Здесь мы опишем сбора данных и методов анализа данных для функциональных ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS), роман неинвазивной визуализации мозга система, используемая в когнитивной неврологии, в частности, в изучении детского развития мозга. Этот метод обеспечивает универсальный стандарт сбора данных и анализа жизненно важное значение для интерпретации данных и научных открытий.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Изучение когнитивных функций у новорожденных, детей и взрослых с ближней инфракрасной спектроскопии
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Во всем мире наблюдается стремительный рост числа исследований с применением функциональной ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS) для изучения активации коры головного мозга в связи с высшими когнитивными процессами, такими как речь1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, память11 и внимание12. В этих исследованиях принимают участие взрослые, дети и младенцы 3,4,13,14,15,16,17,18,19 с типичным и атипичным когнитивным развитием20,21,22. Современная задача использования fNIRS в когнитивной нейробиологии заключается в достижении систематического анализа данных, который обеспечил бы их универсальную интерпретируемость23,24,25,26, что позволит продвинуться в решении важных научных вопросов о функциональной организации и нейронных системах, лежащих в основе высшего познания человека.
Существующие технологии нейровизуализации обладают либо менее выраженным временным, либо пространственным разрешением. Вызванные потенциалы и магнитоэнцефалография (ERP и MEG) имеют отличное временное разрешение, тогда как позитронно-эмиссионная томография и функциональная магнитно-резонансная томография (PET и fMRI) обладают лучшим пространственным разрешением. Используя неионизирующие длины волн света в ближнем инфракрасном диапазоне (700-1000 nm), где оксигемоглобин преимущественно поглощает излучение на 680 nm, а дезоксигемоглобин — на 830 nm (например, именно эти длины волн аппаратно заложены в систему fNIRS Hitachi ETG-400, показанную здесь), fNIRS хорошо подходит для исследований высших когнитивных функций, поскольку обладает как хорошим временным разрешением (~5s) без использования радиации, так и хорошим пространственным разрешением (~4 cm глубины), а также не требует нахождения участников в закрытой конструкции27,28. Корковая активность участников может оцениваться, когда они удобно сидят на обычном стуле (взрослые, дети) или даже на коленях у матери (младенцы). Примечательно, что NIRS уникально портативен (размером с настольный компьютер), практически бесшумен и допускает незначительные движения участника. Это особенно важно для нейронных исследований человеческого языка, одним из ключевых компонентов которого неизбежно являются движения рта при производстве речи или рук при использовании жестового языка.
Локализация гемодинамического ответа осуществляется с помощью массива лазерных излучателей и детекторов. Излучатели испускают неионизирующий свет известной интенсивности, а детекторы фиксируют количество света, отраженного от поверхности коры головного мозга. Чем ближе расположены оптоды друг к другу, тем выше пространственное разрешение, а чем больше расстояние между ними, тем глубже глубина проникновения. Для системы fNIRS Hitachi ETG-4000 оптимальное соотношение глубины проникновения и разрешения достигается при установке массива оптодов на расстояние 2cm.
Наша цель — продемонстрировать метод сбора и анализа данных fNIRS, чтобы способствовать стандартизации в этой области и обеспечить общую базу для различных лабораторий fNIRS по всему миру.
Протокол
Часть 1: До участников, прибывающих в лаборатории
- Убедитесь, что комната свободна от посторонних статей, которые могут отвлекать участников.
- Установка и загрузка экспериментальных протокол о fNIRS Hitachi ETG-4000 системе.
- Настройка вашей экспериментальной парадигмы. Экспериментальные парадигмы может быть запрограммирован с различным программным обеспечением презентации, в том числе Eprime, Презентация, Psyscope или Matlab основанные инструментов психологии. Здесь мы используем Matlab основанные инструментов психологии.
- Выбор времени является ключевым для анализа данных, таким образом, экспериментальная парадигма должна быть и....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
В этом исследовании мы показали, использование новых, неинвазивные fNIRS технологии изображения мозга для исследования функций мозга человека в отношении человеческого познания и восприятия. fNIRS сканирование мозга может представлять будущее неинвазивной визуализации мозга, особенно младенческой и детской популяции, которые могут в один прекрасный день широко доступны в исследовательские лаборатории, офисы врачей, а в школе системы, позволяющие врачам применять основные научные выводы о мозг их клинической практике.
....Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы не заявляют о наличии конфликта интересов.
Благодарности
Эта работа была поддержана грантами для LAP (PI):
Национальные институты здоровья R21 HD50558, награжден 2005-07, Национальный
Институтов Здоровья R01 HD045822, награжден 2004-09; Дана Фонда Грант,
награжден 2004-06; Канадского фонда для инноваций ("CFI" грант), награжден
2008-2012 годы; Онтарио исследовательского фонда Грант, награжден 2008-2012 гг.
....Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| ETG-4000 | Hitachi | ||
| Matlab | Mathworks | Psychology toolbox |
Ссылки
- Quaresima, V. J. Biomed. Opt. 10, 11012-11012 (2005).
- Watanabe, E. Neurosci. Lett. 256, 49-52 (1998).
- Kovelman, I. NeuroImage. 39, 1457-1471 (2008).
- Kovelman, I. Brain and Language. , (2008).
- Bortfeld, H. Developmental Neuropsychology. 34, 52-65 (2009).
- Petitto, L. A. The Cambridge Companion to Chomsky. , Cambridge University Press. England. (2005).
- Berens, M. S.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
Теги
