Согласованность между функции коры головного мозга и Нейрокогнитивная Производительность при изменившихся условиях гравитации

В этой процедуре используется комбинированный метод регистрации ЭЭГ и ближней инфракрасной спектроскопии, чтобы определить, в какой степени снижение нейрокогнитивных способностей в условиях невесомости обусловлено первичными эффектами гемодинамических и электрокортикальных изменений или вторичными эффектами, связанными со стрессом. Это достигается путем мониторинга изменений электрокортикальной активности участников во время параболического полета, включая фазы микрогравитации, микрогравитации и нормальной гравитации. Гемодинамические изменения в лобном мозге можно контролировать параллельно с помощью ближней инфракрасной спектроскопии или нервов.

Изменения в активности коры головного мозга затем могут быть локализованы с помощью электромагнитной томографии. Заключительным этапом является корреляция электрокортикальных и гемодинамических изменений. В конечном счете, результаты показывают, что гемодинамические изменения, вызванные изменившимися условиями гравитации, связаны с изменениями в электрокортикальной функции.

Основное преимущество этого метода перед существующими методами, такими как МРТ или ПЭТ, заключается в том, что электрофотография в сочетании с электротомографией и ближней инфракрасной спектроскопией возможна в экстремальных условиях, таких как параболические полеты или космические полеты с ограниченным пространством HyperV, и позволяет измерять и коррелировать изменения нейронной электрической активности и гемодинамические изменения в мозге. Этот метод помогает ответить на ключевые вопросы в области нейрофизиологии и космических исследований, такие как изменение условий гравитации, приводящее к гемодинамическим и электрическим изменениям коры головного мозга. Это помогает ответить, где именно в мозге происходят эти изменения и каковы последствия этих изменений.

После того, как мы определили лежащие в основе нейрофизиологические процессы, как только мы определили, что происходит с функцией коры головного мозга и гемодинамикой, когда мы находимся в космосе, когда мы находимся в невесомости, мы можем разработать конкретные контрмеры для улучшения качества жизни, успеха миссии и безопасности миссии. Таким образом, этот метод может дать представление о механизмах работы мозга, или он также может быть применен к другим системам, таким как неврологические нарушения у неврологических пациентов или фундаментальная идея о том, как работает наш мозг. Идея этого исследования пришла нам в голову, когда мы услышали о нейрокогнитивных нарушениях у астронавтов, живущих в космосе.

Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, потому что трудно изучить этапы анализа, потому что существует множество способов обработки и анализа данных за один-два часа до полета. Участников отвозят в комнату в аэропорту для подготовки к экспериментам. Сначала измеряется окружность головы и очищается кожа головы, чтобы на голову участника можно было надеть шапочку для ЭЭГ со встроенным пультом медсестры и приемником.

Следующим шагом будет разметка положений для первого и двух электродов FP. Сначала измеряется расстояние между насном и инионом на расстоянии, составляющем одну десятую части пути между сианом и инионом. Начиная с сиан, слева и справа от средней линии делаются две отметки на расстоянии, составляющем одну 20-ю окружности головы.

Колпачок содержит электроды, которые будут прикреплены к коже головы и обеспечивают правильное положение датчиков. Подбирается ЭЭГ-шапочка, соответствующая размеру головы участника. Далее крышка натягивается.

Проверяется голова участника и его положение. Электрод CZ должен находиться на вершине, а FP один и FP два, а электроды O one и O2 должны быть горизонтальными, а на отметках закреплен подбородочный ремень, чтобы убедиться, что колпачок остается в симметричном и правильном положении. Затем помещается электрод сердечного ритма, для этого можно использовать один электрод ЭЭГ, и датчик размещается на груди участника.

Теперь импеданс электродов сведен к минимуму и проверена проводимость сигнала. Каждый электрод содержит светодиоды, которые будут считываться при начале измерения импеданса. Волосы отодвигаются от кончика электрода с помощью иглы с тупым наконечником, а между кончиком электрода и поверхностью кожи вводится гель, начиная с электродов сравнения и заземления.

По мере введения геля цвет светодиодов будет меняться по мере уменьшения импеданса, так что первоначальный красный цвет сначала станет желтым, а затем зеленым. Поскольку целевое значение импеданса достигается на уровне 25 килоОм, действие электродов обеспечит хорошее отношение сигнал/шум на уровне или ниже этого целевого значения. Эта процедура повторяется для всех колпачковых электродов.

После того, как электродный колпачок подготовлен для обоих участников, участники получают инструкции о деталях параболического полета и графике эксперимента, который будет соблюдаться. Участникам представлен схематический обзор парабол с нуля по 30 и задачи, которые необходимо выполнить. Кроме того, рассматриваются устные объявления с подробным описанием того, когда и как начинать и останавливать тесты.

Наконец, участников доставляют на борт самолета для подготовки к полету на борту. Оказавшись на борту, участники рассаживаются рядом друг с другом в экспериментальной установке, а ремни безопасности пристегиваются свободно. Кабели ЭЭГ подключаются к блоку управления электродом, а блок управления электродом подключается к усилителю.

Далее нервы OID и приемник фиксируются в держателе OID в колпачке ЭЭГ. На этом этапе запускается модуль EEG NERS. Это позволяет контролировать возможность подключения и качество сигнала.

Затем запускается программное обеспечение для работы с нервами и ЭЭГ, а также создается рабочее пространство для записи. Данные открыты. Затем вводится имя файла, частота записи и монтаж.

Если какие-либо сигналы неоптимальны. Значения импеданса для ЭЭГ или значения сбора данных для нервов корректируются или при необходимости вводится больше геля. На этом этапе начинается запись ЭЭГ и нервного сигнала, а также собираются предварительные измерения состояния покоя.

На этом этапе у участников нет никаких заданий, но они должны оставаться неподвижно расслабленными и держать глаза закрытыми. Запись прекращается через три минуты. После периода отдыха участники выполнят базовый тест когнитивной задачи на доске.

Наконец, все устройства выключаются, а блок управления электродом ЭЭГ, а также оптос и приемник медсестры отключаются. Все оборудование, включая фотоаппарат и айфоны, хранится в отсеке для подготовки к взлету, начинается проведение экспериментов в полете. После того, как самолет достиг крейсерской высоты, первым делом необходимо закрепить видеокамеру на поручне, после чего начать видеосъемку.

Далее участников рассаживают по своим местам и непристегиваются ремни безопасности. Участники должны оставаться на своих местах, по крайней мере, на протяжении параболы с нуля по 25. Айфоны крепятся к верхней ноге участников с помощью Velcro.

Теперь блок управления электродом ЭЭГ подсоединен, а нервы опто и приемник закреплены в держателе опто в колпачке. Запускается модуль ЭЭГ и нервов, и качество нервного сигнала ЭЭГ проверяется путем проверки импеданса ЭЭГ и значений NS DAQ. Запись покоя производится в течение трех минут.

Первая парабола, которая обозначена как нулевая парабола, будет использоваться для того, чтобы позволить участникам приспособиться к процедуре и к изменению условий гравитации. Затем во время параболы от 1 до 10 регистрируется только находящаяся в состоянии покоя медсестра ЭЭГ, в то время как участники спокойно сидят на своих местах с закрытыми глазами. Далее участников готовят к познавательным заданиям, которые будут выполняться в течение двух блоков по пять парабол.

Запись контролируется оператором, который дает указания участникам, а также сохраняет результаты когнитивных тестов и время. В этом задании на когнитивную обработку участник определяет, какая сторона уравнения больше другой по скорости и точности у участника. Реакция записывается программой, и выставляется окончательный высокий балл, зависящий от точности, скорости и наивысшего уровня, которого участник достиг во время парабол с 11 по 15.

Первый участник будет выполнять эту задачу в нулевой гравитации, а участник — в нулевой G. Затем в параболе с 16 по 20 участник 1 будет выполнять эту задачу в одной G, а второй участник — в нулевой G. Измерения покоя записываются во время параболической последовательности, а также до первой и после последней параболы. Последние 10 парабол можно использовать в случае, если необходимо повторить какие-либо предыдущие измерения или эксперименты.

По возвращении на землю участникам и оператору разрешается временно покинуть самолет, прежде чем вернуться в экспериментальную установку и подготовить все к последующим измерениям. В это время измерения ЭЭГ в состоянии покоя медсестры повторяют. После того, как вся запись завершена и с участника снят колпачок, эксперимент завершается с помощью электромагнитной томографии мозга с низким разрешением или Лоретты.

Можно определить отдельные изменения корковой активности лобного мозга. Для первого участника изменение, произошедшее через 2000 миллисекунд после начала микрогравитации, было локализовано в девятой области Бродмана, которая относится к дорсальной латеральной префронтальной коре. Эта область играет важную роль в интеграции сенсорной и мнемонической информации в процессе организации и регуляции моторного планирования.

Для второго участника эти изменения могут быть локализованы в девятой области Бродмана, а также в шестой области Бродмана, премоторной коре, которая известна своей ролью в сенсорной регуляции в процессе стабилизации тела. На следующем рисунке показана ближняя инфракрасная спектроскопия в лобной области мозга. Черная кривая указывает на уровень G.

Желтый фон указывает на нормальную гравитацию. Синий фон указывает на гипергравитацию, а розовый фон указывает на микрогравитацию, как и ожидалось. Наблюдается уменьшение оксигенированной крови, о чем свидетельствует красный след в фазе микрогравитации, за которым следует увеличение оксигенированной крови в фазе микрогравитации.

Аналогичные результаты видны на этом рисунке у другого участника. Интересно, что количество дезоксигенированной крови, как показано синим следом, не показало последовательного поведения для первой фазы HyperV или фазы невесомости, но у обоих пациентов наблюдалось снижение во второй фазе HyperV. На этом рисунке показана когнитивная задача для двух испытуемых по трем точкам измерения во время тренировки, которая измерялась перед полетом в нулевой перегрузке, которая измерялась во время полета, и при одной перегрузке также измерялась во время полета.

Оценки различаются между испытуемыми, что указывает на то, что ранее зарегистрированные нейрокогнитивные снижения во время параболических полетов, скорее всего, связаны с индивидуальными стрессовыми реакциями. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как применять комбинированную технику Е, Е, G и коленей, а также как параллельно контролировать электрокортикальную активность и гемодинамические изменения. При попытке выполнить эту процедуру важно проверить качество сигнала и проследить за поведением испытуемых.

Эти методы могут проложить путь для исследователей, которые интересуются корковой функцией головного мозга и изучают влияние микрогравитации на корковую функцию головного мозга, и как только мы определим эти механизмы, это может помочь пациентам, астронавтам и обычным людям.