Summary
Функциональная транскраниальная допплерография (ЧВКУ) представляет собой простой и неинвазивный метод ультразвуковой, которые могут быть использованы для оценки латерализации когнитивных функций, прежде всего язык, и подходит для использования с детьми.
Abstract
Есть много вопросов без ответов о церебральной латерализации. В частности, остается неясным, какие аспекты языка и невербальные способности являются латерализованых, будь Есть какой-либо недостатки, связанные с нетипичной модели церебральной латерализации, и является ли церебральной латерализации развивается с возрастом. В прошлом исследователи заинтересованы в этих вопросах как правило, используют беспристрастности в качестве прокси-мера для церебральной латерализации, но это неудовлетворительно, поскольку беспристрастность только слабые и косвенный показатель латерализации когнитивных функций 1. Другие методы, такие как МРТ, являются дорогими для крупномасштабных исследований, а также не всегда возможно с детьми 2.
Здесь мы опишем использование функциональных транскраниальная ультразвуковая допплерография (ЧВКУ), как экономически эффективным, неинвазивным и надежным методом оценки церебральной латерализации. Процедура включает в себя измерение кровотока в средней мозговой артерии с помощью ультразвукового зонда размещены только в передней части уха. Наша работа основывается на работе Руне Aaslid, который совместно введен TCD в 1982 году, и Стефан Кнехт, Майкл Деппе и их коллеги из университета Мюнстера, который пионером в использовании одновременных измерений левой и правой средней мозговой кровоток артерии, и разработали метод коррекции для сердечной деятельности бить. Это дало возможность, чтобы увидеть явное увеличение левосторонний приток крови во время язык поколения, с латерализации согласившись также с полученным другими методами 3.
Средней мозговой артерии имеет очень широкий сосудистой территории (см. Рисунок 1) и метод не предоставляет полезную информацию о локализации в полушарии. Наш опыт показывает, что особенно чувствительными к задач, связанных с явной или неявной речи. Задача «золотым стандартом» является задачей генерации слов (например, думать, как много слов, как вы можете, которые начинаются с "B", письмо) 4, но это не подходит для маленьких детей, и другие с ограниченными навыками грамотности. По сравнению с другими методами визуализации мозга, ЧВКУ является относительно устойчивым к воздействию движения артефакты из говоря, и поэтому мы в состоянии получить надежный результат из задач, связанных с описанием фотографии вслух 5,6. Соответственно, мы разработали доброжелательного отношения к ребенку задачу, которая включает в себя, глядя на видео-клипы, которые рассказывают историю, а затем описания того, что было видно.
Protocol
1. Использование ЧВКУ для оценки языка латерализации у детей
- Где возможно, мы ознакомить ребенка с фотографий, изображающих персонажей из видео рассказы в отдельной сессии до введения их в доплеровского системы.
- Важно, что процедура включает в себя достаточное испытаний, чтобы получить надежную меру: в идеале 20 или больше, хотя мы получили полезные данные с всего лишь от 10 до 15 испытаний. Каждое испытание включает в себя период релаксации, для использования в качестве базового, а затем по языку активации. Скорости кровотока в период активации по сравнению с базовым уровнем. Мы нашли, что можно использовать период, пока ребенок пассивно наблюдает за 12-секундный видеоклип в качестве базового уровня. Это помогает избежать скуки. Базовые следуют 10 секунд ответ, в котором ребенок попросили описать, что произошло. Далее следуют 16 второго периода покоя.
- Сроки процедуры важно для того, чтобы обнаружить изменения в скорости кровотока вследствие метаболических требования, которые может занять до 7 секунд. Мы используем компьютеризированной задачи, написанные на презентации или Matlab, которые контролируют сроки осуществления каждого суда. Чрезвычайно важно, эти программы также посылать импульсы для аппаратного обеспечения, записей маркером в файле доплеровского данные указывают на наступление периода активации. Они используются в анализе данных, чтобы определить периоды базового уровня и потока крови активации.
- Мы используем Multi-доп систему, которая позволяет ультразвуковое записи с левой и правой сторон одновременно. Лучше всего у нескольких доп система настроена и готова идти до участника прибывает. Убедитесь, что зонды подключаются к Multi-доп системы перед включением. Убедитесь, что стимулом компьютер подключен через параллельный порт, к Multi-доп компьютер и импульсы от одной видны на друга. Обеспечить ФВЧ установлен в 300 Гц для обеих сторон и проверить глубину озвучивания (45-55 мм) и мощность сигнала. Система лимитов, установленных на различных параметров для обеспечения только безопасные уровни могут быть использованы.
- Участник код должен быть записан в нескольких доп файлов данных для того, чтобы условия, группы или демографические данные соответствия.
- Система должна быть приостановлена при подготовке проб. Каждый ультразвуковой зонд покрыт гелем, который обеспечивает контакт между датчиком и кожей. Используйте щедрое количество геля для поддержания лучшего контакта возможно.
- Теперь пришло время, чтобы начать сессию. Проверьте, правильно ли ребенок должен ходить в туалет перед началом! Мы демонстрируем гарнитуры использованием игрушечных животных, и убедитесь, что ребенок понимает, о том, что будет происходить, и что они будут просить сделать. Особенно важно, что они понимают необходимость сохранять спокойствие после периода активации, так что сигнал может вернуться к исходному уровню. Дети должны сидеть удобно, как полная задача может длиться от 20 до 30 минут и много валового движения тела может помешать доплеровского сигнала.
- Самая трудная часть процедуры позиционирования гель покрытые зондов. Новые пользователи должны знать, что это требует практики, чтобы стать экспертом в этой части процесса. Существует полезная компьютерного моделирования на Руне Aaslid, которые могут помочь с обучением
( http://www.transcranial.com/ ), но лучший способ узнать это, практикуя на друзей и коллег. После того как вы оценили около 10 человек, то вы начнете, чтобы найти его гораздо проще. Одна хорошая вещь о работе с детьми является то, что, как правило, легче найти сигнал от ребенка, чем взрослые, потому что у них тоньше череп. - Каждый зонд помещается на временное окно черепа с каждой стороны головы. Это самая тонкая часть кости в голове и обеспечивает лучший район, через который сигнал может быть получен из средней мозговой артерии. Эти окна могут быть найдены только вперед каждого уха. При работе с детьми, это может помочь уменьшить время настройки, если у вас есть два экспериментаторов, одна настройки каждого зонда. Большинство детей с удовольствием смотрю DVD во время этой части процедуры, но важно, чтобы контролировать поведение ребенка и убедиться, что они комфортно и расслабленно. Завершить сессию, если ребенок требует этого или если есть какие-либо признаки дистресса.
- Положение зондов затем скорректированы в целях insonate средней мозговой артерии. Это может занять несколько минут до удовлетворительного сигнала не будет найден. Этот сигнал имеет характерный звук, а также визуальный образец, который следует контролировать из нескольких доп компьютера.
- Характерный звук низкий уровень шума свист скорости сердцебиения участника. Характерных визуальных картина резкого роста следуют экспоненциальному падение от распада, который также повторяется в размере сердцебиения. Вы можете забрать деятельности от других кровеносных сосудов, в зависимости от Глубина озвучивания и направление зонда. Глубине примерно 45 до 50 мм обычно хорошо работает у детей. После того, как сильный сигнал был найден, уменьшить власть как можно больше, сохраняя при этом хороший сигнал. Получить также может быть увеличена до усиливать слабый сигнал.
- Как только сигналы для каждой средней мозговой артерии являются удовлетворительными, слуховые выход Multi-доп сигнал должен быть выключен, и процедура может начаться. Экспериментатор объясняет ребенку, что они будут смотреть видеоклип спокойно. Когда они видят, вопросительный знак появится на вашем компьютере, они должны сообщить экспериментатору столько, сколько они могут, что произошло в видео. Когда они видят картину мальчик собирается "тссс", они должны прекратить говорить сразу и спокойно сидеть ждать следующего видео, чтобы начать (см. рисунок 2 и. AVI примеры).
- Записывающих устройств, затем начал, то есть диктофон для слуховых реакций; вместе с Multi-доп система записи и управления компьютером стимул презентации.
- Работа экспериментатора затем контролировать ребенка и доплеровского сигнала), убедитесь, ребенок комфортно и внимание к задаче и б) обеспечить, чтобы подходящий сигнал сохраняется. Доплеровского сигнала гораздо менее чувствительны к движению, чем МРТ сигнал, но он все еще может быть нарушена валового движения тела, или, если зонд движется. Если сигнал становится значительно нарушено, на дисплее компьютера, должно быть приостановлено и зонды сброса соответствующим образом. Иногда это может быть необходимо применять более геля для того, чтобы получить восстановление удовлетворительного сигнала. Мы считаем, что тестирование детей, работает лучше всего, если один экспериментатор несет ответственность за сохранение ребенка на задачу и записывает то, что они говорят, и другие мониторы доплеровского сигнала.
- При экспериментальной процедуры закончены, Multi-доп записи может быть остановлен и зонды удалены. Это полезно иметь некоторые ткани доступны, чтобы удалить лишнюю геля.
- Исходных файлов данные обрабатываются, чтобы сравнить левую и правую доплеровский сигналов. Мы разработали собственное программное обеспечение Matlab на основе методов, разработанных Деппе 7. Эта обработка включает в себя вниз выборки данных и исправления для колебаниям из-за сердца. Одноместный испытаний исключены из анализа, если влево или вправо активации находится вне указанного диапазона, обычно от 70 до 130% от базовой скорости кровотока. Активации в этих испытаниях, вероятно, будут затронуты проблематично контакта зонда. На рисунке 3 показана активации по сравнению с зондом сигналов для хорошего сигнала, в то время рисунке 4, показывает случай, когда сигнал периодически теряется.
- По сравнению с базовой скорости кровотока, активизация в правый канал вычитается из левого, чтобы вычислить разницу активации (см. Рисунок 5). Латерализации Индекс рассчитывается как среднее значение разницы активации в течение одной секунды обе стороны от максимальной разницей в течение заранее определенного периода интерес. В этот период интерес составляет от 7 до 17 секунд после начала "говорить" команда, с указанием маркера послал с дисплея компьютера на нескольких доп файла данных. Поскольку разница активация левой минус правый каналы, позитивные индексы отражают латерализации левой латерализации и отрицательные отражают право.
2. Представитель Результаты
Рисунок 1:. Наружная поверхность полушария, показывая области поставляется церебральных артерий Розовый регион поставляется средней мозговой артерии. (От: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png )
Рисунок 2:. Схематическом плане первоначальных опытов с 12-секундный видео базовой линии, 10-секундный интервал ответа, и 16 второй фазе период отдыха, представляющих интерес для латерализации расчет также изображен.
Рисунок 3. Чистая записи данных сырых доплеровской скорости (см / сек) для Left (синий) и правый (красный) каналы Доплера от 130 до 150 секунд, в течение одного экспериментального сеанса. Каждый видимый импульс соответствует одно сердце биться. Событие маркер, указывающий начала стимула отображаются зеленым цветом.
Рисунок 4. Нарушение записи данных сырых доплеровской скорости (см / сек) для Left (синий) и правый (красный) каналы Доплера от 400 до 450 секунд, в течение одного экспериментального сеанса. Событие маркер, указывающий начала стимула отображаются зеленым цветом. Значительное свидетельство отсева видна для обоих каналов.
ftp_upload/2161/2161fig5.jpg "ALT =" Рисунок 5 "/>
Рисунок 5. Левый (синий) и правый (красный) канала (Panel) и левый минус правый разница (группа B) доплеровского Скорость (см / сек), усредненная по всем приемлемым испытаний для группы участников. Участников подают реплики на «Обсуждение" в 12 секунд и периода, представляющие интерес для латерализации расчет также изображены зеленым цветом. Серые полосы ошибки окружающих разница скорости в Группе B представляют стандартная ошибка среднего.
Ави примеров: видеофрагменты сказать "Freezefoot" историю можно скачать с сайта: http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm
Discussion
А также изучение нормального развития, мы используем ЧВКУ изучать язык латерализации у взрослых и детей с отклонениями в развитии языка и грамотности 8, 9. Мы также заинтересованы в разработке методов использования ЧВКУ для оценки латерализации зрительно-пространственные способности 10, 11.
Disclosures
Нет конфликта интересов объявлены.
Acknowledgments
Мы благодарим Hubertus Lohmann для обмена своим опытом в ЧВКУ техники. Эта работа финансировалась Wellcome Trust грантовой программы нет. 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).
