Summary
Functionele transcraniële Doppler echografie (fTCD) is een eenvoudige en niet-invasieve ultrasone techniek die gebruikt kan worden om de lateralisatie van de cognitieve functies, met name taal te beoordelen, en is geschikt voor gebruik met kinderen.
Abstract
Er zijn veel onbeantwoorde vragen over cerebrale lateralisatie. In het bijzonder, blijft het onduidelijk welke aspecten van taal en non-verbale bekwaamheid zijn gelateraliseerde, of er nadelen verbonden met atypische patronen van cerebrale lateralisatie, en of cerebrale lateralisatie ontwikkelt met de leeftijd. In het verleden hebben onderzoekers geïnteresseerd in de volgende vragen neiging om willekeur te gebruiken als een proxy maat voor cerebrale lateralisatie, maar dit is onbevredigend omdat linkshandigheid is slechts een zwak en indirecte indicator van lateralisatie van cognitieve functies: 1. Andere methoden, zoals fMRI, zijn duur voor grootschalige studies, en niet altijd haalbaar met kinderen 2.
Hier zullen we beschrijven het gebruik van functionele transcraniële Doppler-echografie (fTCD) als een kosten-effectief, niet-invasieve en betrouwbare methode voor het beoordelen van cerebrale lateralisatie. De procedure heeft betrekking op het meten van de doorbloeding in het midden cerebrale slagader via een echografie sonde geplaatst vlak voor het oor. Ons werk bouwt voort op werk van Rune Aaslid, die TCD co-geïntroduceerd in 1982, en Stefan Knecht, Michael Deppe en hun collega's aan de Universiteit van Münster, die pionier in het gebruik van gelijktijdige metingen van linker-en rechter midden cerebrale slagader doorbloeding, en bedacht een methode om te corrigeren voor de hartslag activiteit. Dit maakte het mogelijk om een duidelijke toename in de linker-zijdige bloedstroom te zien tijdens taal generatie, met lateralisatie eens goed met die verkregen met andere methoden 3.
De middelste cerebrale slagader heeft een zeer breed vasculair gebied (zie figuur 1) en de methode is nuttige informatie over de lokalisatie niet binnen een halve bol. Onze ervaring suggereert dat het is bijzonder gevoelig voor taken die expliciete of impliciete spraakproductie te betrekken. De 'gouden standaard' taak is een woord generatie taak (bijvoorbeeld denk aan zo veel mogelijk woorden als je kunt die beginnen met 'B' de letter) 4, maar dit is niet geschikt voor jonge kinderen en anderen met een beperkte lezen en schrijven. In vergelijking met andere beeldvorming van de hersenen methoden, fTCD relatief weinig wordt beïnvloed door beweging artefacten te spreken, dus we zijn in staat om een betrouwbaar resultaat te krijgen van taken die het beschrijven van foto's te betrekken hardop 5,6. Daarom hebben we een kindvriendelijke taak die gaat kijken naar video-clips die een verhaal vertellen, en dan beschrijven wat werd gezien.
Protocol
1. Met behulp van fTCD naar Taal Lateralisatie beoordelen bij kinderen
- Waar mogelijk geven we het kind vertrouwd met foto's waarop figuren uit de video-verhalen in een aparte sessie voor de introductie ervan in Doppler systeem.
- Het is belangrijk dat de procedure voldoende proeven ook om een betrouwbare maatstaf: idealiter 20 of meer, maar we hebben verkregen nuttige gegevens met zo weinig als 10 tot 15 proeven. Elke studie omvat een periode van ontspanning, om te worden gebruikt als een baseline, gevolgd door taal-activering. Snelheid van de bloedstroom in de periode van de activering wordt vergeleken met de baseline. We hebben ontdekt dat het mogelijk is om de periode te gebruiken terwijl het kind passief kijkt naar een 12 seconden videoclip als een baseline. Dit helpt voorkomen dat verveling. De baseline wordt gevolgd door een 10 seconden antwoord periode waarin het kind wordt gevraagd te beschrijven wat er gebeurd is. Dit wordt gevolgd door een 16 seconden rustperiode.
- De timing van de procedure is belangrijk om op te sporen veranderingen in de snelheid van de bloedstroom te wijten aan metabolische eisen, die kan duren tot 7 seconden. We maken gebruik van geautomatiseerde taken, geschreven in Presentatie of Matlab, die de timing van elke proef te controleren. Kritisch, deze programma's ook een puls sturen naar de hardware die een marker records in het Doppler data bestand aan te geven begin van de activering periode. Deze worden gebruikt in de data-analyse op perioden van de baseline en activering doorbloeding te bepalen.
- We maken gebruik van een Multi-dop systeem dat ultrasound opnamen maakt van de linker-en rechterkant tegelijk. Het is het beste om de Multi-DOP-systeem opgezet en klaar om te gaan voordat de deelnemer komt. Zorg ervoor dat de sondes zijn aangesloten op de Multi-DOP-systeem voordat u op. Controleer of de stimulus computer is aangesloten, via de parallelle poort, om de Multi-DOP computer en pulsen van een worden gezien op de andere. Zorg ervoor dat de highpass filter is ingesteld op 300 Hz voor beide partijen en controleer de diepte van de insonation (45-55 mm) en de kracht van het signaal. Het systeem heeft beperkingen ingesteld op de verschillende parameters om te garanderen dat alleen veilige niveaus kan worden gebruikt.
- Een deelnemer code moet worden opgenomen in de Multi-DOP gegevensbestanden zodat conditie, groeps-of demografische gegevens matching.
- Het systeem moet vervolgens worden onderbroken, terwijl de voorbereiding van de sondes. Elke ultra-sound probe is bedekt met gel die een contact tussen de sonde en de huid biedt. Gebruik een ruime hoeveelheid gel te onderhouden het beste contact mogelijk te maken.
- Nu is het tijd om de sessie te starten. Controleer of het kind moet naar de wc te gaan voordat u! We tonen de headset met behulp van speelgoed dieren, en zorg ervoor dat het kind begrijpt wat er gaat gebeuren en wat ze wordt gevraagd om te doen. Het is vooral belangrijk dat ze de noodzaak om stil te houden na het activeren periode te begrijpen, zodat het signaal kan terugkeren naar de uitgangssituatie. Kinderen moeten comfortabel zitten als een volledige taak kan duren tussen de 20 en 30 minuten en veel van de bruto lichaamsbewegingen kunnen interfereren met de Doppler-signaal.
- Het moeilijkste onderdeel van de procedure is de positionering van de gel bedekte sondes. Nieuwe gebruikers moeten zich ervan bewust dat het de praktijk nodig is om expert te worden op dit deel van het proces. Er is een handige computer simulatie door Rune Aaslid die kunnen helpen met de opleiding
( http://www.transcranial.com/ ), maar de beste manier om te leren is door te oefenen op vrienden en collega's. Zodra u ongeveer 10 personen beoordeeld, zult u beginnen om het veel gemakkelijker vinden. Een goede zaak over het werken met kinderen is dat het meestal gemakkelijker is om een signaal van een kind dan een volwassene te vinden, want ze hebben dunnere schedels. - Elke probe wordt geplaatst op de tijdelijke raam van de schedel aan elke kant van het hoofd. Dit is het dunste gedeelte van het bot in het hoofd en biedt de beste omgeving waardoor een signaal kan worden verkregen bij het midden cerebrale slagaders. Deze vensters kunnen gewoon naar voren te vinden van elk oor. Bij het werken met kinderen, kan het helpen om de set-up tijd als je twee onderzoekers, een aanpassen van elke probe. De meeste kinderen zijn blij om een DVD te kijken tijdens dit deel van de procedure, maar het is belangrijk om het kind het gedrag te controleren en ze zijn comfortabel en ontspannen te verzekeren. Beëindig de sessie als het kind vraagt deze of als er enig teken van nood.
- De positie van de probes is vervolgens aangepast om het midden cerebrale slagader insonate. Het kan enkele minuten duren voordat een bevredigend signaal wordt gevonden. Dit signaal heeft een karakteristiek geluid en visueel patroon die moet worden gemonitord vanuit het Multi-dop computer.
- Het karakteristieke geluid is een lage suizend geluid van de snelheid van het hart van de deelnemer te verslaan. Het karakteristieke visuele patroon is een forse stijging, gevolgd door een exponentiële verval vallen die ook herhaalt tegen het tarief van de hartslag. U kunt pick-up activiteit van andere bloedvaten, afhankelijk van de de diepte van insonation en de richting van de sonde. Een diepte van ongeveer 45 tot 50 mm werkt meestal goed bij kinderen. Zodra een sterk signaal is gevonden, verminderen het vermogen zoveel mogelijk met behoud van een goed signaal. De winst kan ook worden verhoogd tot een zwak signaal te versterken.
- Zodra de signalen voor elk midden cerebrale slagader bevredigend zijn, moet de auditieve output van de Multi-DOP-signaal worden afgewezen, en de procedure kan beginnen. De onderzoeker legt aan het kind dat ze gaan om een video clip rustig te bekijken. Bij het zien van het vraagteken komen op de computer die ze nodig hebben om de experimentator te vertellen zoveel als ze kunnen over wat er in de video. Als ze zien de foto van de jongen te gaan 'shhh' ze moeten stoppen met praten onmiddellijk en rustig gaan zitten om te wachten op de volgende video te gaan (zie figuur 2 en. Avi voorbeelden).
- Opname-apparaten worden vervolgens gestart, dat wil zeggen, een voice recorder voor auditieve antwoorden; samen met de Multi-DOP-systeem opnemen, en de computer controleren stimulus presentatie.
- De onderzoeker is de taak dan voor het kind en Doppler signaal monitor a) zorgen dat het kind is comfortabel en het bijwonen van de taak en b) ervoor zorgen dat een geschikt signaal wordt gehandhaafd. Het Doppler-signaal is veel minder gevoelig voor beweging dan een fMRI-signaal, maar het kan nog worden verstoord door grove bewegingen van het lichaam, of als de sonde beweegt. Als het signaal wordt aanzienlijk verstoord, moet het beeldscherm computer worden gepauzeerd en de sondes juiste resetten. Op sommige momenten kan het nodig zijn om meer gel toe te passen om het herstel van een voldoende signaal te krijgen. We vinden dat het testen van de kinderen werkt het beste als een onderzoeker is verantwoordelijk voor het bijhouden van het kind op de taak en het opnemen van wat ze zeggen, en de andere monitoren van het Doppler signaal.
- Wanneer de experimentele procedure is voltooid, kan de Multi-DOP opname worden gestopt en de sondes verwijderd. Het is nuttig om sommige weefsels beschikbaar moeten eventuele overtollige gel te verwijderen.
- De ruwe data-bestanden worden verwerkt met het oog op de linker en rechter Doppler-signalen te vergelijken. We hebben onze eigen Matlab software gebaseerd op de methoden ontwikkeld door Deppe 7. Deze verwerking down-bemonstering van de gegevens en het corrigeren voor fluctuaties als gevolg van hartslag. Enkele proeven zijn uitgesloten van de analyse als de linker of rechter activering is buiten een bepaald bereik, meestal 70 tot 130% van de uitgangswaarde snelheid van de bloedstroom. De activering in deze onderzoeken is het waarschijnlijk worden beïnvloed door problematisch sonde contact. Figuur 3 toont de activering ten opzichte van signalen probe voor een goed signaal, terwijl Figuur 4 toont een zaak waar het signaal periodiek wordt verloren.
- Opzichte van de uitgangswaarde snelheid van de bloedstroom, is activering in het rechter kanaal afgetrokken van de linkerkant in om het verschil activering (zie figuur 5) te berekenen. De lateralisatie index wordt berekend als het gemiddelde van het verschil activering voor een seconde aan weerszijden van de maximale verschil binnen een vooraf bepaalde periode van belang. Deze periode van belang is 7 tot 17 seconden na de start van het 'praten' commando, aangegeven door de marker verzonden vanaf het beeldscherm computer naar de Multi-DOP data file. Omdat het verschil activering is de linker-minus rechter kanaal, positieve lateralisatie indices reflecteren links lateralisatie en negatieve reflecteren rechts.
2. Representatieve resultaten
Figuur 1:. Buitenkant van cerebrale hemisfeer, waarop de gebieden die door cerebrale slagaders Pink is regio geleverd door midden cerebrale slagader. (Uit: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png )
Figuur 2:. Schematisch overzicht van experimentele trial met 12 seconden baseline video, 10 seconden response-interval, en 16 seconden rustfase periode van belang voor de lateralisatie berekening is ook afgebeeld.
Figuur 3. Schone data opname van ruwe Doppler snelheid (cm / sec) voor de Links (blauw) en rechts (rood) Doppler-kanalen 130 tot 150 seconden tijdens een experimentele sessie. Iedere zichtbare puls komt overeen met een hartslag. Event marker aangeeft stimulus onset weergegeven in het groen.
Figuur 4. Verstoord gegevensregistratie van ruwe Doppler snelheid (cm / sec) voor de Links (blauw) en rechts (rood) Doppler-kanalen 400 tot 450 seconden tijdens een experimentele sessie. Event marker aangeeft stimulus onset weergegeven in het groen. Significant bewijs van uitval is zichtbaar voor beide kanalen.
ftp_upload/2161/2161fig5.jpg "alt =" Figuur 5 "/>
Figuur 5. Links (blauw) en rechts (rood) kanaal (Panel A) en links min rechts verschil (Panel B) Doppler Velocity (cm / sec) gemiddeld over alle proeven acceptabel voor een groep van deelnemers. De deelnemers waren gecued te "praten" op 12 seconden en de periode van belang zijn voor de lateraliteit berekening wordt ook afgebeeld in het groen. De grijze foutbalken rondom het verschil in snelheid Panel B vertegenwoordigen de standaardfout van het gemiddelde.
Avi voorbeelden: de videobeelden naar de "Freezefoot" verhaal te vertellen kan worden gedownload van: http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm
Discussion
Naast het bestuderen van de normale ontwikkeling, hebben we gebruik gemaakt van fTCD om de taal lateralisatie onderzoek bij volwassenen en kinderen met ontwikkelingsstoornissen van taal en geletterdheid 8, 9. We zijn ook geïnteresseerd in het ontwikkelen van methoden voor het gebruik van fTCD voor de beoordeling van lateralisatie van de visueel-ruimtelijke gaven 10, 11.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
Wij danken Hubertus Lohmann voor het delen van zijn expertise op het gebied fTCD technieken. Dit werk werd gefinancierd door Wellcome Trust-programma te verlenen niet. 082498/Z/07/2.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Multi-Dop T with Upgrade to 2 Channel MultiFlow Monitoring | Compumedics | 5610 EN | soon to be superseded by digital version |
| Headset | Spencer Technologies, 701–16th Avenue, Seattle,WA 98122 |
References
- Bishop, D. V. M. Handedness and developmental disorder. , Blackwell Scientific, J.B. Lippincott. Philadelphia. (1990).
- Pelletier, I., Sauerwein, H., Lepore, F., Saint-Amour, D., Lassonde, M. Non-invasive alternatives to the Wada test in the presurgical evaluation of language and memory functions in epilepsy patients. Epileptic Disorders. 9, 111-126 (2007).
- Deppe, M., Ringelstein, E. B., Knecht, S. The investigation of functional brain lateralization by transcranial Doppler sonography. NeuroImage. 21, 1124-1146 (2004).
- Knecht, S. Noninvasive determination of language lateralization by functional transcranial Doppler sonography : A comparison with the Wada test. Stroke. 29, 82-86 (1998).
- Lohmann, H., Drager, B., Muller-Ehrenberg, S., Deppe, M., Knecht, S. Language lateralization in young children assessed by functional transcranial Doppler sonography. Neuroimage. 24, 780-790 (2005).
- Bishop, D. V. M., Watt, H., Papadatou-Pastou, M. An efficient and reliable method for measuring cerebral lateralization during speech with functional transcranial Doppler ultrasound. Neuropsychologia. 47, 587-590 (2009).
- Deppe, M., Knecht, S., Henningsen, H., Ringelstein, E. B. AVERAGE: a Windows program for automated analysis of event related cerebral blood flow. Journal of Neuroscience Methods. 75, 147-154 (1997).
- Whitehouse, A. J. O., Bishop, D. V. M. Cerebral dominance for language function in adults with specific language impairment or autism. Brain. 131, 3193-3200 (2008).
- Illingworth, S., Bishop, D. V. Atypical cerebral lateralisation in adults with compensated developmental dyslexia demonstrated using functional transcranial Doppler ultrasound. Brain and Language. 111, 61-65 (2009).
- Whitehouse, A. J. O., Bishop, D. V. Hemispheric division of function is the result of independent probabilistic biases. Neuropsychologia. 47, 1938-1943 (2009).
- Whitehouse, A. J. O., Badcock, N., Groen, M. A., Bishop, D. V. M. Reliability of a novel paradigm for determining hemispheric lateralization of visuospatial function. Journal of the International Neuropsychological Society. 15, 1028-1032 (2009).
