Одновременный сбор данных измерений фМРТ и фБИС с использованием оптодной матрицы и каналов на коротких расстояниях

Одновременный сбор сигналов фМРТ и фБИРС от одних и тех же субъектов чрезвычайно важен, поскольку он позволяет нам согласовать сигнал фБИРС с сигналом фМРТ, который является золотым стандартом нейровизуализации. fNIRS — это методология, которая все еще развивается, и она не может охватить более глубокие структуры мозга. Таким образом, записи фМРТ дают нам лучшее понимание сигнала fNIRS.

Предыдущие попытки записать сигналы fNIRS и fMRI от мозга одного и того же участника требовали двух сеансов записи. К сожалению, эти два сеанса означают, что участник неоднократно видел и слышал одни и те же стимулы, что может изменить реакцию мозга. Несмотря на то, что в протоколе сигналы фМРТ и фБИРС совпадают только у типичных взрослых, мы надеемся, что текущий протокол также может быть расширен для тестирования клинических популяций и популяций развития.

Это будет особенно важно, например, при сборе данных от людей, которые могут иметь нейропсихологический дефицит, поскольку мы сможем интерпретировать сигнал fNIRS с высочайшей степенью достоверности. Мы считаем, что эти одновременные записи fNIRS и fMRI будут особенно важны для понимания нейронных сетей в мозге для особых групп населения и для детей. Нет никаких сомнений в том, что одновременный сбор сигналов фМРТ и фНИРС является сложной задачей, но мы прорабатываем все этапы и уверены, что наш протокол позволит другим лабораториям собирать данные того же типа.

Одна из основных проблем, вероятно, будет заключаться в том, чтобы убедиться, что участник чувствует себя комфортно в сканере, особенно если он носит шапочку fNIRS на всю голову. Демонстрацию процедуры будет демонстрировать Вирджиния Чемберс, руководитель лаборатории из нашей лаборатории. После того, как участник подписал необходимые формы согласия и получил инструкции по выполнению заданий, предложите ему сесть на стул в диспетчерской.

Обмотайте лоб мягкой сантиметровой лентой. Переместитесь в самую широкую часть сзади и вернитесь в исходную точку. Выберите степень опрокидывания fNIRS, ближайшую к измеренной окружности.

Крепко возьмитесь за основание зондов детектора на короткие расстояния и сдвиньте его вокруг части втулки, проходящей через сетку колпачка fNIRS. Убедитесь, что кабель датчика на короткие расстояния направлен на заднюю часть колпачка, чтобы обеспечить прозрачную область лица. Затем попросите участника сдвинуть шапочку вниз с макушки головы так, как будто вы надеваете зимнюю шапку, и затянуть подбородочный ремень до комфортной степени.

Закрепите задние лямки. Убедитесь, что колпачок надежно закреплен, а оптодные гнезда плотно прилегают к головке. Затем разместите зеленые наклейки, чтобы отметить ключевые реперные точки в соответствии с системными позициями 10/20.

С помощью измерительной ленты выровняйте точки кожи головы симметрично точкам на шапочке. Обеспечьте равное расстояние от точки CZ до предаурикулярной точки, точки входа и точки носа. Попросите участника оставаться неподвижным, чтобы создать 3D-модель своей головы.

Затем запустите приложение структуры на планшете или iPad. Убедитесь, что цветопередача с высоким разрешением, инфракрасная автоматическая экспозиция и улучшенные функции трекера отключены. Теперь расположите участника по центру, убедившись, что вся его голова помещается в 3D-квадрат на экране, а плечи минимально видны в кадре.

Обойдите объект съемки, чтобы отсканировать форму головы и оптоды с помощью 3D-сканера. После завершения сканирования нажмите кнопку в правой части экрана, чтобы начать 3D-рендеринг. Проверьте четкость и уровень детализации рендеринга, чтобы обеспечить точное размещение оптодов и зеленых реперных наклеек.

В целях безопасности и конфиденциальности сохраните 3D-скан на сервере, защищенном HIPAA. Когда 3D-модель будет готова, удалите зеленые наклейки и предложите участнику вставить беруши в уши. В помещении для сканирования убедитесь, что 20-канальная катушка головки установлена в сканере.

Поместите поролоновую подушку внутрь нижней части катушки головки МРТ, чтобы поддерживать верхнюю часть головы участника. Попросите участника удобно сесть на стол сканера. Удерживая оптическую втулку одной рукой, используйте безопасный для МРТ аппликатор, чтобы удалить волосы с середины втулки.

Затем сильно надавите, чтобы закрепить оптод во втулке. Попросите участника лечь медленно и осторожно. Отрегулируйте пучки оптического волокна так, чтобы голова участника удобно лежала в головной катушке.

В зависимости от положения кабелей от волновода поднимите стол сканера. Подложите под ноги участника мягкую подушку, чтобы гарантировать комфорт. Оберните дыхательный пояс вокруг талии участника.

Проинструктируйте участника надеть наушники с шумоподавлением, убедившись, что они не мешают размещению датчика fNIRS. Поместите пульсоксиметр на указательный палец левой руки испытуемого. В случае, если для экспериментальных заданий используется пуговичная коробка, попросите испытуемого держать ее доминирующей рукой.

Предоставьте четкие инструкции по использованию кнопки. Поместите шарик или кнопку будильника на недоминирующую руку испытуемого и проинструктируйте участника, как им пользоваться. Протестируйте будильник, попросив участника нажать на него.

Сдвиньте участника на несколько дюймов в отверстие сканера, чтобы выровнять головку. Расположите верхнюю часть катушки головки. Далее вставьте микрофон и зеркало в соответствующие вставки катушки.

Медленно вставьте участника в отверстие сканера, удерживая оптические волокна. На компьютере сканера выберите соответствующие структурные и функциональные последовательности, необходимые для исследования. Убедитесь, что локализатор правильно расположен в отверстии сканера, убедившись, что он обеспечивает полный охват от верхней части головы до мозжечка.

Уточните вместе с участником, что экран компьютера виден через зеркало катушки головки, и запустите начальное структурное сканирование. Данные fNIRS на уровне субъекта показали повышенную активацию в билатеральных областях зрительной коры во время мигающих шахматных блоков по сравнению с межисследуемыми периодами. Временные следы мозговой активности показали увеличение сигнала ГБО при предъявлении мигающей шахматной доски и снижение в межпробные периоды.

Визуализация данных ГБО в период мигания шахматной доски показала двустороннюю активацию в областях зрительной коры на индивидуальном уровне субъекта. Данные фМРТ на уровне субъекта показывают более выраженный сигнальный отклик в первичной и вторичной зрительной коре в периоды мигания шахматной доски по сравнению с периодами между исследуемыми периодами На подкорковом уровне повышенная активация наблюдается в латеральном коленчатом ядре таламуса. Одной из ключевых задач нашего протокола является обеспечение комфортного отдыха участника в сканере, и это будет в первую очередь определяться типом оптода, поставляемого с системой fNIRS.

Протокол может быть адаптирован для сбора данных из конкретных областей интереса и в различных экспериментальных парадигмах. Мы также даем конкретные предложения о том, как использовать протокол в клинических популяциях и популяциях, находящихся в процессе развития.