Summary
이전에 액세스할 수 없는 영역;에서 뇌의 연구 발전을 제공 하는 휴대용 neuroimaging 접근 (기능 가까운 적외선 분광학) 여기, 시골 코트디부아르. 혁신 방법 및 문화적으로 적절 한 neuroimaging 프로토콜의 개발에 중요 한 가난과 역 경을 함께 환경에서 두뇌의 개발 및 어린이 학습 결과의 소설 연구를 허용합니다.
Abstract
휴대용 neuroimaging 접근 뇌 기능 및 뇌 개발 이전 액세스할 수 인구와 원격 위치에서의 연구에 새로운 발전을 제공합니다. 이 종이 보여줍니다 필드 기능 가까운 적외선 분광학 (fNIRS) 이미징 하위의 연구의 개발 언어, 독서, 및 인지 발달 코트 디 부 아 르의 시골 마 속. 혁신 방법 및 문화적으로 적절 한 neuroimaging 프로토콜의 개발에 두뇌의 개발과 understudied 환경에서 어린이 학습 결과에 처음 모습을 수 있습니다. 이 종이 전송 하기 위한 프로토콜을 설명 하 고 모바일 실험실 설정 실험실 neuroimaging 대 분야에 대 한 고려 사항에 설명 합니다 및 선물 가이드 neuroimaging 개발에 대 한 동의 절차와 건물 의미 있는 장기 지방 정부 및 과학 파트너와의 협업 복잡 한 자식 개발 상황, 중요 한 가난과 역 경을 두뇌 발달에 영향을 포함 한 연구 휴대용 neuroimaging 메서드를 사용할 수 있습니다. 여기에 제시 된 프로토콜 코트디부아르, 코코아, 세계의 주요 소스에에서 사용 하기 위해 개발 되었습니다 그리고 자식 보고 코코아 부문에서 노동 하는 것은 일반적. 그러나, 약간 두뇌 개발 및 학습에서 아동 노동의 영향에 대 한 알려져 있다. 필드 neuroimaging 방법을 세계적으로 어린이의 개발과 같은 긴급 한 문제에 대 한 새로운 통찰력을 얻을 수가 있다.
Introduction
휴대용 fNIRS 이미징 공부 두뇌 기능 및 개발 실험실, understudied 인구 또는 액세스할 수 없는 이전 설정에서 외부 기능을 제공 한다. 인지 신경 과학의 도메인에 지식을 많이 이미징 연구 대학 또는 병원 실험실 설정에서 주로 서방 국가에서 온다. 이 연구에서 드물게-음성-의 문제에 기여 하는 디자인: 많은 두뇌에 대 한 알려 지는 무슨의 누구를 위해 (주로) 서방 국가 있는 실험실 설정을 액세스할 수 있습니다 참가자와 함께 연구 기반. 즉, 대부분의 neuroimaging 연구 neuroimaging 연구소에 적당 한 근접에서 살고 있고 모두 시간과 자원 연구에 참여 하는 데 필요한 참가자를 포함 한다. 학문, 인지 신경 과학 두뇌 개발 모양 요인 이해 목표로-1,2,3경험 어린이 환경 및 그들의 초기 생활의 강력한 효과 포함 하 여. 필드의 능력을 인간 경험의 풀러 범위에서 개발 공부를 미리 하는 방법 두뇌 개발 및 모양 인생 경험 사이의 복잡 한 관계의 이해를 사전 극적으로 수 있습니다.
이 종이 필드 neuroimaging 농촌 사하라 사막 이남의 아프리카, 특히 남부 코트디부아르에에서 사용 하기 위해 개발 된에 대 한 프로토콜을 제공 합니다. 이 필드 neuroimaging 연구 프로그램의 목표는 문 맹의 한 위험도 높은 환경에서 어린이 읽기 개발을 이해 했다. 코트 디 부 아 르의 청소년 (15-24 년) 문 맹 퇴치 율은 53%, 93% 초등 학교 등록 요금4에 불구 하 고. 코트디부아르 코코아, 세계의 주요 소스 이며 코코아 농업 부문5에 아이 노동자는 대략된 1.3 백만 있다. 그러나, 약간 두뇌 개발 및 학습, 특히 읽기 학습에서 아동 노동의 영향에 대 한 알려져 있다. 인지 신경 과학, 즉, 휴대용 neuroimaging 방법, 최신 도구를 적용 하는 것은 어린이 학습 결과에 대 한 귀중 한 통찰력 얻을 수 있습니다. 예를 들어 fNIRS와 필드 neuroimaging neurodevelopmental 기간 동안 식별 대상 교육 프로그램 또는 개입 어린이 학습 결과에 최대한 영향을 미칠 수 있습니다 수 있습니다.
fNIRS neuroimaging 연구에 적합 이다입니다. 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)와 마찬가지로, fNIRS 두뇌의 hemodynamic 응답6를 측정합니다. 그러나, fNIRS는 전자기 필드를 생성 하는 대신 optodes 및 빛 감지기 방출 빛의 일련을 사용 합니다. 금속 또는 테스트 지역 근처에 제한이 있으며 아무 전기 차폐 하는 것은 필요 하다, electroencephalography (뇌 파)에 대 한 경우. FNIRS의 주요 이점은 그것의 이동성 (즉, 일부 시스템 가방에 들어갈 수 있습니다) 및 사용의 용이성 이다. fNIRS는 또한 사용 하기 편한 아이 들; 아이가 편안 하 게 실험 기간 동안의 자에 장착 하 고 fNIRS 시스템 허용 잘 fMRI에 비해 운동. FMRI와 비교해, fNIRS 또한 deoxygenated (HbR) 및 산소 헤모글로빈 (HbO)의 별도 조치 중 제공 기록, fMRI는 결합 된 혈액 산소 수준 밀도 (BOLD) 측정 수율에 비해. fNIRS는 fMRI 우수한 시간적 해상도: 사이 다 수 샘플링 속도 ~ 7-15 Hz. fNIRS는 좋은 공간 해상도: 인간의 피에 기록의 fNIRS' 깊이 fMRI, 공부 적합 깊이에 약 3 ~ 4 cm 보다 작으면 대뇌 피 질의 기능, 유아와 성인3,7,8,,910보다 얇은 두개골 아이 특히.
이 필드 neuroimaging 프로토콜 함께 여행 및 낮은 리소스 상황에서 휴대용 neuroimaging 연구소를 설정 시 고려 사항 설명 합니다. 프로토콜은 또한 의미 있는, 장기 협력 지역 과학 파트너와 방법으로는이 방법은 지역 과학 능력을 구축 하는 역할의 본질을 강조 한다. 수집 하 고 언어, 독서, 및 인지 작업의 배터리 로부터 fNIRS 뇌 데이터 분석에 대 한 neuroimaging 프로토콜은 이미징 연구에 대 한 문화적으로 적절 한 동의 절차를 만들기 위한 권장 사항을 포함 하 여 보여 줍니다. 이 프로토콜은 시골 코트디부아르 아이 들 초등학교 세 인지 발달 연구를 위해 설계 되었습니다, 프로토콜 모든 필드 neuroimaging 연구 도전, 낮은 자원 환경에 대 한 관련성이 높은 고 소설에 대 한 적응 시킬 수 있다 컨텍스트입니다.
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Protocol
여기에 설명 된 모든 메서드는 델라웨어 대학교의 기관 검토 위원회 (IRB)에 의해 승인 되었습니다.
1. 모바일 실험실 전송 및 설치
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FNIRS 장비와 여행
- FNIRS 장비를 전송 합니다.
참고: fNIRS 장비는 주요 국제 항공사에 수하물 체크로 수송 될 수 있다 그러나 특정 항공사를 확인 하는 것이 필수적 이다. 장비 제한 근원 또는 목적지 국가 따라 달라질 수 있습니다. 또는, fNIRS 장비 발송 될 수 있다. - 가져오기 또는 도착 국가 대 한 fNIRS 장비와 여행에 대 한 절차를 알고 하 고 있는 경우, 적절 한 가져오기 승인 문서.
- 검사에 대 한 준비.
참고: (예를 들어, 교통 안전 국) 기관 위탁 수하물 검사 권리가 있습니다. 연약한 fNIRS 섬유 광학 검사 하는 동안 손상 될 수 있습니다. 모든 장비를 함께 적절 한 문서에 대 한 준비.
- FNIRS 장비를 전송 합니다.
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분야에서 필수적인 실험실 장비
- 기후 조건 필드에 대 한 준비.
참고: 필드에 온도 습도 조건 실험실 설정에서 크게 다를 수 있습니다 고 실험 중 참가자 안락 뿐만 아니라 장비 기능 및 장 수, 영향을 수 있습니다. 높은 습도 조건에서 운영 하는 전자 일반적으로 60% 이상는 부식에 더 감염 되기 쉬운 과도 한 습기 부품에 정착 하 고 금속 구성 요소와 반응 수 있습니다. (예를 들어, 대학 건물 내부)는 실내 연구실에서 습도 수준은 일반적으로 30-50% 사이. 남부 코트디부아르에 습도 80-95% 수 있습니다. 낮은 와트 요구와 휴대용 에어컨 단위를 설정 합니다. - 충분 한 전기 공급을 확인 하십시오. 전기 공급 전원 설정에 사용할 수 없습니다 때문에 간헐적으로 또는 부족 한 전력으로 작동 수 있습니다, 전원 휴대용 태양광 발전기를 작은 중간 크기의 전자를 사용 합니다. 사용할 수 있도록 한 디젤 엔진 발전기 백업 힘으로. 누가 농촌 상황에서 전기 공급 문제에 익숙한 현지 전기를 사용 합니다.
- 불투명 하 고 방수 지붕 및 벽 큰 사용자 지정된 텐트 등 최소한의 설정 시간으로 적당 한 실험실 구조를 준비 합니다.
주: 시설 (예를 들어, 로컬 학교에서 교실)를 사용할 수 없거나 방수 및 조용한 공간 테스트 제공 가능성이 없습니다.
- 기후 조건 필드에 대 한 준비.
- 휴대용 실험실 (그림 1) 설정
- 모바일 연구소 (예: 사용자 지정 된 텐트)를 조립 한다. 실험실은 충분히 큰 좌석 좌석 두 경험, 자극 프레 젠 테이 션 컴퓨터, fNIRS 데이터 수집 컴퓨터, fNIRS 휴대용 장치, 3 차원 (3D) 디지타이저 및 휴대용 책상, 참가자에 대 한 확인 에 어 컨디셔너입니다.
그림 1입니다. 설계도. 실험실 설치의 (A) 회로도 (B) 데이터 컬렉션에 대 한 참가자를 준비. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
2. 지역 연구 팀과 과학 파트너
- 과학적인 협력의 형성에 투자 하 고 현지 연구원에 게 연구 프레임 워크 내에서 기회를 제공.
- Inclusivity 목적 지역 과학 기관과 제휴를 설정 합니다. 현지 수준에 동료 로부터 인정을 받고 최종 연구 지역에서 찾는 의사 소통에 중요 하다.
- 어떤 연구 활동 권한 부여 및 라이센스를 받을 수 전에 관련 지방 자치 단체를 참조 하십시오. 대상 국가에 윤리적인 검토 절차와 familiarize 그리고 아무 공식적인 과학적 검토 절차가 장소에 사용 하는 경우 적절 한 숙박 시설을 만들.
참고: 예를 들어와 직접 통신 고 등 교육 및 연구 (또는 유사한 기관) 대표 로부터 승인을 할 수 있다 윤리적인 검토 절차를 대신.
3. 동 및 자식 동의
- 문화적으로 적절 한 이며 참가자, 그들의 가족, 및 지역 사회 연구 및 연구에 참여 하는 그들의 결정에 대 한 정보를 통해 동의 절차를 개발 합니다.
- 지방 풍습 및 일반적인 프로토콜 개발에서 역사를 검토 하 고 누구와 함께 연구 실시 해야 하는 그룹의 구성원을 포함 합니다.
- 연구를 진행 하기 전에 로컬 leader(s) (예를 들어, 마 장, 사회 장, 등)에서 명확한 동의 얻을 수 있는지 확인 합니다.
참고:이 수 수 표현 조상의 축복 또는 일반적인 지역 사회에 어떤 다른 방법으로. 마 최고에서 동의 후 문화 세관 지구에 와인을 붓는 고 승인 하 고 연구 활동을 축복 조상 포함할 수 있습니다.
- 연구를 진행 하기 전에 로컬 leader(s) (예를 들어, 마 장, 사회 장, 등)에서 명확한 동의 얻을 수 있는지 확인 합니다.
- 형식적인 수준에서 승인 학교 활동에 어린이 참여에 관한 결정에 대 한 책임을 부모와 교육자 그룹의 동의 추구 합니다. 예를 들어 부모 교사 그룹 ('위원회 회의 드 없이 d'Ecoles-COGES' 코트디부아르에서) 주요 이해 관계자 의사 결정 및에 그들의 관심사를 방어 하기 위해 학생의 부모에 의해 임명 하는 회원으로 구성 된 국가 기본 교육 시스템에는 다른 모든 측면 그들의 아 이들의 교육에 관련 된.
- 교육 또는 고 등 교육 및 연구의 예를 들어 빼는 정부 지방 자치 단체, 모든 연구 활동을 승인 합니다. 국가 프로젝트 소요 됩니다 장소에는 IRB 통해 윤리 승인에 대 한 공식적인 절차를 없을 수 있습니다. 연구를 위한 윤리적인 승인을 위한 올바른 프로토콜 수행 되는 확인 하는 규정을 확인 하십시오.
참고: 승인을 당시, 코트디부아르는 하지 않았다 공식적인 IRB 검토 과정. 이 대신 연구 팀은 IRB 신청서를 교육 과학기술부에 제출 유사 문서를 준비 하 여 진행. 여러 회의 등 교육, 교육부와 함께 배치 했다 그리고 모든 관계자, 그룹 토론 및 질문과 답변 세션 다음 어디 연구팀 발표 제안된 연구 연구 관리 계획. 윤리적인 승인 서명 된 문서를 특정 학교에 아이 들과 함께 연구를 실시 하는 허가 부여의 형태로 교육부에서 직접 얻은 것입니다. 이 연구는 델라웨어의 대학 IRB에서 윤리적인 승인을 받았습니다. - 어린이 동의 절차에 참여 어린이 들에 게 간단한 단어에 연구 목적을 설명 합니다. 지역 사회는 어린이 순종, 경우 아이 계속 문화 기대 때문에 그렇게 그들의 내키지 않음에도 불구 하 고 연구에 참여 또는 참여에 동의 수 있습니다 가치 높은 수 있습니다. 동의 절차 신중 하 게 연구에 자발적인 참여를 통신 하는 확인 하십시오.
- 명확 하 게 정의 연구 참가자 혜택 어떻게 그들은 연구에 참여에 대 한 보상을 받게 됩니다. 문화적으로 그리고 참가자에 대 한 보상은 적절 한 확인 합니다.
- 모든 동의 수행 하 고 절차의 일 원으로 훈련 연구 팀 멤버인 또한 언어와 문화적인 그룹의 참가자의 로컬 또는 선호 언어에 동의 합니다.
4입니다. fNIRS 두 피 배치 및 측정
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머리 측정 수집
- 참가자는의 자에 앉아 직접 머리 측정 하는 동안 예상 되는 과정을 설명 하 고.
- 사이의 거리를 측정 표준 테이프 측정을 사용 하 여: (1) 교정 및 머리, (2) 교정 및 중간 중앙 (Cz)11및 (3)의 맨 위에 왼쪽 및 오른쪽 귀 tragus 사이의 거리를 통해 머리의 정상 inion inion Cz 통해 머리입니다.
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FNIRS 모자 및 참가자의 머리에 optodes의 배치 3 , 8 , 9 , 12
- 장소는 참가자의 머리에 fNIRS optode 홀더 캡 뚜껑 두 피 위치11에 대 한 국제 10-20 시스템을 정렬. 모든 참가자에 대 한 동일한 모자 위치 인지 확인 합니다. 두 피 위치 (예: 프로브 홀더) 모자에 포인트를 맞춥니다.
참고: 예를 들어 frontopolar (FP) 위치를 머리에 캡의 전면 센터. 이 위치는 최고의 거리 교정 위치 등 교정-inion의 10%에 해당합니다. - 스트랩 모자를 확보 하 고 참가자가 편안 하 게 합니다.
- 장소는 참가자의 머리에 fNIRS optode 홀더 캡 뚜껑 두 피 위치11에 대 한 국제 10-20 시스템을 정렬. 모든 참가자에 대 한 동일한 모자 위치 인지 확인 합니다. 두 피 위치 (예: 프로브 홀더) 모자에 포인트를 맞춥니다.
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3D 디지타이저 측정
- 일단 뚜껑 위치에, 아직도 10 20 시스템 두 피 위치11 와 각 optode 자리 표시자 키의 3D 디지타이저 측정을 얻기 위해 위치에 앉아 참가자 지시.
- 3D 디지타이저 장치를 정렬 합니다. 참가자에 장소 하나 센서의 Cz에서 머리 및 부착 안전 하 게 (즉, 탄성 또는 머리를 사용 하 여 액세서리), 참가자의 뒤에 두 번째 블록 센서를 놓습니다. 참가자는 테이블에 그들의 뒤를 가진의 자에 앉아 보자. 직접 참가자의 머리의 뒤에 테이블에 두 번째 센서를 놓습니다. 어느 센서 확인 3D 디지타이저 측정을 얻기의 과정에서 이동.
- 데이터 수집 컴퓨터에 브레인 스토밍 소프트웨어13 를 엽니다. 3D 디지타이저 시스템은 적절 한 COM 포트를 통해 브레인 스토밍 소프트웨어와의 커뮤니케이션에 다는 것을 확인 하십시오.
- 이동 3D 디지타이저 스타일러스 각 프로브 위치에 키를 통해 10-20 시스템 위치 (교정, inion, 왼쪽된 귀, 오른쪽 귀, Cz). 각 위치에서 데이터 수집 컴퓨터에 브레인 스토밍 기능을 통해 위치 데이터를 가져옵니다.
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두 피에 빛 발광 optodes 및 탐지기 배치
- 3D 디지타이저 데이터 수집 후 직접 자극 프레 젠 테이 션 컴퓨터 앞에 편안 하 게 앉아있을 참가자.
- FNIRS 내장 된 소프트웨어를 사용 하 여 실험 디자인에 해당 하는 프로브 배열을 선택 합니다. fNIRS 프로브는 전체 머리를 충당 하기 위해 배치 될 수 있습니다 (즉, 머리 범위 전체), 또는 양자 택일로, 배열 관심의 일반적인 지구에 배치 될 수 있습니다. 예를 들어이 프로토콜 사용 10 x 3 프로브 배열 (30 프로브 10 프로브 3 행에 배열). 이 프로브 배열은 극대로 전 두 엽 (그림 2) 뿐만 아니라 좌 반구 언어 영역 및 그들의 오른쪽 반구 homologues 오버레이를 배치 했다.
- 각 프로브 (이 미터 및 검출기) 번호가 프로브 배열 지도에 해당 하는 번호 매기기 시스템 확인 합니다.
- fNIRS에서 optode 지도 사용 하 여 가이드로, 붙 박이 소프트웨어 뚜껑 열고 적절 한 optode 각 optode 장소. Optode 지도 각 optode (예를 들어, 10 x 3) 배열에서의 위치를 나타냅니다.
- optode의 팁과 참가자의 두 피에 직접 접촉을 보장 하기 위해의 머리를 이동 합니다.
- 모든 optodes 위치에 후에, fNIRS 시스템 내장 된 소프트웨어를 사용 하 여 신호 품질에 대 한 확인 합니다.
- 충분 한 신호 품질 달성 때까지 개별 프로브를 필요에 따라 조정 합니다. 일단 모든 optodes 신호 품질 검사 통과, 실험적인 작업으로 진행 합니다.
5. 실험 작업
- 실험 및 연구 목표에 맞춰 적절 한 수와 각 neuroimaging 작업 디자인. 이해 neuroimaging 작업 연구 목적에 따라 달라 집니다. 예를 들어 세 가지 작업이이 프로토콜에서 사용 되었다: (1) 언어 처리 및 읽기 작업, (2) 운율 심판 작업, 그리고 (3) 인 지적 유연성 작업.
참고: 운율 판단 작업의 절차 (그리고 대표 결과) 강조 표시 됩니다. - 소음 취소 헤드폰 염두 하지 fNIRS 프로브 위치와 방해 하는 참가자의 머리에 배치 합니다. 그 헤드폰 것 이다 참가자, 청각 음성 자극을 제공 뿐 아니라 모든 주변 소음을 차단 확인 하십시오.
참고: 소리 감쇠 룸에서 일어난다 일반적으로 실험실 테스트. 필드 실험실 테스트 같은 정도의 소음 제어를 제공 하지 않습니다 그리고 소음 취소 헤드폰 모든 참가자에 대 한 조용한 테스트 조건을 보장 수 있습니다. - 컴퓨터 모니터를 얼굴과 화면, 십자가에 흥분 하 고 실험 기간 동안 여전히 남아 참가자를 지시 합니다. 컴퓨터 화면에 모든 실험 작업을 현재.
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운율 판단 작업
- 영 기 헤드폰을 통해 제시 하는 단어 쌍 들을 참가자를 지시 합니다. 단어 쌍 안 운 (예를 들어, '고양이'-'모자' 또는 '고양이'-' 로그') 버튼을 눌러 키보드에 여부를 나타내기 위해 참가자 부탁 드립니다.
- 이 예제에서는 이벤트를 사용 하 여 디자인 관련. 참가자 전체 12 비-운율과 12 운 재판 지터 간 자극 간격의 8 그리고 17 s 사이 구분 하자.
참고: 작업 참가자에 대 한 적합 한 방식으로 만들어야 합니다. 여기 참조 연구, 언어, 인지, 그리고 매우 가난한 독자 했다 어린이 독서 개발 연구원 조사 했다. 독서 neuroimaging 작업 개발 최소한의 교육 능력을 가진 아이 대 한 적절 한 될 것 이라고 하는 단어. 뿐만 아니라, 어린이 독서 평가에 얻은 점수에 따라 neuroimaging 패러다임에 대 한 선정 됐다.
- 조명을 어둡게 하 고 내장 비디오 카메라에 참가자를 녹음 시작 합니다.
- FNIRS 데이터 fNIRS 명령 컴퓨터에 녹음을 시작 하 고 자극 프레 젠 테이 션 컴퓨터에서 작업을 시작.
- 모든 작업에 걸쳐 참가자 성능을 모니터링 합니다. 작업 및 실행 사이 휴식을 제공 합니다.
- FNIRS 명령 컴퓨터 수신 실험 자극 프레 젠 테이 션 컴퓨터에서 실행을 확인 합니다.
- 모든 작업의 끝에, 비디오 및 fNIRS 데이터 수집을 중지 합니다.
6. 후 실험 작업 측정
- 각 optode optode 홀더 캡에서 제거 합니다.
- 참가자의 머리에 optode 홀더 캡의 위치를 방해 하지 않고 두 번째 3D 디지타이저 측정을 얻을 수 있는 위치에 앉아 참가자 직접.
- FNIRS 두 피 배치에서 3D 디지타이저 측정을 반복 하 고 두 피에 어떤 중단 실험 기간 동안 위치를 조사할 수 있도록 측정 제 4 두 위치의 파일을 비교 하 여 검출 될 수 있다.
- 참가자의 머리에서 optode 홀더 캡을 제거 합니다.
- 실험의 끝에, 그들의 참여에 대 한 작은 선물 (예를 들어, 도 서 및 학 용품)와 승인 연구 팀의 참가자 들을 제공 합니다.
7. 데이터 보급 계획
- 커뮤니티 회원 및 관련 지방 자치 단체 조사 문제를 해결 하는 정책으로 그들의 최종 번역에 대 한 연구 결과 공유.
참고: 참가자 실험에서 직접 도움이 되지 않을 수 있습니다. - 참가 지역 사회를 후속 방문에 대 한 계획을 확인 합니다. 보고서 및 현지 교육자 사용할 수 있는 도구를 준비 합니다. 예를 들어 현지 언어로 만든 어떤 평가 여야 한다 사용할 수 있는 지역에서 학교 관계자. 연구 결과 의사 소통을 위해 지역 사회 지도자와만 나 현지 언어를 말하는 연구 팀의 구성원을 준비.
- 해당 하는 경우 지역 언어에서 지역 학술 저널에 연구 결과 게시 하는 계획을 확인 합니다. 예를 들어 연구 결과 연구 Francophone 국가에서 실시 하는 경우 프랑스어에서 메시지를 전파 한다.
- 와 나 연구 프로그램에 대 한 승인을 부여 하는 정부의 분 지에 연구 결과의 보고서를 제공 하는 계획을 확인 합니다.
8. 백업 데이터
- 온라인 데이터 스토리지에 대 한 인터넷 액세스는 사용 가능할 것으로 데이터는 수출 하 고 여러 휴대용 하드 드라이브에 백업 하는 확인 하십시오. 충분 한 인터넷 연결 사용할 수로 온라인 데이터 저장소에 데이터를 전송.
9. 데이터 분석
참고: 여러 데이터 분석 패키지 fNIRS14존재합니다. 통계 파라미터 매핑 근처-적외선 분광학 (적외선-SPM)15 , Homer216 (널리 이용 되는), 및 fNIRS 도구 상자 17,18 (새로운 얻고 인기)에 대 한 fNIRS 데이터 분석에 사용 됩니다. 이 프로토콜 적외선 SPM을 사용 하 여 데이터 분석 방법을 검토 하지만 분석의 선호 되는 방법 선택 하 연구원의 재량.
- 버전 415,19적외선 SPM을 사용 하 여 fNIRS 시스템에서 데이터를 분석 합니다. Neuroimaging 스위트 SPM8 (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)에 대 한이 도구 상자 일반 선형 모델 기반 분석 방식으로 적외선 데이터를 분석 하 고 활성화 지도 슈퍼 해상도 지역화의 창조에 대 한 수 있습니다.
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HbO와 HbR 데이터 변환
- (적외선-SPM)와 수정된 맥주 램버트 방정식을 사용 하 여 광학 밀도 값 농도 변화 HbO 및 HbR 응답으로 변환 하.
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데이터 전처리
- 존재 하는 여러 옵션 중 하나를 사용 하 여 fNIRS 데이터를 전처리 합니다.
참고: Huppert 외. 17 잡음16의 다른 소스에 대 한 매우 엄격한 방법 제안. 데이터 (예, 호흡, 혈압, 심장 박동)에서 모션 아티팩트, 대역 통과 필터링 기술, 그리고 생리 적 간섭에 대 한 공간 공분산 eigenvector 기반 감소 감소 eigenvector 기반 포함 됩니다. 그들은 또한 fNIRS 연구 및 통계 분석에 대 한 의미에 소음에 대 한 철저 한 논평을 공유합니다. FNIRS 연구원은 주어진된 연구에 가장 적합 한 전처리 응용 프로그램을 조사 해야 합니다. 아래 분석 접근 모델로 Worsely Friston20 와 장 외. 19 제공 됩니다. - 글로벌 트렌드 인 호흡, 혈압 변화, vasomotion, 또는 참가자 이동 유물을 제거 하기 위해 웨이 블 릿 최소 설명 길이 (MDL) detrending 알고리즘을 사용 하는 HbO와 HbR 농도에 변화를 분해 신호 대 잡음 비율19향상.
- 데이터를 사용 하 여 hemodynamic 응답 기능은의 모양으로 로우 패스 필터를 적용는 Worsely 및 Friston20 precoloring 시간 상관 관계를 제거 하는 방법.
- 존재 하는 여러 옵션 중 하나를 사용 하 여 fNIRS 데이터를 전처리 합니다.
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모델 생성 및 통계 분석
- Hbo가 실험적인 회귀 시간 파생 상품21해당 hemodynamic 응답 함수 convolved를 포함 하는 HbR에 대 한 모델을 생성 합니다.
참고: hemodynamic 응답 기능은 더 높은 대뇌 피 질의 영역에 참가자에 걸쳐 큰 변화를 가질 수 있습니다. 이러한 유형의 다양성 HRF 임시 파생 상품을 포함 하도록 확장 하 여 분석 모델에 가질 수 있습니다. 사용 하 여 모델 차이 시간에 시간적 파생 hemodynamic 응답21피크. - 모델을 만들는 HbO와 HbR HbO에 맞는 중요 한 모델 나타냅니다 농도 증가 있도록 극성 반대와 HbR 사용 적외선 SPM 농도5,18감소.
- 실험적 관련 t설정-테스트 또는 F-fNIRS 시계열 데이터의 변조에 하나 (또는 여러) 회귀 (주어진 디자인 매트릭스)의 효과 대 한 테스트를 대조를 테스트.
- Hbo가 실험적인 회귀 시간 파생 상품21해당 hemodynamic 응답 함수 convolved를 포함 하는 HbR에 대 한 모델을 생성 합니다.
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결과 시각화
- 3D 디지타이저에서 데이터를 사용 하 여 몬트리올 신경학 연구소 (MNI) 공간을 적외선 채널의 공간 등록을 수행 합니다.
- 등록 된 fNIRS 데이터를 사용 하 여 활성화 HbO, HbR, 및 일반 선형 모델 및 Sun의 관 수식 수정22,23에 따라 총 헤모글로빈 (THb)의 지도 만들.
- 적절 한 두뇌 서식 파일에 활성화 지도 로드 합니다. 예를 들어 최근 킨 소아 뇌 아틀라스 어린이 6-12 세의 나이24에 대 한 표준화 된 서식 파일을 제공합니다.
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Representative Results
프로브 위치 데이터 3D 디지타이저 (그림 2)에 의해 얻어진 표준 뇌 서식 파일에 구상 될 수 있다. MNI 공간 적외선-SPM의 독립형 등록 기능25를 사용 하 여 fNIRS 채널을 등록 합니다. 공간 등록 기능 생성 MNI 좌표, 해 부, 레이블과 Brodmann 영역 극대로 각 채널에 의해 표시 합니다.
그림 2입니다. 데이터 컬렉션. (A) 참가자의 머리와 3D 디지타이저를 사용 하 여 위치 데이터의 수집에 있는 fNIRS 캡의 배치. (B) 국제 10-20 시스템 참가자의 머리에 뚜껑의 위치를 안내 하는 데 사용. (C) 공간 지역화 알고리즘 플로팅 x, y, z 좌표 데이터 MNI 뇌 서식 파일에. 적외선-SPM15,,19253D 디지타이저 데이터를 사용 하 여 독립 실행형 적외선 등록 중에 생성 된 이미지입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
프로브 위치 데이터 또한 피 질 표면 템플릿 또는 해 부 MRI 템플릿 브레인스토밍 소프트웨어 (그림 3)를 사용 하 여 구상 될 수 있다.
그림 3. fNIRS 프로브. fNIRS 프로브는 피 질 및 (B) MNI 해부학 MRI 서식 파일의 표면 (A)에 시각. 왼쪽, 등, 및 오른쪽 보기 되 게 됩니다. 브레인 스토밍 소프트웨어13를 사용 하 여 생성 하는 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
여기, 운율 판단 작업에서 대표적인 데이터 (그림 4) 표시 됩니다. 참가자 들은 두 개의 동일 하 게 구성 되어 실행이이 작업의 완료. 각 실행 포함 13 재판; 운 및 비 운율 재판 명령 무작위로 했다.
그림 4입니다. 디자인 작업. 운율 판단 작업 계획 표시 됩니다. 참가자는 지속적으로 정기적으로 프랑스 운율을 들으면서 크로스 고정 볼 또는 비 운율 단어 쌍. 작업에서 두 개의 실행 완료 되었다, 각 13 재판의 구성. 13 비 운율 시련과 운율 13 무작위로 제시 했다. 각 재판 지속 3 s; 1 단어 1 s s ISI. 시험, 8 월 17 일 s. 지속 사이 휴식 기간의 프레 젠 테이 션을 지터 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
3D 위치 데이터와 데이터와 결합 했다 fNIRS 분석을 위한 시계열 데이터 (그림 5) 표준 뇌 템플릿 (그림 6)에 실험 관련 중요 한 신경 활성화 패턴을 지도 하기 위하여 실험적인 디자인. 대표 단일 주제 데이터와 결과 그림 5 와 그림 6에 표시 됩니다.
그림 5입니다. 한 fNIRS 채널에서 대표적인 시계열 데이터. (A) 원시 시계열 데이터 해당 정규화 되지 전체 작업 기간 (운율 심판 작업, 첫 번째 실행), 하. (B) 잔물결 트렌딩을 사용 하 여 시계열 데이터 필터링. 운 및 비 운율 재판 견고 하 고 점선 상자-자동차, 각각 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
이 주제 운율 나머지 (크로스 초기 고정)와 비교 하는 실험 하는 동안 왼쪽된 반구 우수한 시간적 이랑 (STG)에 큰 활성화를 보여주었다. 재판을 운율에 대 한 평균된 HbO 및 HbR 응답 표시 정식 hemodynamic 응답: HbO 농도 증가 하 고 감소 하는 HbR 농도 자극 프레 젠 테이 션을 다음 해당.
그림 6입니다. 대표 단일 주제 결과. (A) 큰 활성화 기준선 (크로스 고정) 왼쪽된 반구에 대 한 재판을 운율에 대 한 관찰은 우수한 시간적 이랑 (STG)의 후부 부분을 오버레이. 적외선-SPM15,,1925를 사용 하 여 적외선 결과 단계 중에 생성 된 이미지입니다. (B) 운율 (운율 단어 쌍 자극) 실험 동안 HbO (빨강) 및 HbR (블루)에 대 한 이벤트 관련 파형을 평균. Xu Cui의 플롯 average 함수26를 사용 하 여 생성 하는 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
단일 주제 결과 ( 그림 7참조) 참가자 사이 달랐다. 이 개별 변형 기본 기능 차이 또는 특정 두뇌 네트워크의 조직에서 발달 차이 반영 수 있습니다. 예를 들어 운 재판; 대 비 운율 중 왼쪽된 열 등 한 정면 뇌 영역에서 1 보여준된 큰 활성화를 주제 반면 같은 실험적인 대비 (비-운율 운율 재판 대) 중 왼쪽된 STG 지역에서 주제 2 큰 보였다 활성화.
그림 7입니다. 대표 단일 주제 동일한 대비에 대 한 두 명의 다른 참가자 결과. 왼쪽된 반구에 재판 운율 대 비 운율에 대 한 큰 활성화 둘 다 A에 표시 되 고 B. (A) 주제 1 왼쪽된 열 등 한 정면 뇌에 큰 활성화를 보여주었다. (B) 주제 2 왼쪽된 우수한 시간적 이랑 큰 활성화를 보여주었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
이 종이 적합-원격 위치에서 낮은 리소스 컨텍스트 필드 neuroimaging 프로토콜을 제시. 이 필드 neuroimaging 프로토콜의 주요 사전 두뇌 기능을 공부 하는 처음 수 이며 그 개발에 understudied (또는 절대-공부 하기 전에) 컨텍스트. 이 프로토콜의 중요 한 단계와 여행 등 모바일 실험실 전기 또는 사용 가능한 시설 없이 열 대 기후에서 품질 데이터 수집에 적합 한 설정입니다. 이 프로토콜 로컬 과학, 교육, 및 정부 기관와 강력한 파트너십을 형성 하는 일반적인 가이드를 제공 하 고 우리 사이 성공적인 장기 파트너십 형성 될 때 발생 하는 상호 지식 이전을 강조 지역 및 방문 과학자입니다. 문화적으로 적절 한 동의 절차와 테스트 프로토콜의 개발에 대 한 지침 연구 방법에서 여러 문화적 관점을 통합의 목표와 함께 설명 되어 있습니다. 마지막으로,이 프로토콜 필드 데이터 수집 및 데이터 분석에 대 한 자세한 단계를 제공합니다.
지역 과학 참여 및 용량 구축 하기 위한 기회:
그들은 그들의 연구를 완료 하는 때 지역, 특히 주니어 연구자 코트디부아르에 직면 하는 주요 과제 중 하나는 실제적인 연구 경험 경험 있는 연구원 멘토 및 국제에 대 한 기회의 부족 공동 작업자입니다. 이 위해 연구원 관련 징계 배경에서 지역 연구와 함께 강력한 협력을 구축 하는 모든 노력 하 고 모든 수준 (학부, 대학원, 박사)에서 연수생을 포함 해야 합니다. 연수생은 독립적으로 작동 하 고 추가 연구를이 경험에서 얻은 통찰력을 활용할 수 있습니다. 이 경험 연구로 그들의 용량을 구축 하 고 국제 수준 연구 제안 및 서류를 작성 하 고 보조금 신청에서 그들의 경쟁력을 개발 하는 디딤돌을 수도 있습니다. 지역 사회적, 문화적 가치와 시스템, 지역의 지리적 지식 뿐만 아니라 사용 하는 지역 언어 지역 연구원 모를 가장으로 제외 지역 연구원 연구 팀 성공의 기회를 감소 할 수 있습니다. 그들의 기여는 따라서 매우 중요 한 지역 현실을 이해 하 고 성공적인 연구 프로젝트에 대 한 문화적으로 적합 한 프로토콜 설계 이다.
문화적으로 적절 한 연구 방법:
코트디부아르에서 구체적으로 농촌 설정에 연구 동의 프로토콜의 개발이 중요 하 고 적절 한 방식을 채택 하는 실패도 선의 연구의 성공적인 공적을 억제할 수 있는 고 과학적으로 강력한27,,2829,30,31. 일반적으로, 전원 설정에서 코트 디 부 아 르에, 동의서를 읽고 그것을 서명 하는 주민 요구 깰 수 연구원와 참가자 사이 건물 어떤 신뢰. 실제로,이 절차의 인식된 형식 참가자의 마음에 심리적 거리와 불안의 느낌을 만들 수 있습니다. 이 명확 하 고 또는 표현 되지 않는 비 열 공동 작업에서 발생할 수 있습니다. 이 태도 구두 전통에 의하여 통신은 된 것 보다 더 구강의 오랜 역사와 대상 커뮤니티에서 찾을 수 있는 문 맹의 높은 속도 포함 한 많은 요인에 의해 설명 될 수 있다. 전원 설정에서 지역 사회 그들의 최고를 신뢰 하 고 그의 의사 결정 능력에 의존. 따라서, 제시 프로토콜 통합 지역 사회 수준에 마의 동의. 이것은 틀림 없이 개별 동의 보다 더 문화적으로 중요 한입니다. 참가자와 지역 사회 구성원 했다 할 수 있습니다 또한, 제한 또는 neuroimaging 기술 이나 컴퓨터에 아무 노출. 따라서, 연구원은 고려 동의 절차 및 지침, 오해 될 수 있습니다 필요 합니다. FNIRS 시스템의 기능 어린이 참가자와 지역 사회 구성원 매우 했다 할 수 있습니다 누구에 의해 위치에 적절 한 언어를 쉽게 이해할 수 있는 전달 한다 기술에 노출 제한. 이러한 고려 사항 강력 하 게 편안 하 고 필드 neuroimaging 연구 프로젝트에 참여 하는 모든 커뮤니티 회원의 자신감에 영향을 미칠 수 있습니다.
여기에 제시 된 프로토콜은 또한 지역 사회 구성원 및 정부 파트너와 연구 결과 공유의 중요성을 강조 했다. 파트너십 구축 정책으로 연구 결과의 최종 번역에 지속적인된 대화 원조. 게시물 유포 하 연구 결과 및 보고서 제공, 연구 (예를 들어, 로컬 언어로 평가)에서 발생 하는 모든 도구를 공유 하는 가능 하 게, 방문 하는 데이터 컬렉션 필드를 정렬 하는 것이 필수적입니다. 농촌 설정에 참여 커뮤니티 결코 그렇지 않으면 연구 완료 및 인터넷 서비스 컴퓨터의 부족 주어진 결과 대 한 정보를 받을 수 있습니다. 마찬가지로, 국가 있는 연구원은 학술 저널 구독 및 지역 대학에서 가난한 인터넷 연결에 대 한 액세스를 제한 수 있습니다. 게시 된 결과 지역 포럼에서 공유 하 고 액세스할 수 있는 언어로 제공 한다.
제한 및 잠재적인 문제:
이 필드 neuroimaging 프로토콜 계획된 데이터 수집 사이트에 맞게 수정 해야 합니다. 초등 학교와 연구 세 시골 코트디부아르 아이 들 여기에 제시 된 프로토콜 개발 되었습니다. 그러나, 여기에 설명 된 방법을 다른 국가 또는 코트 디 부 아 르의 다른 지역에서 동의 절차에 관하여 특히 적합 한 않을 수 있습니다. 필드 neuroimaging 수행을 목표로 하는 연구 해야 합니다 먼저 신중 하 게 연구 지방 풍습 및 통합 로컬 관점 연구 디자인에. 따라서, 연구 팀 연구 디자인에 지역 문화 그룹에서 멤버를 포함 해야 합니다.
필드 neuroimaging 실험실 방법에 비해 제한이 있다. 중요 한 것은, 테스트 환경 제어 분야에서 상당히 감소 된다. 필드 neuroimaging 연구는 확장된 데이터 수집 여행을 계획 해야 합니다. 열 대 비가, 열 대 질병, 시민을 계약의 위험 파업, 그리고 정치 불안 크게 연구 계획에 영향을 수 있습니다. 연구원은 충분 한 지역에서 보안 수준을 확인 하 고 보안 수준에 영향을 미칠 수 있는 모든 상황에 대 한 업데이트를 모니터링 해야 합니다. 보안 수준에 관하여 특히 팀 구성원 간의 지속적인 통신 잠재적인 위험을 줄일 수 있습니다.
미래의 응용 프로그램 및 기존 방법에 관련성:
이 필드 neuroimaging 메서드를 사용 하 여 초기 위험 세계 보건 설정에서 유아 및 아동 발달에 미치는 영향을 평가에 적용할 수 있습니다. 연구팀은 농촌 감비아에서 아동 발달 및 방글라데시32에서 도시 슬 럼 공부 하이 접근을 사용 하 여 시작 했습니다. 다카에서 도시 빈민가에서 연구원은 사용 하는 fNIRS 요인 영양 및 위생 등 성장 및 두뇌 개발33에 어떻게 공헌 하는지 검사. 시골 감비아, 연구팀은 유아의 인지 기능을 연구 하 고 그 fNIRS는 자원 가난한 설정34,35가능한 이미징 도구 증명 fNIRS을 이용 했다. 이러한 작업 개발 세계에 어울리지 않게 영양 실 조와 가난한 위생에 의해 영향을 받는 어린이의 개발에 새로운 통찰력을 약속 한다. 휴대용 neuroimaging 기술 더 접근 가능 하 고 따라서 필드 neuroimaging 엄격한 방법에 대 한 필요성을 강조 하는 낮은 리소스 환경에서 연구에 적용 되기 위해 계속.
결론:
휴대용 neuroimaging 시스템 배터리 공급 전원에 기능을 기능을 사용할 수 있게 최근에 있다. 이러한 기술은 비교적 새로운 이기 때문에, 배터리 시스템 발전 지속적인 개선을 제공할 것입니다. 이러한 도구를 사용 하 여 연구 프로그램을 개발 하는 국제적인 과학자의 다양 한 커뮤니티 테스트 환경의 향상 된 제어를 제공 하려면 모바일 실험실 설정 최적화 의심할 여 지 없이 합니다. 국제 및 지역 과학자와 지역 사회 사이 의미 있는 참여 연구 집단의 구성원 연구 프로그램의 개발에 적극적인 역할을 해야 하 고 그들의 지역 사회에 대 한 관심사를 대표를 보장할 수 있습니다. 이러한 협업 및 통합 연구 팀만 위치 해 모든 인간의 두뇌 개발, 연구 분야 neuroimaging 방법을 적용 하 고 가장 이해 목적에서 모두 이론적으로 그리고 실질적으로-관련 정보를 공개 긴급 아이 개발 문제.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 연구에 K. Jasinska 제이콥스 재단 초기 경력 교제를 통해 가능 하 게 되었다 (화목 수: 2015 118455). 저자는 또한 인정 악 셀 Blahoua, Fabrice Tanoh, 아리안 아 몬, 브라이스 Kanga, Yvette 사진 데이터 수집 및 현장 지원에 그들의 지원을 하고자 합니다. 이 연구 프로그램 및 마 따뜻한 환대에 그들의 참여에 대 한 Moapé, Ananguié, Affery, 및 Becouefin의 어린이와 가족 특별.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| LIGHTNIRS Main Unit Pack 120V | Shimadzu | 292-34000-42 | Component of the fNIRS system |
| HOLDER ASSY, ALL- CAP | Shimadzu | 594-07618-01 | Component of the fNIRS system |
| LIGHTNIRS connection cable | Shimadzu | 567-10976-11 | fNIRS system component |
| Fiber set for LIGHTNIRS, 1m (8 sets) | Shimadzu | 567-11350-01 | fNIRS system component |
| Dell Latitude Laptop | Shimadzu (from Dell) | 220-97322-00 | Master computer to run fNIRS applications |
| PATRIOT SEU (System Electronics Unit) | POLHEMUS | 1A0453-001 | PATRIOT System component |
| Power Supply | POLHEMUS | 2C0809 | PATRIOT System component |
| Power Supply cord | POLHEMUS | 17500B-BLK | PATRIOT System component |
| RS-232 null modem cable | POLHEMUS | 1C0288 | PATRIOT System component |
| USB cable | POLHEMUS | 1C0289 | PATRIOT System component |
| RX2 Sensor 10' cable | POLHEMUS | 4A0492-20 | PATRIOT System component |
| TX2 Source 10' cable | POLHEMUS | 4A0506-20 | PATRIOT System component |
References
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