desligados. Agora posicione o participante centralmente, garantindo que toda a sua cabeça caiba dentro do quadrado 3D na tela, e seus ombros sejam minimamente visíveis no quadro.

Caminhe ao redor do objeto para escanear o formato da cabeça e os optodes com o scanner 3D. Quando toda a verificação estiver concluída, pressione o botão no lado direito da tela para iniciar a renderização 3D. Verifique a clareza e o nível de detalhe da renderização para garantir a colocação precisa dos optodes e adesivos fiduciais verdes.

Para segurança e privacidade, salve a digitalização 3D no servidor protegido pela HIPAA. Quando o modelo 3D estiver completo, remova os adesivos verdes e solicite que o participante insira protetores auriculares em seus ouvidos. Na sala de digitalização, certifique-se de que a bobina de cabeça de 20 canais seja colocada no scanner.

Coloque um travesseiro de espuma dentro da parte inferior da bobina de cabeça da ressonância magnética para apoiar a parte superior da cabeça do participante. Instrua o participante a sentar-se confortavelmente na mesa do scanner. Enquanto segura o grommet optode firme com uma mão, use um aplicador seguro para ressonância magnética para limpar o cabelo do meio do grommet.

Em seguida, aplique uma pressão firme para fixar o optode no grommet. Instrua o participante a deitar-se devagar e cuidadosamente. Ajuste os feixes de fibra óptica para garantir que a cabeça do participante descanse confortavelmente dentro da bobina da cabeça.

Dependendo da posição dos cabos da guia de onda, levante a mesa do scanner. Coloque uma almofada macia sob as pernas do participante para garantir o conforto. Enrole o cinto respiratório na cintura do participante.

Instruir o participante a usar fones de ouvido com cancelamento de ruído, certificando-se de que não interfira na colocação da sonda fNIRS. Coloque o oxímetro de pulso no dedo indicador esquerdo do indivíduo. Caso uma caixa de botões esteja sendo usada para as tarefas experimentais, instrua o sujeito a segurá-la com a mão dominante.

Forneça instruções claras sobre como usar a caixa de botão. Coloque a bola de aperto ou o botão de alarme na mão não dominante do sujeito e instrua o participante como usá-lo. Teste o alarme solicitando ao participante que o pressione.

Deslize o participante alguns centímetros para dentro do furo do scanner para alinhar a cabeça. Posicione a parte superior da bobina da cabeça. Em seguida, insira o microfone e o espelho nas pastilhas da bobina correspondentes.

Deslize o participante lentamente para dentro do furo do scanner enquanto segura as fibras ópticas. No computador do scanner, escolha as sequências estruturais e funcionais pertinentes para o estudo. Verifique o posicionamento adequado da cabeça no furo do scanner, garantindo que ele forneça cobertura total do topo da cabeça até o cerebelo.

Confirme com o participante que a tela do computador está visível através do espelho da bobina principal e execute a varredura estrutural inicial. Os dados de fNIRS em nível de sujeito mostraram maior ativação em áreas do córtex visual bilateral durante os blocos quadriculados intermitentes em comparação com os períodos inter-experimentais. Traços temporais de atividade cerebral mostraram um aumento no sinal HBO durante a apresentação do xadrez intermitente e uma diminuição durante os períodos inter-experimentais.

A visualização dos dados da OHB durante o período de xadrez intermitente mostrou ativação bilateral em áreas do córtex visual no nível do indivíduo. Os dados de RMf em nível de sujeito mostram maior resposta de sinal em negrito no córtex visual primário e secundário durante os períodos quadriculados intermitentes em relação aos períodos inter-experimentais No nível subcortical, observa-se aumento da ativação no núcleo geniculado lateral do tálamo. Um dos principais desafios do nosso protocolo é garantir que o participante possa descansar confortavelmente no scanner, e isso será determinado principalmente pelo tipo de optode que vem com o sistema fNIRS.

O protocolo pode ser adaptado para coletar dados de regiões específicas de interesse e através de uma variedade de paradigmas experimentais. Também fornecemos sugestões específicas sobre como usar o protocolo com populações clínicas e de desenvolvimento.