Denne artikel introducerer en børnevenlig forskning protokol udviklet til at forbedre datakvaliteten ved at reducere hoved bevægelse under pediatric magnetoencephalography (MEG). Vi stifte familier med MEG miljø, træne børn til at forblive stadig bruger en MEG simulator, og korrigere for resterende hoved bevægelse artefakter ved hjælp af en real-time hoved bevægelse opdagelse ordning.
Magnetoencephalography (MEG) er en non-invasiv neuroimaging teknik, som direkte måler magnetiske felter produceret af den elektriske aktivitet i den menneskelige hjerne. MEG er rolig og mindre tilbøjelige til at fremkalde klaustrofobi sammenlignet med magnetisk resonans imaging (MR). Det er derfor et lovende redskab for at undersøge hjernefunktion hos småbørn. Analyse af MEG data fra pædiatriske populationer er imidlertid ofte kompliceret hoved bevægelse artefakter, der opstår som følge af kravet om et rumligt fast sensor array, der ikke er anbragt til barnets hoved. Minimere hoved bevægelser under MEG sessioner kan være særligt udfordrende, som små børn er ofte ude af stand til at forblive stadig under eksperimentelle opgaver. Protokollen præsenteres her har til formål at reducere hoved bevægelse artefakter under pediatric MEG scanning. Inden du besøger MEG laboratorium, tilbydes familier med ressourcer, der forklarer MEG system og de eksperimentelle procedurer i enkle, tilgængelige sprog. En MEG kendskab session er gennemført, hvor børn er bekendt med både forskere og MEG procedurer. De er så uddannet til at holde hovedet stadig selv liggende i en MEG simulator. For at hjælpe børn føler sig veltilpas i romanen MEG miljø, er alle procedurer forklares gennem fortælling af en mission i rummet. For at minimere hovedet bevægelse på grund af rastløshed, børn er uddannet og vurderet ved hjælp af sjov og engagerende eksperimentelle paradigmer. Derudover er børns resterende hoved bevægelse artefakter kompenseret for i løbet af data erhvervelse session ved hjælp af en real-time hoved bevægelse tracking system. Gennemførelsen af disse børnevenlige procedurer er vigtigt for at forbedre datakvaliteten, minimere deltager udmattelseskrig priser i longitudinelle studier og sikre, at familier har en positiv forskningserfaring.
Magnetoencephalography (MEG) er en non-invasiv funktionelle neuroimaging teknik, som måler magnetiske felter produceret af den elektriske aktivitet i den menneskelige hjerne1,2. MEG tilbyder fremragende tidsmæssige opløsning og overlegen rumlige opløsning sammenlignet med electroencefalografi (EEG) på grund af manglende signal udtværing fra de biologiske væv mellem hjernen kilder og sensorer. Derudover indebærer MEG ikke udsættelse for høje lyde, stråling eller magnetiske felter. Set-up tid er hurtig og deltagere kan ledsages af en forælder eller omsorgsperson i hele test. Taget sammen, gør disse funktioner MEG et lovende redskab for at undersøge udviklingen af typiske og atypiske hjernefunktion i unge børn2.
For at måle hjernens svar ved hjælp af MEG, skal forskning deltagere indsætte deres hoveder i hjelm boliger en fast vifte af superledende sensorer. Det er afgørende, at deltagerne holder hovedet stadig hele MEG optagelse, som ændringer i hoved stilling i forhold til sensorerne både nedbrydes neuromagnetic signal distribution og hindre nøjagtige kilde skøn. Unøjagtige kilde skøn uundgåeligt fører til unøjagtige statistiske slutninger i kilde magt, funktionelle forbindelse og netværk analyser3.
Minimere hovedet bevægelse kan være særligt udfordrende under pediatric MEG vurdering af en række årsager. Først, vurdering af små børn i en voksen MEG system er problematisk, da børnenes hoveder er meget mindre end hos voksne, og den øgede plads mellem hjelmen og barnets hovedbund giver mulighed for uhindret hoved bevægelse. Andet, Roman MEG miljø — en stor maskine låst inde i en Vinduer magnetisk afskærmet rum — kan være skræmmende for mindre børn, og hovedet bevægelse kan være en konsekvens af ængstelighed. Tredje, uden uddannelse, børn kan ikke fuldt ud forstå eller forpligtelsen til at forblive stadig for varigheden af forsøget. Endelig, børn, der har en begrænset kapacitet til at tåle kedsomhed kan synes, at nogle MEG eksperimenter tager for lang tid eller er kedelig, resulterer i rastløshed og hoved bevægelse artefakter.
For at tackle den mangeårige udfordring af hoved bevægelse i pediatric MEG forskning, præsenterer denne artikel de seneste hardware og metodologiske fremskridt, der er implementeret i den børnevenlige MEG protokol bruges på KIT-Macquarie Brain Research Laboratory ( Macquarie University, Sydney, Australien). Som beskrevet i en tidligere papir fra dette laboratorium4, problemerne med brugen af en løstsiddende voksen-størrelse hjelm dewar har løst ved at installere en verden-første, hele-head pediatric MEG system med en skræddersyet hjelm dewar til bedre passe lederne af små børn i alderen ca tre til seks år. Denne hardware tilpasning forbedrer signal-støj-forholdet, da sensorerne er fysisk tættere, i gennemsnit, at barnets hovedbunden5,6. Mere nylig, KIT-Macquarie Brain Research Laboratory har udviklet flere nye og nye procedurer for at overvinde de førnævnte fortilfælde af hoved bevægelse og dermed at forbedre datakvaliteten.
Alle procedurer i denne protokol er forklaret gennem en fortælling som barn deltager aktivt engagerer sig i en “astronaut plads mission”. Denne fortælling sikrer, at barnets MEG forskningserfaring er ikke kun mindre truende, men også spændende. Gennemførelsen af disse procedurer ind en børnevenlige MEG protokol er vigtig for at forbedre datakvaliteten, minimere deltager udmattelseskrig priser i longitudinelle studier og sikre, at familier har en positiv oplevelse i deres forskning deltagelse.
I de seneste år, fastslået MEG blev som en værdifuld non-invasiv neuroimaging teknik for at undersøge de neurale mekanismer bag hjerne udvikling1. Men i scanner hoved bevægelser udgør en berygtet hindring for at opnå god kvalitet MEG data, især når de vurderer pædiatriske populationer. For at løse dette problem, præsenteres denne artikel en pediatric MEG forskning protokol, som bygger på procedurerne beskrevet i en tidligere papir fra KIT-Macquarie Brain Research Laboratory 4.
De kritiske procedurer omfatter (1) give børn med MEG fortrolighed ressourcer, som de kan lære om MEG eksperiment forud for besøg laboratoriet, som omfatter en børnevenlig forskning artikel7 forklarer MEG system og den magnetisk afskærmet rum (MSR), en story-board skitserer 10 enkle trin for at fuldføre MEG eksperiment (tillægs figur 1), og en MEG informationsskema for forældre og pårørende (tillægs figur 2); (2) forud for MEG erhvervelse session med en fortrolighed sessionen, hvori børn er bekendt med MEG procedurer og er uddannet til at holde deres hoveder stille, medens liggende inde en MEG simulator; (3) ved hjælp af passive eller “gamified” eksperimentelle paradigmer for at minimere hovedet bevægelse på grund af kedsomhed og rastløshed; og (4) tracking igangværende hoved bevægelser under online dataopsamling ved hjælp af en Real-Time hoved bevægelse (ReTHM) system9. Oplysningerne fra ReTHM kan bruges til at foretage offline korrektion af hoved bevægelse artefakter, når forbehandling MEG data.
Erhvervelse af høj kvalitet MEG data afhænger kritisk af barnet føle sig tryg i den roman MEG miljø. For at fremme denne følelse af lethed, opfordres forskere til at afsætte tid til at sætte børn og deres familier med MEG miljø og procedurer før påbegyndelse dataopsamling. Dette kan opnås gennem tilbyder børn og deres forældre MEG ressourcer, der forklarer MEG procedurerne i enkle, tilgængelige sprog. Derudover kan familier blive inviteret til at besøge MEG laboratorium før data erhvervelse session til at opfylde forskerne og praksis MEG testprocedurer. Gennem træning på MEG simulator lærer børn implicit vigtigheden af at holde deres hoveder stille, medens liggende i MEG. Mens MEG fortrolighed kræver både forskerne og familier at afsætte yderligere tid til dataindsamlingsprocessen, fordelene ved at forbedre MEG datakvalitet, samt minimere den tid og omkostninger at gennemføre efterfølgende MEG data erhvervelse sessioner, velsagtens opvejer denne ulempe. Derudover kan ydeevne og overholdelse under kendskab session bruges til at angive, om barnet er eller ikke er egnet til at invitere tilbage til en faktiske MEG data erhvervelse session.
For at minimere i scanner hoved bevægelse på grund af rastløshed, er det bedre at bruge en passiv eksperimentelle paradigme, som ikke kræver instruktioner, overt opmærksomhed eller aktiv deltagelse. For eksempel, kan en pålidelig evoked response opnås med en auditiv særling paradigme12, hvorved deltageren passivt lytter til en sekvens af auditive toner mens underholdt af en tavs video. For undersøgelser som kræver en åbenlys reaktion, forskeren bør sigte mod at integrere de eksperimentelle opgave i en engagerende spil-stil paradigme11. Dette forbedrer samarbejdet og minimerer rastløshed under opgaven. I visuelle eksperimenter, anvendelse af en MEG-kompatible øje-tracker indebærer meget lidt ekstra set-up tid men er nødvendige for at sikre, at børn har fikseret på placeringen af visuelle stimuli13.
Eventuelle resterende hoved bevægelse artefakter kan korrigeres for ved hjælp af real-time hoved motion tracking. For eksempel data indhentet fra ReTHM kan gemmes i filen MEG optagelse og bruges til at kompensere for hoved bevægelse under dataopsamling, således at hoved-til-sensor lokalisering kan gendannes til niveauet før flytning til at give mulighed for en optimal kilde genopbygning, som er afgørende for efterfølgende niveau kildedata analyserer14.
Gennemførelsen af denne protokol har til formål at forbedre kvaliteten af pediatric MEG data, minimere deltager udmattelseskrig priser i longitudinelle studier, og sikre, at familier har en fornøjelig oplevelse af MEG forskning deltagelse, med det overordnede mål for at forbedre vores forståelse af tidlige hjernens udvikling i både typiske og atypiske befolkninger.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af det australske Forskningsråd giver CE110001021, DP170103148 og DP170102407. Wei han blev støttet af en Macquarie University Research Fellowship (MQRF, IRIS projekt: 9201501199). Hannah Rapaport blev støttet af den australske regering forskning træningsprogram (RTP) og Macquarie University Research Excellence legat (MQRES). Robert A Seymour blev støttet af ph.d.-stipendier fra Aston University, Birmingham, UK og Macquarie University, Sydney, Australien. Paul F. Sowman blev støttet af National Health og Medical Research Council (1003760) og det australske Forskningsråd (DE130100868). Forfatterne anerkender i samarbejde med Kanazawa Institute of Technology og Yokogawa Electric Corporation i oprettelse af KIT-Macquarie Brain Research Laboratory.
5 marker Coil set | Kanazawa Institute of Technology (KIT) and Yokogawa Electric Corporation, Japan | PQ11MKA | |
Fastrak Digitizer – 3D | Polhemus Cochester, VT, USA | 1A0383-001 | Pen digitizer |
Magnetoencephalography (MEG) | Kanazawa Institute of Technology (KIT) and Yokogawa Electric Corporation, Japan | PQ1160C | |
MEG simulator | Fino, NSW, Australia | ||
MoTrack system | Psychological Software Tools, PA, USA | MTK-09314-1307 | Motion tracking system |
Polyester caps | Speedo | N/A | product code: SPE11733.435 |