Summary
기능성 transcranial 도플러 sonography (fTCD)는인지 기능, 특히 언어의 lateralization을 파악하기 위해 사용될 수있는 간단하고 비침습 초음파 기술이며, 아이들과 함께 사용하기에 적합합니다.
Abstract
대뇌 lateralization에 대한 의문은 아직 남아 있습니다. 특히, 그것은 대뇌 lateralization의 비정형 패턴과 관련된 모든 단점이 있는지, 언어 및 비언어적인 능력의 관점이 lateralized하는 명확 그대로 남아 있으며, 여부 뇌성 lateralization은 나이가 개발. 과거에는 이런 질문에 관심이 연구자들은 대뇌 lateralization에 프록시 조치로 handedness를 사용하는 경향이 있지만, handedness은인지 기능 1 laterality의 나약하고 간접 지표이기 때문에 이것은 만족스럽지 못하다. 이러한 fMRI와 같은 다른 방법은, 대규모 연구 비용, 어린이 2 항상 가능하지 않습니다.
여기 우리는 대뇌 lateralization 평가하기위한 비용 효율적인, 비침습하고 안정적인 방법으로 기능 transcranial 도플러 초음파 (fTCD)의 사용을 설명합니다. 절차는 단지 귀 앞에 위치 초음파 프로브를 통해 중간 대뇌 동맥의 혈액 흐름을 측정 포함됩니다. 우리 작품은 왼쪽과 오른쪽 중간 대뇌 동맥 혈류의 동시 측정의 사용을 개척 뮌스터 대학에서 1982 년 TCD를 공동 발표 런 Aaslid, 그리고 스테판 Knecht, 마이클 데프 및 동료에 의해 작업을 빌드 그리고 심장 박동 활동에 대한 보정하는 방법을 고안했습니다. 이것은 가능 lateralization 그것이 다른 방법에게 3을 사용 취득과 잘 동의, 언어 생성하는 동안 왼쪽 양면 혈액 흐름에 명확한 증가를보고했다.
중간 대뇌 동맥은 매우 광범위한 혈관 영역 (그림 1 참조)하고 있으며 방법은 반구 내의 로컬 라이제이션에 대한 유용한 정보를 제공하지 않습니다. 우리의 경험은 그것이 명시적 또는 암시적 음성 생산 관련 작업에 특히 민감합니다 제안합니다. '골드 표준'작업은 단어 생성 작업 4 (당신이 그 글자 'B'로 시작 수있는 예를 들어 많은 단어로 생각)하지만,이 제한 읽고 쓰기 능력과 함께 어린이 및 다른 사람에 적합하지 않습니다. 다른 두뇌 이미징 기법과 비교, fTCD는 말하기의 이동에 의해 상대적으로 영향을받지 유물이며, 그래서 우리는 큰 소리로 5,6 설명하는 사진을 포함 작업에서 신뢰할 수있는 결과를 얻을 수 있습니다. 따라서, 우리는 이야기를 비디오 클립을보고, 그리고 볼 수 있었는지 설명과 관련된 아동 친화적인 작업을 개발했습니다.
Protocol
1. 어린이 언어 Lateralization을 평가할 fTCD 사용
- 가능하다면, 우리는 도플러 시스템에 그들을 소개하기 전에 별도의 세션에서 동영상 이야기에서 캐릭터를 보여주는 사진과 함께 아이를 숙지.
- 그것은 프로 시저가 신뢰할 수있는 측정을 위해 충분한 실험을 포함하는 것이 중요합니다 : 이상 20 명 이상, 우리는 10-15 시련만큼 몇 가지 유용한 데이터를 획득했지만. 각 시험은 언어 정품 다음 기준으로 사용되는 휴식의 기간을, 포함한다. 정품 인증 기간 동안 혈류 속도는 기본 비교됩니다. 우리는 아이가 수동적 기준으로 12 두 번째 비디오 클립을 시계 동안 기간을 사용할 수 있습니다 것으로 나타났습니다. 이것은 권태를 방지하는 데 도움이됩니다. 기준은 아이가 무슨 일이 일어 났는지 설명하기 위해 요구되는 10초 응답 기간 뒤에있다. 이 16초 휴식 기간옵니다.
- 절차의 타이밍은 7 초 정도 걸립니다 신진 대사 요구에 의한 혈류 속도의 변화를 감지하기 위해 중요합니다. 우리는 각 시험의 타이밍을 제어 프레 젠 테이션 또는 Matlab으로 작성된 전산 작업을 사용합니다. 비판적, 이러한 프로그램도 정품 인증 기간의 증상을 나타낼 수있는 도플러 데이터 파일에 마커를 기록 하드웨어 펄스를 보낼 수 있습니다. 이러한 기준 및 활성화 혈액 흐름의 기간을 결정하기 위해 데이터 분석에 사용됩니다.
- 우리는 동시에 왼쪽과 오른쪽 측면에서 초음파 녹음 수있는 멀티 dop 시스템을 사용합니다. 멀티 dop 시스템 설정하고 참가자들이 도착하기 전에 갈 준비하는 것이 좋습니다. 프로브가에 전환하기 전에 멀티 dop 시스템에 연결되어 있는지 확인하십시오. 하나가 다른 볼 아르에서 멀티 dop 컴퓨터와 펄스로, 병렬 포트를 통해 자극 컴퓨터가 연결되어 있는지 확인합니다. highpass 필터가 양쪽 300 Hz로 설정되어 있는지 확인하고 insonation의 깊이 (45~55밀리미터)와 신호의 전원을 확인하십시오. 시스템은 안전한 수준으로 사용할 수 있도록 다른 매개 변수에 설정된 제한이 있습니다.
- 참가자 코드는 조건, 그룹 또는 인구 통계 학적 데이터와 일치하기 위해서는 멀티 dop 데이터 파일에 기록되어야합니다.
- 프로브를 준비하는 동안 시스템은 다음 일시 중지해야합니다. 각 초음파 프로브는 프로브와 피부 사이의 접촉을 제공 젤로 덮혀 있습니다. 최고의 연락 가능한 유지하기 위해 젤의 관대한 금액을 사용합니다.
- 이제는 세션을 시작하는 시간이다. 자녀가 시작하기 전에 화장실에 갈 필요가 있는지 여부를 확인하라! 우리는 장난감 동물을 사용하여 헤드셋을 설명하고, 자녀가 일어날 무엇을 그들이 할하라는 메시지가 나타납니다 무엇에 대한 이해 있는지 확인하십시오. 그것은 그들이 정품 인증 기간 이후 조용히 필요가 이해하는 것이 특히 중요합니다, 신호가 기준으로 돌아갈 수 있도록. 전체 작업이 20 ~ 30 분 마지막 수 있으며 총 몸의 움직임이 많은 도플러 신호를 방해할 수 있으므로 어린이가 편안하게 앉아 있어야합니다.
- 프로 시저의 가장 어려운 부분은 겔 - 덮인 프로브의 위치입니다. 새로운 사용자는 프로세스의이 부분에서 전문가가되기 위해 연습이 필요는 것을 알아야합니다. 교육 도움이 런 Aaslid하여 유용한 컴퓨터 시뮬레이션이있다
( http://www.transcranial.com/ )하지만, 배울 수있는 가장 좋은 방법은 친구와 동료에 대한 연습입니다. 일단 10 명 정도를 평가해야, 당신은 훨씬 쉽게 찾을 수 시작합니다. 아이들과 함께 작업에 대한 하나의 좋은 점은 그들이 얇은 두개골을 가지고 있기 때문에 성인보다 어린이에서 신호를 찾을 수 일반적으로 쉽다는 것입니다. - 각 프로브는 머리의 양쪽에있는 두개골의 시간적 창에 배치됩니다. 이것은 머리에 뼈가의 얇은 섹션이며 신호가 중간 대뇌 동맥에서 얻을 수있는 통해 최고의 영역을 제공합니다. 이 창문은 각 귀 중 앞으로 찾을 수 있습니다. 두 개의 경험, 각각의 프로브를 조정을 가지고있다면 아이들과 함께 작업을하면 설정 시간을 줄일 수 있습니다. 대부분의 아이들은 프로 시저의이 부분 동안 DVD를보고 드리겠지만, 아이의 행동을 모니터링하고 그들이 편안하고 여유로운 수 있도록하는 것이 중요합니다. 세션을 종료 자녀가 요청이 또는 고통의 흔적이있을 경우에 경우.
- 프로브의 위치는 다음 중간 대뇌 동맥을 insonate하기 위해 조정됩니다. 만족스러운 신호가 발견되기 전에 그것은 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다. 이 신호는 특성 사운드뿐만 아니라 멀티 dop 컴퓨터에서 모니터해야 시각적 패턴이 있습니다.
- 특색있는 소리가 참가자의 심장 박동의 속도의 낮은 whooshing 소음입니다. 특성 영상 패턴은 또한 심장 박동의 속도로 반복하는 오프 지수 붕괴 가을 다음에 날카로운 상승이다. 당신은에 따라 다른 혈관에서 활동 데리러 수 있습니다 프로브의 insonation와 방향의 깊이. 약 45 50mm까지의 깊이는 일반적으로 어린이에서 잘 작동합니다. 강한 신호가 발견되면 좋은 신호를 유지하면서, 가능한 한만큼 전원을 줄일 수 있습니다. 이득도 약한 신호를 증폭 증가 수 있습니다.
- 각 중간 대뇌 동맥에 대한 신호가 만족되면, 멀티 dop 신호의 청각 출력이 거절되어야하며, 절차는 시작할 수 있습니다. 실험자들은 조용히 비디오 클립을 볼려고하는 아이에게 설명합니다. 그들은 물음표가 컴퓨터에 와서 볼 때 그들은 실험자에게만큼 그들이 동영상에 무슨 일이 있었는지 수를 알려줄 필요가 있습니다. 그들은 소년의 그림이 '쉬'갈 볼 때 그들은 즉시 그만 떠들고 (그림 2 참조합니다. AVI 예) 시작하려면 다음 동영상을 기다릴 조용히 앉아있다.
- 멀티 dop 시스템 기록과 함께,, 녹화 장치는 다음, 즉 청각 응답 음성 녹음기를 시작하고 컴퓨터가 자극 프레 젠 테이션을 제어.
- 실험자의 임무는 아동과 도플러 신호를 모니터하기 위해 다음이다) 자녀가 편안하고 작업 및 B) 적절한 신호가 유지되도록 참석 있는지 확인하십시오. 도플러 신호는 fMRI 신호보다는 움직임에 훨씬 덜 민감하지만, 그것은 여전히 총 몸 움직임으로 방해하거나, 프로브의 움직임이있을 수 있습니다. 신호가 크게 중단되는 경우, 디스플레이 컴퓨터가 일시 중지 및 프로브 적절하게 재설정해야합니다. 때때로 그것은 다시 설정할 만족스러운 신호를 얻기 위해 더 젤을 적용해야 할 수도 있습니다. 하나는 실험자들이 작업에 자녀를 유지하고 그들이 말하는대로 기록하고, 다른 모니터 도플러 신호에 대한 책임있다면 어린이의 테스트가 가장 적합 찾으십시오.
- 실험 절차가 완료되면 멀티 dop 녹음이 정지되고 프로브는 제거할 수 있습니다. 그것은 초과 젤을 제거할 수 일부 조직을 가지고 유용합니다.
- 원시 데이터 파일은 왼쪽과 오른쪽 도플러 신호를 비교하기 위해 처리됩니다. 우리는 데프 7 개발한 방법에 따라 자체 Matlab 소프트웨어를 개발했습니다. 이 처리 관련 다운 - 샘플링 데이터를 심장 박동으로 인해 변동에 대한 정정. 왼쪽 또는 오른쪽으로 활성화 밖 지정된 범위, 기본 혈액 흐름 속도의 일반적 70-130% 경우 단일 실험은 분석에서 제외됩니다. 이러한 시련의 활성화 문제 프로브 접촉에 의해 영향을받을 가능성이 높습니다. 그림 4는 신호가 주기적으로 손실됩니다 사건을 보여주는 반면 그림 3은 좋은 신호 신호를 프로브에 상대적으로 정품 인증을 보여줍니다.
- 기본 혈액 흐름 속도에 상대, 오른쪽 채널의 활성화는 차이 활성화 (그림 5 참조) 계산하기 위해 왼쪽에서 빼서 수 있습니다. lateralization 지수는 관심의 사전 정의된 기간 내에 최대 차이 일초 양쪽에 대한 차이 활성화의 평균으로 계산됩니다. 관심이 기간은 멀티 dop 데이터 파일에 표시 컴퓨터에서 보낸 마커로 표시 '이야기'명령의 시작 다음 7~17초입니다. 차이 활성화가 왼쪽 뺀 오른쪽 채널이기 때문에, 긍정적인 lateralization 지수는 왼쪽 lateralization을 반영하고 부정 바로 반영합니다.
2. 대표 결과
그림 1 :. 뇌성 동맥에서 제공하는 영역을 보여주는 대뇌 반구의 외부 표면 핑크 중간 대뇌 동맥에서 제공하는 지역입니다. (출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png )
그림 2 :. 12초 기본 비디오, 10초 응답 간격, 그리고 16초 휴식 위상과 실험 시험의 도식 개요 laterality 계산에 대한 관심의 기간도 그려져 있습니다.
그림 3. 한 실험 세션 동안 1백30~1백50초에서 왼쪽 (파란색)과 오른쪽 (빨간색) 도플러 채널에 대한 원시 도플러 속도 (cm / 초)의 클린 데이터 녹음. 각 보이는 펄스 하나의 심장 박동에 해당합니다. 이벤트 마커 표시 자극 증상은 녹색으로 표시됩니다.
그림 4. 한 실험 세션 동안 400-450초에서 왼쪽 (파란색)과 오른쪽 (빨간색) 도플러 채널에 대한 원시 도플러 속도 (cm / 초)의 교란 데이터 레코딩. 녹색으로 표시 자극 증상을 나타내는 이벤트 마커. 중퇴의 중요한 증거는 두 채널을 볼 수 있습니다.
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그림 5. 왼쪽 (파란색)과 오른쪽은 (적색) 채널 (패널 A)와 왼쪽 마이너스 오른쪽 차이 (패널 B) 도플러 속도 (cm / 초)은 참가자 그룹에 대한 모든 허용 재판에 걸쳐 평균. 참여자가 12 "대화"를 보이기 시작했다 초 laterality 계산에 대한 관심의 기간도 녹색으로 그려져 있습니다. 패널 B의 차이의 속도를 둘러싼 회색 오차 막대는 평균의 표준 오류를 나타냅니다.
AVI 예 : "Freezefoot '이야기를하기 위해 비디오 시퀀스는에서 다운로드할 수 있습니다 : http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm
Discussion
뿐만 아니라 정상적인 발전을 공부하고, 우리는 언어와 문학 8, 9의 발달 장애 성인과 어린이의 언어 lateralization 공부를 fTCD 사용하고있다. 우리는 또한 visuo - 공간 능력 10, 11 lateralization의 평가 fTCD 사용하는 방법을 개발에 관심이 있습니다.
Disclosures
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
Acknowledgments
우리는 fTCD 기술에서 자신의 전문 지식을 공유 Hubertus 호텔로만 감사합니다. 이 작품이 더 웰컴 트러스트 프로그램을 부여하여 자금 않았다. 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).
