Summary
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.
Protocol
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 идеально приурочено сбора данных. FNIRS Hitachi ETG-4000 имеет возможности запуска, что позволяет экспериментальную парадигму для запуска сбора данных, и наоборот. Испытание запуск презентации программы из fNIRS Hitachi ETG-4000. Запуск может быть сделано с использованием параллельных, сериалов, или USB-портов. Здесь мы показываем, запуск через параллельный порт.
- До начала fNIRS исследования важно проводить скрининг участник фоне. В лаборатории Petitto, мы проводим скрининг фона при наличии участников или их родителям заполнить соответствующую учебно-стандартные вопросники 29.
Участник прибыл
- Важно проводить сессии и для лечения участников на высоком профессиональном уровне. Участника или участников родители / законные опекуны должны подписать форму согласия перед экспериментом начинается. Крайне важно, чтобы поблагодарить участников для своего времени в этих важных и захватывающих экспериментов.
- Участник сидит удобно близко к комнате тестирования fNIRS. Младенческая участник может сидеть на коленях у родителей.
Часть 2: Размещение Optodes и использовании 10-20 системы
Еще одним компонентом метод анализа, который позволяет последовательной интерпретации данных стандартизации протокола записи fNIRS. Это влечет за собой optode размещения, участник позиционирования и запуск программного обеспечения стимулов презентации. Оба точны нервно-анатомические размещения датчиков и подтверждение регионах, представляющих интерес (трансформирования) достигается с помощью системы 10-20 3,4,30. Кроме того, стереотаксической локализации зонда массив был подтвержден на черепе участника путем наложения 3D отслеживания информации из системы Polhemus Быстрый Trak на анатомические МРТ корегистрацию проверки участников проводится с витамином Е капсулы, размещенных по каждой ПЭП 3,4. Оптимальное позиционирование участник участвует размещения участников комфортно в лежачем стуле, с волоконной оптикой висит свободно, без контакта с телом или стул.
- Следующие измерения головы взяты с рулеткой и записать на листе участников данных:
- Насьон в ИНИОН вокруг
- Насьон к Inions поверх
- Уха до уха над верхней
- Хирургическая лента может использоваться для обозначения определенных местах цель. В этом эксперименте мы будем отмечать Fp, T3/T4, F8/F7
- Optode массивы расположены на голове участников с конкретными optodes на якоре в 10-20 пунктов в соответствии с указаниями целей эксперимента.
Часть 4: Тестирование Optode массива
- Введение в Hitachi ETG-4000 Графический интерфейс и зонд тестирования.
- Тестирование сигнала: как только optodes расположены на коже головы участников, качество сигнала проверяется. Если optode не имеет четкого сигнала, исследователи осторожно удалите волосы от подключения optode и кожи головы. В отдельных случаях optodes возможно, необходимо будет протереть тампоном, смоченным спиртом.
Часть 5: Выполнение эксперимента.
- По крайней мере два экспериментаторы должны быть всегда присутствует в комнате, одно наблюдение fNIRS Hitachi ETG-4000 в реальном времени считывать и другие наблюдения участника. Наличие видеокамеры сосредоточены на участника настоятельно рекомендуется после специальных наблюдений. Преимущество fNIRS Hitachi ETG-4000 является то, что видео-и fNIRS сигнала синхронизируется и сотрудничества зарегистрированы. Журнал, содержащий всю необходимую информацию и файлы, созданные сохраняется.
- Есть устоявшихся методов построения экспериментальных парадигм гемодинамики, а именно: Блок дизайн и связанные с событиями конструкций. Для более полного описания см. в недавней работе обзор 31.
Часть 6: Анализ
После того как все данные собраны, участник поблагодарил за уделенное время и желание участвовать и листьев лаборатории. Как показывает анализ осуществляется не на fNIRS Hitachi ETG-4000, а, наоборот, данные экспортируются в компьютерный анализ.
- Переход от мкВ для гемоглобина. В качестве сырья значения ослабления собраны в ослабления лазерного силы (измеряемая в мкВ), эти значения должны быть преобразованы в кислородом и венозная гемоглобина ценныех годов. Это делается с помощью модифицированного Беэр-Ламберт уравнения.
- Применение модифицированных Беэр-Ламберт проводится в два этапа. В предположении, что рассеяние является постоянным по длине пути, во-первых затухания для каждой длины волны (ΔA λ (T)) рассчитывается путем сравнения оптической плотности интенсивности света в течение задача (я задача) к расчетной базовой сигнала ( Я исходные данные). ΔA значения для каждой длины волны и пробы момент времени (т) для решения изменение Беэр-Ламберт уравнения.
Уравнение 1 Уравнение 2
λ 1 ∈ дезокси, λ 1 ∈ окси, λ 2 ∈ дезокси и λ 2 ∈ окси-константы для вымирания коэффициенты, измеряющие фракции легких потеряны для поглощения на единицу концентрации расстояние в ткани. Результирующая дезокси С и С окси значения концентрации венозная и оксигемоглобина при каждом ^.
Часть 7: Представитель Результаты
Типичные гемодинамические результаты ответа в несколько различных характеристик. В кислородно-гемоглобина ответ, есть первый характерный провал. Это падение происходит в регионе нейронов активизирует и истощает имеющегося кислорода. По мере увеличения потока крови, проведение кислородом гемоглобин, окси-гемоглобина ответ быстро поднимается выше начального уровня базовой линии до устойчивого уровня государства. Когда регионе больше не активирован, окси-гемоглобина ответ распада в течение ближайших 12-15 секунд и медленно падает обратно к исходному уровню. Существует иногда недолет, что происходит до гемодинамического ответа возвращается к исходному уровню базового уровня.
Плохие результаты, как правило, в виде optodes не правильно установлен на волосистой части головы или чрезмерное движение. Эти виды шума - называется "Flatling '- очевидны в сигнал, микровольт значения насыщения, а также ряд различных каналов, как окси-и дезокси-ответ двигаться согласованно.
ДЕМОНСТРАЦИЯ: Shaking волоконной оптики.
Статистический анализ: извлеченные окси и дезокси-гемоглобина для каждого канала, для каждого участника и для каждой задачи может быть представлено обычным статистический анализ, в том числе Т-тестов, ANOVAs, корреляции и т.д.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
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.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ETG-4000 | Hitachi | ||
Matlab | Mathworks | Psychology toolbox |
References
- 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. Society for Research in Child Development, , (2009).
- White, K. S. Cognitive Neuroscience Society Annual Meeting, , (2008).
- Dubins, M. Cognitive Neuroscience Conference, , (2009).
- Dubins, M. H. Society for Research in Child Development. , (2009).
- Dubins, M. H. NeuroImage. , (2009).
- Ehlis, A. C. J. Biol. Psychol. 69, 315-331 (2005).
- Petitto, L. A. The Educated Brain. Fischer, K., Battro, A. , Cambridge University Press. England. (2008).
- Pena, M. Proc Natl. Acad. Sci. U. S. A.. 100, 11702-11705 (2003).
- Baird, A. A. NeuroImage. 16, 1120-1125 (2002).
- Taga, G. Proc. Nat.l Acad. Sci. U. S. A. 100, 10722-10727 (2003).
- Wilcox, T. Dev. Science. 11, 361-370 (2008).
- Otsuka, Y. NeuroImage. 34, 399-406 (2007).
- Watanabe, H. NeuroImage. 43, 346-357 (2008).
- Kameyama, M. NeuroImage. 29, 172-184 (2006).
- Arai, H. Brain. Cogn.. 61, 189-194 (2006).
- Grignon, S. Cognitive and Behavioral Neurology. 21, 41-45 (2008).
- Boas, D. A. Neuroimage. 23, S275-S288 (2004).
- Aslin, R. N., Mehler, J. J. of Biomed. Opt.. , 1-3 (2005).
- Plichta, M. M. NeuroImage. 35, 625-634 (2007).
- Schroeter, M. L. NeuroImage. 21, 283-290 (2004).
- Jobsis, F. F. Science. 198, 1264-1267 (1977).
- Villringer, A., Chance, B. Trends Neurosci. 20, 435-442 (1997).
- Kovelman, I. Bilingualism: Language & Cognition. 11, 203-223 (2008).
- Jasper, H. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 10, 370-371 (1958).
- Amaro, E. Brain Cogn. 60, 220-232 (2006).