Сканирование, что можно и чего не делать: использование магнитно-резонансной томографии у бодрствующих детей в возрасте от 3 до 5 лет для оценки структуры и функции мозга

Jade Dunstan; Erin L. Ratliff; Tracy Riggins

doi:10.3791/70023

Методическая статья

Сканирование, что можно и чего не делать: использование магнитно-резонансной томографии у бодрствующих детей в возрасте от 3 до 5 лет для оценки структуры и функции мозга

703 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/70023

⸱

10 марта 2026 г.

Jade Dunstan¹ , Erin L. Ratliff¹ , Tracy Riggins¹

¹Department of Psychology, University of Maryland

В этой статье

Краткое содержание

Этот протокол описывает методы, используемые для изучения структуры и функции мозга у детей в возрасте 3-5 лет. Он включает процедуры подготовки детей к сеансу магнитно-резонансной томографии (МРТ), включая материалы для отправки семей в подготовку к сессии, тренировки с имитацией работы с сканером и методы, применяемые во время сканирования.

Аннотация

Раннее детство (от 3 до 5 лет) — это период, характеризующийся значительными изменениями в мозге. Это развитие лежит в основе возрастных улучшений в нескольких областях — включая язык, память и социально-эмоциональные навыки. Однако оценка структуры и функций мозга в этот период с помощью МРТ сопряжена с рядом проблем. Например, трудности с неподвижностью, длительное поддержание внимания и несоблюдение поведенческих реакций в сканере — особенно распространённые проблемы. Технологический прогресс в нейровизуализации за последнее десятилетие значительно повысил показатели успеха детских нейровизуализационных исследований. Например, более короткие сроки сканирования, мониторинг и коррекция движений в реальном времени во время сканирования оказались особенно ценными для получения достоверных данных. Однако исследователи развития должны проявлять креативность, чтобы адекватно подготовить молодых участников к сканирующей среде и, соответственно, обеспечить использование полученных данных для решения интересующих вопросов. Успех этих сессий стал ключевым с началом крупных многоцелевых консорциумных исследований, таких как исследование HEALthy Child and Brain Development, которые стремятся отслеживать нормативное и нетипичное развитие мозга в первые годы жизни. В этой связи текущий отчет содержит протокол детской нейровизуализации для улучшения опыта сканирования маленьких детей и качества данных по нейровизуализации по результатам четырёх нейровизуализационных исследований, проведённых в одной лаборатории за последние 11 лет. Эти результаты дают представление о ожидаемом времени подготовки к сканированию, общей длительности сканирования и успешности структурных и функциональных сканирований у маленьких детей при использовании этого протокола.

Введение

Исследования МРТ у спящих младенцев показывают, как ранняя структурная и функциональная архитектура мозга закладывает основу для последующих навыков в различных областях, включая язык ^1,2, исполнительные^{функции 3} и социально-эмоциональное^{развитие 4}. Однако многие вопросы развития, например те, что касаются конкретных когнитивных процессов, требуют, чтобы дети были бодрствующими во время сканирования, чтобы исследователи могли измерять реакции на задачи, фильмы или другие стимулы. По мере взросления дети всё чаще способны давать поведенческие реакции во время сканирования, что стимулирует переход к нейровизуализации в состоянии бодрствования в раннем детстве. Этот переход от сканирования спящих детей к получению данных сканирования во время бодрствующего детства создаёт новые трудности. Например, многие маленькие дети испытывают тревогу, связанную с МРТ, так как это очень новая и стимулирующая среда, которая часто не предназначена для детей. Кроме того, это может напоминать детям о кабинетах врачей, и, действительно, многие исследователи сканируют их в медицинских центрах. Если дети могут попасть в сканер, удержать их в сканировании на время протокола сканирования и сохранять внимание, бывает сложно. Потеря внимания особенно актуальна для сканирования, основанных на задачах, на основе которых исследователи надеются выявить связь между функциональными характеристиками мозга и когнитивными процессами. И тревога, и колебания внимания способствуют увеличению движений в этом возрастном диапазоне, и поэтому раннее детство считается очень трудным периодом для^{воображения 5} лет.

Существующие протоколы детской МРТ в основном сосредоточены на спящих^{младенцах 6} и на сканировании на основе задач у старших^детей ^7,8. Однако в раннем детстве (примерно 3–5 лет) детей можно просканировать в состоянии бодрствования, но они могут быть ещё слишком малы для традиционных функциональных МРТ-сканирований с задачами, требующих нажатия кнопки. Этот разрыв важен для устранения, поскольку раннее детство — это уникальное окно развития, в течение которого у детей формируются внимание, способность оставаться неподвижными и соблюдать инструкции, что позволяет различать сканирование в состоянии бодрствования. В результате сканирование бодрствующих детей дошкольного возраста требует дополнительных факторов, помимо тех, что предусмотрены для старших детей. На сегодняшний день лучшие практики подхода к этим сессиям были неформально распространены в ходе бесед на конференциях или при переносе обучения с одной позиции на другую (например, процедуры, изученные во время постдокторской стажировки и впоследствии внедренные при создании независимой лаборатории). Действующий протокол формализует и консолидирует эти практики с целью повышения прозрачности и предоставления возможности исследователям, которые только начинают работать с этой возрастной группой в условиях МРТ, внедрять бодрствующую МРТ с маленькими детьми.

Поэтому цель этого протокола — способствовать безопасному получению качественных изображений мозга в раннем детстве для изучения взаимосвязей между мозгом и поведением. В частности, получение высококачественных данных с использованием этого протокола позволяет исследователям решать широкий спектр вопросов развития, таких как взаимосвязь между структурой мозга и когнитивными результатами, как функциональная связность между областями мозга связана с когнитивными результатами или как функциональная активация областей мозга, связанная с задачами, поддерживает различные когнитивные процессы. Эти вопросы особенно актуальны в дошкольном возрасте, когда быстро проявляются базовые способности, такие как теория^{разума 9}, формирование прочных^{воспоминаний 10} и предграмотные навыки, лежащие в основе развития^{чтения 11} . Кроме того, исследования когнитивного развития в этот период могут иметь важные клинические и политические последствия. Например, связывание развития мозга и переходов дневного сна в раннем детстве может влиять на политику дневного сна в дошкольном возрасте, с последствиями для обучения и памяти¹².

Методы, описанные в этой статье, основаны на предыдущих протоколах ^7,8 для сканирования детей, одновременно учитывая более современные технологические достижения и методологические особенности для сканирования бодрствующих очень маленьких детей. Этот метод особенно применим для исследователей, получающих данные МРТ у детей в возрасте от 3 до 5 лет. Будущие исследования должны продолжать адаптировать процедуры и технологии, чтобы позволить изучать взаимосвязь мозга и поведения на более широких возрастных диапазонах и стадиях развития с помощью бодрствующей МРТ (например, в^{младенчестве 13} лет, в^{младенчестве 14} лет).

Следуя шагам, изложенным в этом протоколе, исследователи смогут изучить, как структурное и функциональное развитие мозга поддерживает когнитивное развитие в период быстрого роста в обеих областях. Кроме того, этот протокол может использоваться в клинических условиях, так как позволяет собирать высококачественные нейровизуализированные данные, что имеет потенциал улучшить раннюю диагностику и характеристику нейроразвивающих состояний у маленьких детей. Для иллюстрации эффективности протокола представлены результаты четырёх нейровизуализационных исследований, проведённых в одной лаборатории, где этот протокол применялся за последние 11 лет у детей в возрасте 3-8 лет. Результаты дают представление о ожидаемом времени подготовки перед сканированием, продолжительности протокола сканирования и фактическом времени, проведённом в сканере, а также о пригодных данных, полученных по разным типам последовательностей (например, структурным и функциональным).

Протокол

Этот протокол описывает методы и инструменты для измерения структуры и функций мозга у бодрствующих и здоровых дошкольников с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и следует рекомендациям Совета по этике исследований в области человеческих исследований Университета Мэриленда, Колледж-Парка. Писмое информированное согласие получалось от родителя или законного опекуна каждого ребёнка, а также устное согласие каждого ребёнка. Протокол включает все этапы успешной нейровизуализации — от практик найма до самой сессии сканирования, а также выделяет способы снижения тревожности детей и родителей, связанных с МРТ, а также включает методы устранения неполадок для максимизации данных.

1. Обучение персонала и опыт

Во-первых, пусть новые члены исследовательской группы будут наблюдать за сессией, где они только наблюдают.
После двух-трёх сессий новые участники выступают в роли напарника по сканированию, что требует меньше принятия решений и устранения неполадок, чем другие роли (например, ведение сессии), но даёт возможность более активно участвовать в учебном визите и попрактиковаться в установлении контакта с ребёнком-участником.
После двух-трёх сессий в качестве напарника по сканированию новые участники ведут сессию, а опытный участник исследовательской группы помогает в процессе. Дайте подробную обратную связь о их работе после сессии. Повторяйте этот процесс, пока новый член не сможет самостоятельно и уверенно вести сессию.
1. Пусть новые участники начинают с сканирования старших детей, так как они обычно более послушны, и занятия проходят гладче, чем с младшими детьми. Или попросите их практиковаться на детях коллег, которым может быть комфортнее в исследовательской среде.

2. Набор и расписание

Узнайте о предвзятых представлениях о МРТ и уменьшите возможные источники тревоги. Например, спросите, есть ли у ребёнка предыдущий опыт МРТ и были ли какие-либо проблемы во время сеанса (например, ребенок был чувствителен к шуму сканера или ограниченному пространству сканера).
Сообщите потенциальным семьям, что для проведения сканирования не потребуется седация или лучевая терапия, что сканирование можно прекратить в любой момент сеанса, и (если это соответствует практике центра визуализации) родители/опекуны могут находиться с ребёнком всё время и/или что исследователь будет находиться в комнате с ребёнком на протяжении всего сканирования.
ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые дети будут лучше справляться, если их родители активно участвуют во всех этапах, а некоторые — если родители будут играть менее активную роль.
Напрямую спросите родителя на начальном наборе/скрининге, будет ли его ребёнок более внимателен к инструкциям исследователя, если родитель вовлечён или не вовлечён (например, во время пробного обучения и самого сканирования или вне комнаты, так как это определит, как структурировать учебный визит).
Используйте подходящий для детей язык для любых материалов, ориентированных на ребёнка-участника. Например, «камера мозга» звучит менее пугающе, чем «МРТ» или «сканер», а «шлем» звучит менее пугающе, чем «головная спираль».
Используйте видео и другие визуальные материалы, чтобы показать семьям, как пройдёт сеанс, когда они прибудут в центр нейровизуализации (см. рисунок 1A).
Подготовьте несколько статей (желательно для широкой аудитории) или других ресурсов для родителей, которые хотят узнать больше о МРТ и лучше понять процесс¹⁵^, ¹⁶.
Назначайте приёмы на выходные, школьные каникулы и утром (не после школы, когда ребёнок, скорее всего, устал и менее послушный). Получите мнение родителей о наилучшем времени для назначения МРТ для их ребёнка. Например, некоторые дети лучше всего показывают себя рано утром, другие — сонные утром и лучше — днём.
Отправьте родителям напоминание за несколько дней до сессии, требуя подтверждения, что они всё ещё могут присутствовать на сессии. Включите все требования к предстоящему визиту. Например, попросите родителей одеть ребёнка в удобную, свободную от металла одежду, такую как хлопковая футболка и спортивные штаны.
Имейте на месте запасную одежду с MR-безопасной на случай, если ребёнок придёт в одежде, не защищённой для MR.

figure-protocol-1
Рисунок 1: Материалы для набора, обучения и вознаграждения участников. (A) Видео МРТ для отправки семьям перед визитом в исследование. В нём должно быть указано, чего ожидать от момента входа семьи в центр нейровизуализации до момента их ухода. (B) Игровой туннель, используемый для того, чтобы дать участникам опыт неподвижного положения в условиях, подобных МРТ. (C) Призы участников, использующих свои образы мозга, включают плюшевого мишку в футболке с выглаженным изображением мозга ребёнка, а также футболку, которую ребёнок может носить самостоятельно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

3. Подготовка перед сканированием

На визите должны быть как минимум два сотрудника лаборатории с опытом работы с детьми — один сотрудник, который будет работать с участником во время пробной сессии, а также управлять подготовкой МРТ-комнаты во время сканирования, и один сотрудник, который будет выступать помощником (так называемым «спутником по сканированию»), который останется в комнате с ребёнком во время самого сканирования.
Избегайте перегрузки семьи из-за размера исследовательской команды. Держите команду небольшой и знакомьте участников по одному.
Пусть один из членов команды поприветствует семью и проводит их в учебный кабинет, а затем представляет дополнительный персонал при необходимости, например, представляет оператора MR при входе в сканер.
ПРИМЕЧАНИЕ: В некоторых центрах нейровизуализации есть собственные операторы/техники по МРТ, которые проводят сканирование, а в других местах исследовательская группа обучает сотрудников. Если центр не предоставит оператора, тогда создайте дополнительного исследовательского сотрудника, который сможет управлять сканером для трёх сотрудников.
Перед входом в саму сканерную комнату проведите пробную МРТ-сессию, на которой ребёнку показывают, что от него попросят сделать на самом сканировании, например, тренироваться лежать неподвижно, слыша звуки, похожие на те, что издаёт сканер.
ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые нейровизуализированные центры могут не иметь отдельного учебного кабинета с репликой, но те же принципы можно применить с небольшой креативностью. Например, воссоздайте макет МРТ, позволив ребёнку лежать в тканевом игровом туннеле (см. рисунок 1B), воспроизводя звуки сканеров на мобильном телефоне на полной громкости. Однако некоторые исследования показывают, что учебные сессии сканеров не являются обязательными для успешного сканирования маленьких ^{детей,17,18}, поэтому решите использовать этот метод. Следует отметить, что пробное сканирование требует дополнительного времени, что может стать обременительным. Кроме того, если провести его в тот же день, что и основное сканирование, дети могут уставать, голодать, капризничать, а семьи — раздражаться. Поэтому решение о применении этого метода зависит от усмотрения исследователя. Текущий протокол охватывает этапы пробной сессии, в соответствии с исследованиями, представленными в разделе «Результаты».
Обеспечьте много строительных лесов для подготовки детей к МРТ. Начните с подготовки их к тому, чтобы они лежали неподвижно в узком пространстве, используя что-то более знакомое и удобное для детей, например, тканевой игровой туннель (см. рисунок 1B).
Введите набор учебных сканеров и позвольте ребёнку исследовать пространство на своих условиях.
Оформите пространство так, чтобы она соответствовала детской тематике (например, открытое пространство, показано на рисунке 2), чтобы ребёнок чувствовал себя комфортно при входе и установил контакт, обсуждая некоторые аспекты комнаты (например, спросите ребёнка: «Какая фотография космического корабля на стене вам больше всего нравится?»).
Используйте пробное обучение МРТ как возможность подготовить ребёнка ко всем аспектам реального сканирования (см. рисунок 2A, B). Создайте книгу для мозговой камеры, в которой подробно описаны шаги, которые они будут выполнять во время фотографий мозга, с помощью наглядных пособий, демонстрирующих каждый шаг (рисунок 2C-F).
Пусть ребёнок слушает заранее записанные звуки сканера, имитирующие те, что он услышит во время самого сканирования, чтобы ещё одна возможность укрепить свой опыт.
Начните с того, что ребёнок слушает звуки, стоя в комнате, и попросите его определить то, что напоминает ему о звуке. Например, одна из сцен часто напоминает детям звонящий телефон, будильник или пожарную машину. Сопоставьте эти незнакомые звуки с более знакомыми, чтобы уменьшить тревогу при слышании звуков в самом сканере.
Имейте возможность для ребёнка смотреть фильм во время структурных сканирований, так как это увеличивает его вовлечённость и, соответственно, снижает движение для этих сканирований. Во время пробной сессии попросите ребёнка выбрать фильм, который он будет смотреть, для структурных сканирований из заранее определённого, возрастного варианта.
ПРИМЕЧАНИЕ: Предлагайте фильмы, которые будут привлекать внимание ребёнка, но не слишком комичны и не включают пение. Комические фильмы вызывают смех, а фильмы с пением побуждают ребёнка подпевать, что вызывает движение. Получите мнение родителей о фильме, так как у них могут быть дополнительные знания о фильмах, которые особенно смешны для ребёнка или, с другой стороны, могут быть пугающими и вызывать стресс.
Пусть ребёнок практикуется лежать неподвижно на учебной МРТ-койке, смотря фильм с звуками сканера.
Напомните ребёнку, что он должен быть неподвижным, как статуя, но мягким, как его любимая мягкая игрушка (как показано в книге с камерой мозга, рисунок 2F). Делайте это столько же времени, сколько и одна из реальных последовательностей МРТ (например, около 4-5 минут для анатомической последовательности с Т1).
Обратную связь с ребёнком по поводу движения и внимания в это время. Продолжайте эту практику, пока ребёнок не сможет оставаться неподвижным две минуты подряд.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если ребёнок кивает или делает какой-то жест, отвечая на вопросы, подскажите ему ответить устно и сообщите, что ему нужно сделать это и для настоящей камеры мозга. Это важно для уменьшения движения головы во время сканирования. Включите этот запрос в вопросы к ребёнку (например, «Скажите "да", если вы готовы двигаться дальше, или скажите "нет"»). Обратите внимание на другие типичные движения или склонности к определённым способам движения ребёнка, например, подтягивание коленей, движение рук к потолку зеркала/сканера, и используйте это для корректировки инструкций и подхода во время сканирования (см. Дополнительную таблицу 1 для параметров сканирования для каждой последовательности).
Толкните макетную МРТ-платформу, чтобы переместить ребёнка в пробный сканер, имитируя опыт реального МРТ.
Повторите прогресс в разделах 3.12-3.14: воспроизведение фильма, шум сканера и мониторинг движения. Продолжайте эту практику, пока ребёнок не останется неподвижным во время одного из снимков без движения (около 5 минут), при этом учитывая общую продолжительность визита и способность ребёнка продолжать.
1. Если ребёнок особенно тревожен, предложите родителю или исследователю сначала продемонстрировать неподвижное лежание в сканере. Часто детям-участникам полезно видеть, что другие готовы выполнять то, что от них требуется.
2. Предложите ребёнку выбрать мягкую игрушку из ряда мягких игрушек, безопасных для МРТ, чтобы взять их с собой на сканер.
3. Спросите ребёнка: «Хотите привести друга в комнату с мозговой камерой?» Если они ответят «да», покажите им варианты и пусть выберет один. Если они откажутся, продолжайте, не выбирая мягкую игрушку.
Перед тем как перейти в саму комнату сканера, попросите родителя подтвердить информацию в анкете, сделать короткий перекус (минимизировать употребление жидкости) и убедиться, что ребёнок пользуется туалетом.
Убедитесь, что семья оставляет все вещи (например, телефоны, сумки, часы, украшения) в шкафчике у комнаты управления и сканера, чтобы минимизировать отвлекающие факторы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Попросите родителя заполнить форму для МРТ-скрининга как для своего ребёнка, так и для себя (если центр нейровизуализации разрешает родителям заходить в кабинет сканера) перед назначением визита, чтобы убедиться, что ребёнок имеет право на проход. Затем повторный скрининг участника и родителя/опекуна в день сканирования. Даже если родитель не собирается оставаться в комнате с ребёнком во время сканирования, это даст большую гибкость во время сканирования, если ребёнок испытывает стресс в сканере, и родителю разрешено войти, чтобы его утешить. Если родитель не безопасен с МР, он должен полностью понимать все связанные с этим ограничения.
Предоставьте призы на тему мозга, такие как футболка с изображением собственного мозга ребёнка или небольшой 3D-распечаток мозга ребёнка для дополнительной мотивации (см. рисунок 1C). Сообщите ребёнку об этом призе перед сканированием и сообщите, что если он неподвижен, фотографии для его призового получат лучше.
ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя эти призы можно получить прямо на сессии (например, сделать футболки с мозгом с помощью аппликаций, прикреплённых утюгом), время не всегда подходит. Если эти призы не могут быть выданы в день сессии МРТ, имейте подарок, который ребёнок сможет взять с собой в конце сессии, например, плюшевого мишку или книжку с наклеек.

figure-protocol-2
Рисунок 2: Оборудование и учебные материалы для учебного сканера. (A) Два примера макета МРТ, где ребёнок получает больше практики для настоящего сканирования и находится в пространстве, более похожем на реальный сканер (в отличие от игрового туннеля на рисунке 1B). Использование космической или подводной тематики делает имитационное пространство менее пугающим и позволяет исследователям представить визит МРТ как приключение. (B) Используйте пробное пространство для практики всех шагов настоящего сканирования: надеть наушники, лечь на кровать сканера и надеть супергеройский шлем. (C) Яркая обложка с детскими изображениями. (D) Подключение камеры мозга к понятиям, с которыми ребёнку уже знакомы, например, с обычной камерой, может повысить его комфорт с камерой и подчеркнуть важность таких понятий, как сидеть на месте, чтобы избежать размытых фотографий, что характерно как для обычных, так и для снимков мозга. (E) Предоставление фотографий других детей, проходящих процесс сканирования, включая отработку поз для проверки металла с помощью палочки и надевания наушников. (F) Простые команды участникам, такие как «still», «soft» и «super-duper», позже могут кратко напоминать о том, что делать во время сессии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

4. Во время сканирования

Подготовьте работу до того, как ребёнок войдёт в комнату (идеально выполнить эти задачи до его прихода в комнату сканера, чтобы сосредоточиться на комфорте ребёнка).
1. Убедитесь, что выбранный ребёнком фильм и все необходимые файлы задач подготовлены, прежде чем проверять визуальные настройки и аудио.
2. Откройте экран, чтобы проверить, когда ребёнок находится в сканере. Это может быть просто слайд PowerPoint с детскими изображениями вдоль границ (см. рисунок 3).
3. Если ребёнок может назвать все изображения на экране, находясь в сканере, не двигая головой, он сможет видеть весь экран. Если они пропустят некоторые изображения, тогда отрегулируйте зеркало и снова спросите, что они могут увидеть. Повторяйте этот процесс, пока не дадут имя всем изображениям.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Если возможно, украсьте сам сканер декалями или тематическими листами, так как это делает сканирование менее пугающим и более детским.
4. Проверьте уровень громкости наушников, чтобы убедиться, что звук не слишком тихий и не слишком громкий.
5. Поставьте защиту для ушей, которая будет использоваться для ребёнка, и любые накладки для головы.
6. Если вы используете программное обеспечение для мониторинга движения, обязательно настройте параметры заранее. При использовании Framewise Integrative Real-Time MRI Monitoring (FIRMM) установите следующие настройки: порог движения fMRI: 0,3 мм, порог движения T1/T2: 0,5 мм, размер мозга: по умолчанию.
Вход в сканер с ребёнком
1. Оказавшись в диспетчерской, представьте ребёнка оператору МРТ и скажите, что это друг, который поможет сделать снимки мозга.
2. Используйте портативный металлоискатель, чтобы убедиться, что у родителя/опекуна и ребёнка нет металла. Если у родителя/опекуна или ребёнка одежда с карманами, попросите их проверить и убедиться, что карманы пусты.
3. Попросите ребёнка встать прямо, «как карандаш», с руками по бокам и вместе, с ногами вместе. Проведите ручной металлоискатель вдоль передней части тела ребёнка от ног до макушки, а затем по спине.
4. Попросите ребёнка раскинуть руки «как морская звезда». Проведите металлоискатель вдоль одной ноги, вверх по ребёнку, под мышкой, вдоль верхней части руки, вверх по голове, а затем вниз по противоположной стороне, следуя тому же пути.
5. Если металлоискатель подает сигнал, проверьте металл, уберите предмет и повторно проверьте ребёнка.
6. Повторите процесс в разделах 4.2.3-4.2.5 для родителя/опекуна.
7. Оказавшись в кабинете сканера, дайте ребёнку возможность исследовать пространство сканера или задать вопросы о аппарате, прежде чем направить его сесть на кровать сканера.
8. Имейте табурет, чтобы они могли забираться на кровать, чтобы повысить контроль и автономию.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Если ребёнок особенно тревожен, попробуйте включить детскую музыку в комнате сканера, чтобы заглушить «свистящий» звук сканера.
9. Когда дети сидят на кровати, покажите им экран в задней части МРТ, где они будут смотреть свой фильм, и напомните, что они будут смотреть фильм через зеркало.
10. Перед тем как надевать защитную защиту для ушей, дайте им почувствовать её своими руками и объясните, что это поможет убедиться, что «шум камеры» не мешает им во время просмотра фильма или игры.
11. Когда защитная защита будет установлена, наденьте наушники на голову ребёнка и положите его в катушку головки. Переставьте ребёнка так, чтобы он лежал удобно, а голова выпрямилась.
12. Используйте мягкую поролоновую подкладку, чтобы укрепить голову ребёнка в головной спираль, и объясните, что это подушки, чтобы сделать их комфортнее, и что они должны быть «уютными и уютными, но не слишком тесными». Дайте им сжать подушечки перед установкой.
13. Устраните любое негативное пространство между головой ребёнка и головной спирали, чтобы предотвратить большие движения головы во время сканирования. Когда прокладки будут на месте, спросите ребёнка: «Это удобно и удобно, но не слишком туго?» Регулируйте прокладки по необходимости, пока ребёнок не подтвердится.
14. Включайте часть фильма ребёнка в наушниках, чтобы не было слишком тихо или громко для ребёнка.
15. Положите свернутое полотенце под колени ребёнка, чтобы повысить его комфорт и снизить вероятность того, что он будет двигать или скрещивать ноги, что может привести к образованию проводящих петель.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Для детей, которые склонны двигать ногами, используйте утяжелённое одеяло, безопасное для MR, чтобы уменьшить подвижность. Если ребёнок выбирает мягкую игрушку для МРТ (см. раздел 3.16.2), передайте ему плюшевую игрушку и убедитесь, что он устроится в удобном положении. Напомните им не двигать её во время сканирования. Чтобы обеспечить тактильную обратную связь движения во время сканирования, наклейте медицинскую ленту с одного конца основания катушки головы на другой через лоб ребёнка, так как было показано, что это снижает движение головы во время^{сканирования 19}.
16. Далее скажите ребёнку, что он собирается получить космический или супергеройский шлем, который нужно сделать для фотографии мозга, и надеть головную спираль.
17. Когда головная спираль установлена, скажите ребёнку, что «кровать с мозговой камерой» будет поднята.
18. Когда стол сканера будет в домашнем положении, включите зеркало и настройте его так, чтобы ребёнок мог видеть весь экран с помощью проверки экрана (см. рисунок 4). Спросите ребёнка, какие животные или цвета он видит на экране, и убедитесь, что он назвал все изображения.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Маленькие дети могут не понимать, что подразумевается, когда их спрашивают, могут ли они видеть полный экран, поэтому этот шаг необходим, чтобы ребенок мог увидеть весь экран во время сканирования.
19. Перед тем, как посадить ребёнка в сканер, спросите, есть ли у него последние вопросы, убедитесь, что ему удобно, и напомните ему не скрещивать руки и ноги.
20. Напомните ребёнку, что сотрудник по исследованию останется с ним в комнате на протяжении всего сканирования, и он будет проверять его между каждой «фотографией». Также напомните им отвечать словами, а не кивать головой.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Очень важно всегда иметь что-то на экране, чтобы ребёнок мог смотреть с момента включения в сканер и постоянно общаться с ним через наушники между эпизодами. Это уменьшит движение, так как дети начинают нервничать, когда ничего не видят в сканере и не знают, что произойдёт дальше.
Роль помощника (спутника сканирования) в комнате сканера
1. Держитесь близко к каналу сканера и следите за движением и бдительностью во время сканирования. Избегайте нерегулярного физического контакта с ребёнком во время сканирования, если только он не испытывает стресса, так как это часто заставляет его смотреть вниз, что приводит к движению головой.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Эффективность физического контакта в предотвращении движения сильно варьируется у разных детей, но подход «всё или ничего» хорошо работает. Для детей, которые хорошо себя чувствуют на сканере или двигаются при физическом контакте, не обеспечивайте никакого физического контакта во время сканирования. Для детей, которые испытывают тревогу в сканере и склонны двигаться, если их не успокоить, сохраняйте постоянное давление в виде руки на лодыжке или предплечья через обе лодыжки. При необходимости напарник по сканированию может также наклониться к отверстию и положить руку на живот ребёнка на время сканирования.
2. После начала сканирования избегайте чрезмерного перемещения в диаметре, чтобы ограничить неоднородность магнитного поля, что может привести к появлению артефактов изображения.
3. Помогайте в переходе между последовательностями, позволяя исследователю в контрольной комнате или оператору говорить с ребёнком в особенно длительных настройках, что напоминает ребёнку, что он не один в комнате сканера, и снизит его тревожность. Избегайте разговора с ребёнком по сканированию, если это не необходимо, так как это может заставить ребёнка опустить взгляд, что сместит его голову.
4. Сообщайте ребёнку информацию ближе к моменту, когда она важна, и небольшими порциями, чтобы не перегружать его. Например, скажите ребёнку: «Сейчас мы настраиваем вашу игру/фильм. Мы сообщим вам прямо перед началом», пока исследователи готовят функциональное сканирование. Затем, после настройки, дайте инструкции по игре/фильму и напомните им оставаться неподвижными прямо перед началом сканирования.
5. Будьте открыты к потребностям ребёнка. Например, если во время обследования они становятся холодными, накройте их одеялом, а если станет жарко — уберите одеяло.
6. Дайте сигнал исследователям в контрольной, стоит ли прекратить сканирование (например, ребёнок хочет выбраться, ребёнок сдвинул зеркало на катушке головки). Убедитесь, что сигналы поняты и согласованы всеми сотрудниками.
7. Убедитесь, что ребёнок бодрствует и обращает внимание на экран для выполнения рабочих задач.
Диспетчерская
1. Поговорите с ребёнком через наушники и сообщите ему, что скоро начнётся первое изображение мозга, и он начнёт слышать «звуки мозговой камеры». Напомните им оставаться неподвижными, мягкими и изо всех сил следовать инструкциям (см. рисунок 2F). Если эта первая последовательность — структурное сканирование (последовательность, предоставляющая статическую анатомическую информацию), пусть ребёнок показывает заранее выбранный фильм.
2. Структурные сканирования: включите фильм ребёнка и начните сканирование. Проверьте качество сканирования после его завершения, чтобы определить, нужно ли его повторять.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Если ребёнок вовлечён во время фильма и неподвижен, подумайте о прохождении нескольких структурных сцен без проверки. Это может уменьшить движение головы и уменьшить тревожность ребёнка.
3. Функциональные сканирования: Для функциональных сканирований на основе задач загрузите задачу и предоставляйте ребёнку любые инструкции через наушники. Напомните им оставаться неподвижными, пока они выполняют задание.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Разговаривайте с ребёнком во время загрузки задачи, чтобы он оставался вовлечённым и спокойным, так как простой во время подготовки может привести к скуке и/или^{тревоге 7}. Если ребёнка оставить хотя бы на несколько секунд без разговора, он, скорее всего, двинется и/или попросит завершить сканирование. Обращайте внимание на распространённые проблемы, такие как ребёнок засыпает во время задания, говорит во время выполнения (что вызывает движение), ребёнок просит одеяло в середине сканирования или снять одеяло посередине, у ребёнка зуд и движение, когда ребёнок смотрит на исследователя в комнате вместо экрана во время задания, и когда ребёнок поднимает и двигает зеркало во время сканирования, что может повлиять на то, сколько экрана он видит. Ответы кнопками невероятно сложно получить от маленьких детей, не вызывая движения. Рассмотрите возможность использования простых вербальных ответов с редким сканированием или реакциями движения^{глаз 20,21}.
4. Будьте максимально гибкими при корректировке порядка сканирования.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Например, возможно, лучше начать с последовательностей, основанных на заданиях, чтобы маленькие дети могли воспользоваться их более активной вовлечённостью в начале сессии сканирования. Однако, если ребёнок особенно тревожен, лучше начать с анатомического обследования, чтобы он мог посмотреть фильм по своему выбору.
5. Имейте в виду, что данные о задаче и отдыхе могут быть непригодны для использования, если не получить пригодное сканирование конструкции. Найдите баланс между вниманием к конкретным потребностям ребёнка и приоритетом самых важных последовательностей для исследования, так как они могут не рассчитывать по мере продолжения сессии.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Если какая-то последовательность или задача не запускается и требует устранения неполадок, включите короткометражку Pixar или другой короткий анимированный клип, чтобы ребёнок оставался неподвижным и вовлечённым. Сообщайте ребёнку о любых изменениях через наушники, чтобы он знал, чего ожидать. Например, если при устранении неполадок функциональная задача сказано: «У нас возникли трудности с запуском вашей игры, поэтому мы включим короткий фильм перед повторной попыткой.»
6. Для последовательностей, где доступен мониторинг движения с помощью программного обеспечения, убедитесь, что движение ребёнка соответствует заранее определённому порогу допустимого движения. Для последовательностей, где это неэффективно, используйте визуальный осмотр, чтобы определить, следует ли повторять последовательность (например, чёткость изображения, признаки полос/полос, артефакты).
7. Имейте под рукой руководство по оценке качества, чтобы определить, стоит ли повторять последовательность.
8. Чётко документируйте порядок сканирования, количество запусков для каждой последовательности и любые отклонения протокола во время сессии, так как их следует учитывать при анализе данных.
После сканирования
1. Когда финальная последовательность завершится, скажите ребёнку в наушниках, что всё готово, и оператор зайдёт, чтобы вывести их. Напомните им оставаться неподвижными, пока оператор не выпустит их.
2. Попросите напарника по сканированию помочь убедиться, что ребёнок остаётся в сканере до подходящего времени.
3. Дайте ребёнку положительную обратную связь, скажите, что он хорошо справился, и поблагодарите за усилия!
4. Если разрешено, покажите изображение мозга ребёнка, чтобы он увидел его после выхода из сканера, и подарите ребёнку небольшой приз или подарок.

figure-protocol-3
Рисунок 3: Пример проверки экрана после настройки ребёнка в сканере .Попросите назвать всех животных и цветов, которые они видят. Если они могут назвать всех животных и цвета, то смогут увидеть весь экран. Если не получится, перенастройте зеркало и спросите снова, пока не дадут имена всем животным и цветам. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Результаты

Показатели успешности сканирования
Использование описанных выше процедур приводит к успешному получению МРТ у маленьких детей. Следующие результаты получены на основе пост-хок анализа четырёх образцов нейровизуализации из одной лаборатории с участниками возрастом от 3 до 8 лет (N = 344). Кроме того, три из этих исследований (исследования 1, 2 и 4) включали продольный компонент, в котором участников возвращали с интервалом в 6 месяцев или 1 год. Исследование 1^{завершено с 22} ^и ²³ годами, исследование 2 находится на стадии анализа данных, а сбор данных для исследований 3 и 4 продолжается. Обратите внимание, что по всем показателям и таблицам показатели успеха рассчитываются по количеству семей, пришедших на сканирование. Таким образом, эти цифры не отражают семьи, отказавшиеся от участия в МРТ или не пришедшие на приём. Исследования 1 и 2 обычно начинались с просмотра^{Inscapes 24} (7-минутного абстрактного и безязыкового фильма, предназначенного для удержания внимания детей, не слишком напряжённого с точки зрения умственных умств), за которым следовал фильм на их выбор. Исследование 3 обычно начиналось с задания, за которым следовал фильм по выбору, а четвёртое исследование обычно начиналось с выбора фильма ребёнка, за которым следовал фильм «Частично^{облачно 25}». Рисунок 4 суммирует успех сканирования среди участников и временных точек, определяя успех как получение хотя бы одного полезного (то есть включенного в последующие анализы) сканирования. Цель этого рисунка — подчеркнуть общую эффективность этого протокола в получении данных нейровизуализации у маленьких детей. Показатели успеха, специфичные для последовательностей, включая различие между структурным и функциональным сканированием, подробно описаны в таблице 1, 2 и 3. В целом, большинство участников внесли полезные данные, при этом большинство непригодных сессий были сосредоточены на самых молодых участниках.

figure-results-1
Рисунок 4: Возрастное распределение и лонгитюдные сеансы МРТ по четырём исследованиям. Каждая панель представляет одно исследование (Исследование 1-4). Отдельные точки обозначают сеансы МРТ для каждого участника, отображаемые по временной точке (ось x) и возрасту (ось y). Цвета обозначают тип сессии: зелёный = как минимум одно пригодное сканирование получено, красный = полученные данные низкого качества сканирования, серый = не получены пригодные данные сканирования. Чёрные горизонтальные линии соединяют сессии одного и того же участника, иллюстрируя продольный сбор данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Таблица 1 показывает показатели успешности структурного сканирования (не менее одного полезного сканирования) на первом времени участников и последующих временных точках по возрастным группам. В первый период успеха показатели были в целом высокими, хотя самые низкие — в самой молодой группе (87% в возрасте 3-4 лет). В отличие от этого, все участники от 5 лет и старше успешно прошли своё первое структурное сканирование. В последующие периоды уровень успеха у самой молодой возрастной группы немного снизился (83%), а также у 5-6-летней группы (с 100% до 91%). Эти результаты частично могут отражать шум, так как в последующие временные точки (n = 18) было меньше детей 3-4 лет, чем в первой (n = 98), и меньше 5-6-летних в первую точку времени (n = 39), чем в последующих (n = 83). Тем не менее, на это могут повлиять и несколько факторов. Младшие дети часто улучшаются с возрастом, но если этого не происходит, они могут не сохранять чёткое воспоминание о первой сессии сканирования и поэтому подходить к последующим сессиям с повышенной тревожностью. Успеваемость старших детей часто остаётся стабильной, но снижение может отражать воспоминания о прошлых трудностях и, как следствие, снижение послушания. В качестве альтернативы, худшая работа может отражать повышение комфорта в сканере, из-за чего дети меньше беспокоятся о том, чтобы оставаться на месте. Однако, поскольку это исследование не измеряло субъективный опыт детей от предыдущих сессий сканирования, эти интерпретации остаются предположительными.

	3–4 года	4–5 лет	5–6 лет	6–7 лет	7–8 лет	8–9 лет	Total
Временная точка 1
# запланированных визитов	98	105	39	42	30	30	344
# О детях, которые попали в сканер	89	99	39	42	30	30	329
# детей, которые слишком боятся войти в сканер	9	7	0	0	0	0	16
# успешных структурных сканирований	77	94	39	42	30	30	312
% успешных структурных сканирований	87%	95%	100%	100%	100%	100%	95%
Последующие временные точки
# запланированных визитов	18	52	82	47	33	34	266
# О детях, которые попали в сканер	18	48	82	47	33	34	262
# детей, которые слишком боятся войти в сканер	0	4	0	0	0	0	4
# успешных структурных сканирований	15	46	75	47	32	34	249
% успешных структурных сканирований	83%	96%	91%	100%	97%	100%	95%

Таблица 1: Первый и последующие временные точки Завершение структурного сканирования и успех по возрастной группе. В таблице показано количество запланированных визитов, количество детей, вошедших в сканер, число отказавшихся из-за страха и количество успешных структурных сканирований. Проценты отражают долю успешных сканирований относительно количества детей, попавших в сканер.

Исследования 1 и 2 также включали функциональную беззадачную последовательность состояний покоя с использованием Inscapes — абстрактного и безязыкового фильма, предназначенного для удержания внимания детей, при этом не слишком требовательного когнитивного^{значения 24}. Таблица 2 показывает показатели успеха для первого таймпоинта участников, когда выполнялась эта задача, и их последующих временных точек. Во всех возрастных группах успешность этого сканирования на первом этапе были ниже, чем у структурного сканирования. Более того, шесть лет, по-видимому, служили переломным моментом для успешности: дети младше шести лет показывают схожие низкие показатели успеха (средний процент успеха = 58%), а дети в возрасте шести лет и старше — значительно лучше (средний процент успеха = 82%). В последующие периоды результаты в группах трёх- до шестилетних улучшились (средний процент успеха = 65%), тогда как в группах от шести до девяти лет остались более стабильными (85%).

	3–4 года	4–5 лет	5–6 лет	6–7 лет	7–8 лет	8–9 лет	Total
Временная точка 1
# запланированных визитов	27	73	33	42	30	30	235
# О детях, которые попали в сканер	25	70	33	42	30	30	230
# детей, которые слишком боятся войти в сканер	2	3	0	0	0	0	5
# детей, которые пытались пройти «беззадачную» последовательность	24	70	33	41	30	30	228
# успешных «беззадачных» функциональных сканирований (≤цензурная доля 0,3 мм — 0,3 мм)	14	43	18	34	24	25	158
% успешных «беззадачных» функциональных сканирований (≤цензурная доля 0,3 мм)	58%	61%	55%	83%	80%	83%	69%
*Последующие временные точки*
# запланированных визитов	2	26	69	46	33	34	210
# О детях, которые попали в сканер	2	26	68	46	33	34	209
# детей, которые слишком боятся войти в сканер	0	0	1	0	0	0	1
# детей, которые пытались пройти «беззадачную» последовательность	2	26	66	44	33	33	204
# успешных «беззадачных» функциональных сканирований (≤цензурная доля 0,3 мм — 0,3 мм)	2	10	39	36	26	31	144
% успешных «беззадачных» функциональных сканирований (≤цензурная доля 0,3 мм)	100%	38%	59%	82%	79%	94%	71%

Таблица 2: Первое и последующие временные точки «без задач» функционального сканирования и показатели успешности по возрастным группам. В таблице показано количество запланированных визитов, количество детей, вошедших в сканер, количество отказавшихся из-за страха и количество успешных «беззадачных» функциональных сканирований. Успех определялся как цензурная доля ≤0,2 на 0,3 мм. Проценты отражают долю успешных сканирований относительно количества детей, которые попытались это сделать.

Исследования 1 и 3 включали функциональные сканирования, основанные на заданиях. В первом исследовании участники закодировали серию пар объект-символ в точке времени 1, а в третьем исследовании пассивно просматривали изображения объектов, закодированных вне сканера непосредственно перед сеансом сканирования. Неудивительно, что успех этой задачи был ниже, чем успешность структурного сканирования. Вероятно, это связано с тем, что задачи, которые не имели звука и состояли из статичных изображений, представленных одно за другим, были менее увлекательными, чем фильм, выбранный ребёнком для структурного сканирования.

	3–4 года	4–5 лет	5–6 лет	6–7 лет	7–8 лет	8–9 лет	Total
# запланированных визитов	15	62	35	42	30	30	214
# О детях, которые попали в сканер	13	60	35	42	30	30	210
# детей, которые слишком боятся войти в сканер	2	2	0	0	0	0	4
# детей, которые пытались выполнить последовательность заданий	12	17	11	20	23	13	96
# успешных функциональных сканирований на основе задач (≤0,2 цензорной доли при 0,3 мм)	7	9	6	14	13	10	59
процент успешных функциональных сканирований на основе задач (≤цензорная доля 0,3 мм)	58%	53%	55%	70%	57%	77%	61%

Таблица 3: Выполнение функционального сканирования и успех по возрастным группам по возрастной группе в «задаче» первого временного момента. В таблице показано количество запланированных визитов, количество детей, вошедших в сканер, количество отказавшихся из-за страха и количество успешных «беззадачных» функциональных сканирований. Успех определялся как цензурная доля ≤0,2 на 0,3 мм. Проценты отражают долю успешных сканирований относительно количества детей, которые попытались это сделать.

Эти результаты подчёркивают существующие проблемы, связанные с функциональной МРТ с задачей у маленьких детей. Исследование 4 пыталось решить эту проблему, используя пассивную парадигму просмотра фильмов, при которой дети в возрасте от 3 до 5 лет смотрели анимационный короткометражный фильм Pixar «Частично облачно» в сканере и отвечали на вопросы, связанные с памятью после сеанса сканирования. Из 61 ребёнка в первый момент времени 50 (82%) предоставили полезные данные. Сбор данных для этого исследования продолжается, но из 64 точек данных участников из последующих периодов 56 (88%) были успешными. Эти показатели успеха значительно выше, чем у этой возрастной группы при использовании беззадачного сканирования состояния покоя и блоков на основе стоковых изображений. Эти результаты иллюстрируют важность соответствующих для развития и ориентированных на детей задач для успешных сессий сканирования.

Время подготовки сканирования и сбора данных
Рисунок 5 иллюстрирует среднее время, необходимое для установки участников в сканер (измеряемое с момента их прибытия в контрольную), а также среднее время, проведённое ими в сканере. Время подготовки было довольно равномерным для разных исследований и возрастных групп, обычно от 10 до 20 минут. Однако общее время в сканере показало более специфичные для исследования закономерности. В исследованиях 1 и 2 дети оставались в сканере одинаковое время, независимо от возраста. Однако в исследовании 3 младшие дети, по-видимому, проводили меньше времени в сканере, чем старшие, что, вероятно, отражало возрастное повышение толерантности к сканирующей среде и конкретным требованиям к выполнению задач. Примечательно, что исследование 3 включало функциональную задачу блочного проектирования со статичными изображениями — особенно сложную парадигму для маленьких детей. Исследование 4 показало противоположную закономерность: младшие дети обычно дольше оставались в сканере, чем старшие. Это может отражать большую эффективность сканирования старших детей, которые с большей вероятностью предоставят полезные данные с первой попытки. Например, в исследовании 4 было проведено высокоразрешающее структурное сканирование гиппокампа, высокочувствительное к движению; Младшим детям часто требовалось несколько запусков, чтобы получить пригодный набор данных.

figure-results-2
Рисунок 5: Время подготовки и сканирования по возрастным группам. Каждая панель представляет собой одно исследование (исследование 1-4), при этом среднее время (± SD) отображается для разных возрастных диапазонов. Зелёные полосы показывают время от входа в контрольную до настройки в сканере, а фиолетовые — общее время в сканере. В названиях указана продолжительность протокола сканирования для каждого исследования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5 иллюстрирует два важных момента о том, как время влияет на успех сканирования. Во-первых, время установки включает все этапы, описанные выше в разделе 3.2 протокола. Этот раздел, больше всего в протоколе, подчёркивает важность терпения. Выделение этого дополнительного времени для изучения среды сканера значительно способствовало высоким показателям успеха, представленным в таблице 1, 2 и 3. Поэтому исследователям стоит ожидать выделения примерно на 15-20 минут, чтобы подготовить ребёнка к сканированию, что может отличаться от ожидаемого при сканировании младенцев, старших детей и взрослых. Во-вторых, хотя протоколы сканирования в этом возрасте обычно занимают около 30 минут, сбор данных занимает примерно вдвое больше времени. Как указано в протоколе, это, скорее всего, связано с повторным запуском непригодных сканирований до достижения нужного порога движения/качества и/или перерывами между обследованиями, чтобы обеспечить комфорт ребёнка.

Дополнительная таблица 1: Параметры сканирования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Обсуждение

С момента внедрения МРТ в исследовательских учреждениях оно значительно продвинуло понимание мозга у школьников, подростков и взрослых. Представленные данные показывают, что с помощью протоколов, ориентированных на детей, можно преодолеть многие препятствия для сканирования младших детей. Подготовка — ключевой фактор: предоставление родителям подходящих для детей материалов для МРТ, проведение длительной сессии с пробным сканером, ответы на вопросы как родителей, так и детей, а также установление взаимопонимания и доверия значительно увеличивают шансы на успех.

Однако даже при тщательной подготовке гибкость на всех этапах протокола крайне важна. Хотя этот протокол описывает основные этапы подготовки детей к сессиям структурного и функционального сканирования, эти шаги редко происходят в одинаковом порядке или в одинаковом порядке у всех участников. Например, особенно тревожному ребёнку может быть полезно сначала увидеть, как научного ассистента помещают в сканер, или начать с структурных сканов в сочетании с любимым фильмом, прежде чем попробовать более сложные сканирования с задачей или пассивным просмотром фильмов. В отличие от этого, дети с менее развитым контролем внимания могут получить пользу, если начать с сканирования, основанных на задачах, используя способность сосредоточиться на ранних этапах сессии. Некоторые дети сидят неподвижно без физического контакта, а некоторые требуют постоянного физического контакта во время сканирования. Кроме того, некоторые дети будут лучше справляться, если их родитель активно участвует во всех этапах, а некоторые — если родитель будет менее активен. Поэтому крайне важно узнать как можно больше о конкретном ребёнке до и во время сеанса сканирования, чтобы адаптировать опыт под его потребности. Такая гибкость помогает максимизировать шансы получить полезные данные, при этом учитывая уровень комфорта каждого ребёнка. Эти соображения особенно актуальны в эпоху многоуровневых когортных исследований и совместных наборов данных по нейровизуализации развития. Исследователи, анализирующие эти данные, могут не иметь прямого опыта сбора данных МРТ у маленьких детей и, следовательно, не знать о ключевых факторах, влияющих на качество данных. Например, отражает ли конкретное сканирование первую или позднюю попытку после предыдущих неудач, а также то, как порядок изучения и принятие решений во время сессии различались у разных участников, имеет важное значение для последующих анализов, поскольку дети могут по-разному воспринимать стимулы при повторном^{просмотре 26}. Документируя подготовку, гибкость и суждение в реальном времени для успешного сканирования маленьких детей, действующий протокол направлен на повышение прозрачности способов получения этих данных. Эта информация может помочь пользователям вторичных данных лучше интерпретировать вариативность качества данных и оценить экспертизу и усилия, необходимые для получения детской нейровизуализации.

Функциональная МРТ (фМРТ) стала особенно ценной, поскольку связывает активность мозга с определёнными когнитивными процессами, часто через выполнение заданий участниками в сканере. Однако большинство исследований fMRI сосредоточены на старших детях (8+ лет) и взрослых, поскольку сбор данных на основе задач у младших детей представляет собой значительные методологические^{сложности 27}. Для решения этой проблемы исследователи использовали «беззадачные» подходы, при которых маленькие дети пассивно смотрят абстрактные, невербальные фильмы, предназначенные для уменьшения движения без высоких когнитивных^{требований 24}. Однако такие фильмы могут не надёжно вовлекать участников в раннее детство и не позволяют целенаправленно исследовать функциональные сети, поддерживающие конкретные когнитивные процессы. Отсутствие взаимодействия вызывает значительное движение во время сканирования, что ещё больше снижает удобство использования данных.

Результаты демонстрируют как прогресс, так и оставшиеся трудности в детской нейровизуализации. Структурные сканирования, которые обычно сочетаются с фильмами, выбранными детьми, дают наивысшие показатели использования данных. Сканирование состояния покоя без задач — абстрактные фильмы без языка и повествования — дают более низкий уровень успеха, а существующая fMRI на основе задач, требующая от детей обращать внимание на статичные изображения, показывает самые низкие показатели успеха. Поэтому исследователям необходимо проявлять креативность при создании задач, которые достаточно увлекательны, чтобы поддерживать внимание маленьких детей, тем самым уменьшая движение, при этом собирая при этом достаточно данных для надёжного индексирования нейронных механизмов, лежащих в основе интересующего когнитивного^{процесса} ^28,29. Хотя это требует больше усилий, чем традиционные абстрактные, невербальные фильмы, разработка увлекательных, натуралистичных киностимулов с интересными персонажами и контекстами может быть лучшим способом повысить успех функционального сканирования и удобство использования данных в этом возрастном диапазоне. Этот подход соответствует недавним исследованиям, показывающим, что натуралистический просмотр фильмов превосходит состояние покоя в предсказании^{поведения 30}. Кроме того, парадигмы просмотра фильмов имеют преимущества по сравнению с традиционными задачами со статичными изображениями, поскольку они более близко отражают когнитивные процессы, разворачивающиеся в реальном мире. Например, кодирование информации, когда персонажи встроены в осмысленный нарратив, более близко отражает повседневное обучение, чем кодирование статичных изображений, представленных изолированно или наложенных на статичный фон. В то же время, если выделение конкретных процессов важно для исследовательского вопроса, парадигмы, основанные на задачах, могут оставаться осуществимыми, если они спроектированы так, чтобы быть соответствующими для развития, высоко вовлекательными и краткими. Например, исследования, успешно приобретённые поведенческими реакциями у детей во время традиционной задачи фМРТ, включали аудиовизуальные стимулы, которые, вероятно, помогали удерживать вовлечённость детей, несмотря на появление статичных^{изображений 31}.

Однако важно подчеркнуть, что эти результаты получены из одной лаборатории и поэтому не должны интерпретироваться как нормативные или полевые показатели успешности детской нейровизуализации. Ожидается, что удержание и удобство использования данных будут различаться в зависимости от лабораторий, протоколов и времени по мере развития методов, технологий и практик обучения. Кроме того, внутрилабораторная вариативность, вероятно, отражает не только факторы, связанные с детьми или задачей, но и растущую экспертизу команды по сбору данных, поскольку уверенность в внедрении протокола и способность принимать правильные решения в моменте с опытом улучшается. Вместо этого цель публикации этих результатов — продемонстрировать вариабельность успеха сканирования по типу последовательности и возрастной группе, чтобы привлечь внимание к областям, способствующим улучшению сбора данных в ранней детской нейровизуализации.

В данной статье представлен комплексный протокол детской нейровизуализации — от рекрутинга до сбора данных. В отличие от предыдущих протоколов, он делает акцент на подготовке перед сеансом сканирования, чтобы снизить тревогу ребёнка и родителей по поводу МРТ (то есть на этапе набора/планирования). Кроме того, этот протокол учитывает важные вопросы при сборе различных последовательностей у участников — для успешного сбора функциональных сканирований с анатомическими сканированиями необходимы различные действия. Это особенно важно, поскольку исследования показывают, что функциональные нейронные характеристики, вероятно, формируются базовыми структурными свойствами^мозга ^32,33, что указывает на то, что наблюдаемые структурные изменения в существующей литературе, вероятно, взаимодействуют с возникающими функциональными свойствами для поддержки когнитивного развития. Кроме того, исследование этих процессов в раннем детстве особенно важно, поскольку этот период развития отражает переломы для нескольких важных структур мозга и когнитивных областей. В конечном итоге улучшение протоколов детской нейровизуализации позволит продвинуть возможность отслеживания взаимосвязей мозга и поведения на протяжении развития и информировать ранние вмешательства для детей с риском нейроразвития.

Раскрытие информации

У авторов нет известных конфликтов интересов, которые можно было бы раскрыть.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальными институтами здоровья (гранты No HD079518, HD094758, HL164628, DA055316, HL164628), Национальным научным фондом (BCS 1749280) и стипендией Энн Г. Уайли. Мы хотели бы поблагодарить семьи, участвовавшие в представленных здесь исследованиях. Мы также благодарим членов Лаборатории нейрокогнитивного развития, которые внесли вклад в сбор и сбор данных, а также трём анонимным рецензентам за полезные комментарии.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
Интегративный мониторинг МРТ в реальном времени Framewise (FIRMM)	Тьюринг Медикал	https://turingmedical.com/firmm/	Программное обеспечение для мониторинга движения в реальном времени, которое может использоваться во время МРТ
Макет МРТ-сканера	MRA	https://www.mra1.com/	Немагнитная копия аппарата, которая будет принимать структурные и функциональные изображения мозга ребёнка
МРТ-сканер	Siemens	TrioTim: https://www.siemensmriequipment.com/siemens-magnetom-trio-a-tim-system-3t-mri-system/ Призма: https://www.siemens-healthineers.com/magnetic-resonance-imaging/3t-mri-scanner/magnetom-prisma	Реальный аппарат, который будет получать структурные и функциональные изображения мозга ребёнка. В текущем исследовании использовались сканеры Siemens MAGNETOM TrioTim и Siemens MAGNETOM Prisma Fit.
PigPigPen Pop-Up Toy Tunnel Tent для малышей, малышей или собак, как в помещении, так и в помещении Уличные игрушки для детей во дворе. (Красный, Жёлтый, Синий)	Игрушки QC (приобретены через Amazon)	ASIN: B08CX8CSHS https://www.amazon.com/Tunnel- Малыши-На улице-Задний двор-Игровой набор /dp/B08CX8CSHS/ref=sr_1_1_sspa ?crid=TMOEHG3ZTIQE& dib=eyJ2I joiMSJ9.KGpH71dFbEqINLzxRIF4R T40fQjmYlf97lr28PSUQNzrTA9P-d FnIV1nntEtQZvzDwa6S-XD_oQSC fq9Edygmi7-8HNvzD5ViiGcUFK8-L hnMM4Cp9a9tFjFyjSdZ9XqnbUFK8-Lbr/ hnMM4Cp9a9tFjFyjSdZ9XqnbHEiQ q5-s840MGEibn9yiBcuegF5bTDqJ nN5lUYbSGH-miQpPrVX2aOUEUB QffUCJ2jBTGCkJkZkzuzg02Kp2Kv 6Xy2-v_viwbb0NL0xrUrraeP1RBF MONLgHdUy-ytWBY2nTBz7nQ_j0ks wk8boVM_K_dBGWbpYNb3rNXea IE. MyBdkK5mhRpPkVeiVrEUfyGhd uoejLoPKY0cU5vRyVY& dib_tag=se & keywords=fabric%2Bplay%2Btun nel& qid=1766335944& sprefix=%2C APS%2C67& sr=8-1-spons& sp_csd= d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY& th=1	Цилиндрический тоннель для игры из ткани, который можно использовать для имитации переживаний в МРТ-сканее

Ссылки

Zuk, J., et al. White matter in infancy is prospectively associated with language outcomes in kindergarten. Dev Cogn Neurosci. 50, 100973(2021).
Yu, X., et al. Functional connectivity in infancy and toddlerhood predicts long-term language and preliteracy outcomes. Cereb Cortex. 32 (4), 725-736 (2021).
Ghassabian, A., et al. Infant brain structures, executive function, and attention deficit/hyperactivity problems at preschool age. A prospective study. J Child Psychol Psychiatry. 54 (1), 96-104 (2013).
Kanel, D., et al. Neonatal white matter microstructure and emotional development during the preschool years in children who were born very preterm. eNeuro. 8 (5), (2021).
Barkovich, M. J., Li, Y., Desikan, R. S., Barkovich, A. J., Xu, D. Challenges in pediatric neuroimaging. NeuroImage. 185, 793-801 (2019).
Copeland, A., et al. Infant and child MRI: A review of scanning procedures. Front Neurosci. 15, (2021).
Raschle, N. M., et al. Making MR imaging child's play - Pediatric neuroimaging protocol, guidelines and procedure. J Vis Exp. (29), e1309(2009).
Harrington, S. G., et al. Strategies to perform magnetic resonance imaging in infants and young children without sedation. Pediatr Radiol. 52 (2), 374-381 (2022).
Wellman, H. M., Carey, S., Gleitman, L., Newport, E. L., Spelke, E. S. The child's theory of mind. , The MIT Press. (1990).
Fivush, R., Hudson, J. A. Knowing and remembering young children. CUP. 8 (2), 222-223 (1990).
Ozernov-Palchik, O., Gaab, N. Tackling the 'dyslexia paradox': Reading brain and behavior for early markers of developmental dyslexia. Wiley Interdiscip Rev Cogn Sci. 7 (2), 156-176 (2016).
Spencer, R. M. C., Riggins, T. Contributions of memory and brain development to the bioregulation of naps and nap transitions in early childhood. Proc Natl Acad Sci. 119 (44), e2123415119(2022).
Ellis, C. T., et al. Re-imagining fMRI for awake behaving infants. Nat Commun. 11 (1), 4523(2020).
Olson, H. A., et al. Utilizing functional neuroimaging to study early language development. Dev Cogn Neurosci. 76, 101641(2025).
Jiménez Sánchez, L., et al. Behind the scenes: Using movies to study the human brain. Front Young Minds. 13, 1508144(2025).
Raschle, N., et al. The magical art of magnetic resonance imaging to study the reading brain. Front Young Minds. 8, 72(2020).
Fletcher, S., et al. Effectiveness of training before unsedated MRI scans in young children: A randomized control trial. Pediatr Radiol. 53 (7), 1476-1484 (2023).
Thieba, C., et al. Factors associated with successful MRI scanning in unsedated young children. Front Pediatr. 6, (2018).
Krause, F., et al. Active head motion reduction in magnetic resonance imaging using tactile feedback. Hum Brain Mapp. 40 (14), 4026-4037 (2019).
Vannest, J., et al. FMRI activation in language areas correlates with verb generation performance in children. Neuropediatrics. 41 (5), 235-239 (2010).
Lukasova, K., et al. Predictive saccades in children and adults: A combined fMRI and eye tracking study. PLoS One. 13 (5), e0196000(2018).
Geng, F., Botdorf, M., Riggins, T. How behavior shapes the brain and the brain shapes behavior: Insights from memory development. J Neurosci. 41 (5), 981-990 (2021).
Canada, K. L., Hancock, G. R., Riggins, T. Developmental changes in episodic memory across early- to mid-childhood: Insights from a latent longitudinal approach. Memory. 30 (3), 248-261 (2022).
Vanderwal, T., et al. Inscapes: A movie paradigm to improve compliance in functional magnetic resonance imaging. NeuroImage. 122, 222-232 (2015).
Pixar Animation Studios and Walt Disney Pictures. , Partly Cloudy. https://www.pixar.com/partly-cloudy (2009).
Segaert, K., et al. The suppression of repetition enhancement: A review of fMRI studies. Neuropsychologia. 51 (1), 59-66 (2013).
Yates, T. S., et al. Hippocampal encoding of memories in human infants. Science. 387 (6740), 1316-1320 (2025).
Richardson, H., et al. Development of the social brain from age three to twelve years. Nat Commun. 9 (1), 1027(2018).
Richardson, H., Saxe, R. Development of predictive responses in theory of mind brain regions. Dev Sci. 23 (1), e12863(2020).
Finn, E. S., Bandettini, P. A. Movie-watching outperforms rest for functional connectivity-based prediction of behavior. NeuroImage. 235, 117963(2021).
Raschle, N. M., et al. Functional characteristics of developmental dyslexia in left-hemispheric posterior brain regions predate reading onset. Proc Natl Acad Sci. 109 (6), 2156-2161 (2012).
Honey, C. J., et al. Predicting human resting-state functional connectivity from structural connectivity. Proc Natl Acad Sci. 106 (6), 2035-2040 (2009).
Preti, M. G., Van De Ville, D. Decoupling of brain function from structure reveals regional behavioral specialization in humans. Nat Commun. 10 (1), 4747(2019).