Dit artikel introduceert een kindvriendelijke onderzoeksprotocol ter verbetering van de kwaliteit van de gegevens doordat hoofd verkeer tijdens pediatrische Liquor (MEG). We gezinnen vertrouwd te maken met het milieu MEG, trainen van kinderen te blijven nog steeds met behulp van een simulator MEG, corrigeren voor residuele hoofd bewegingsartefacten met behulp van een real-time hoofd beweging detectiesysteem.
Liquor (MEG) is een niet-invasieve neuroimaging techniek die direct magnetische velden geproduceerd door de elektrische activiteit van het menselijk brein maatregelen. MEG is rustig en minder kans op het veroorzaken van claustrofobie vergeleken met magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Daarom is een veelbelovend instrument voor het onderzoeken van de hersenfunctie bij jonge kinderen. Analyse van MEG gegevens van pediatrische populaties wordt echter vaak bemoeilijkt door hoofd bewegingsartefacten die ontstaan als gevolg van de eis voor een ruimtelijk-vaste sensor-array dat niet is bevestigd aan het hoofd van het kind. Minimaliseren hoofdbewegingen tijdens MEG sessies kunnen bijzonder uitdagend zijn, zoals jonge kinderen vaak niet in staat zijn te blijven nog tijdens de experimentele taken. Het protocol hier gepresenteerd beoogt een vermindering van hoofd bewegingsartefacten tijdens pediatrische MEG scannen. Voorafgaand aan het bezoeken de MEG-laboratorium, zijn gezinnen voorzien van middelen die de MEG-systeem en de experimentele procedures in eenvoudige, toegankelijke taal verklaren. Een MEG vertrouwd sessie wordt uitgevoerd waarin kinderen vertrouwd zijn met zowel de onderzoekers als de MEG-procedures. Ze zijn dan opgeleid om hun hoofd te houden nog steeds terwijl liggen binnen een MEG simulator. Om kinderen te helpen zich op zijn gemak in de roman MEG milieu, worden alle procedures toegelicht door middel van het verhaal van een ruimtemissie. U wilt minimaliseren hoofd verkeer als gevolg van rusteloosheid, kinderen worden opgeleid en geschat aan de hand van leuke en boeiende experimentele paradigma’s. Bovendien zijn kinderen residuele hoofd bewegingsartefacten gecompenseerd tijdens de data acquisitie sessie met behulp van een real-time hoofd movement tracking systeem. Deze kindvriendelijke uitvoeringsprocedures is belangrijk voor de verbetering van de kwaliteit van de gegevens, minimaliseren van deelnemer verloop in longitudinale studies en ervoor te zorgen dat gezinnen een positieve onderzoekservaring.
Liquor (MEG) is een niet-invasieve functionele neuroimaging techniek die maatregelen van magnetische velden afkomstig van de elektrische activiteit van het menselijk brein1,2. MEG biedt uitstekende temporele resolutie en superieure ruimtelijke resolutie vergeleken met elektro-encefalografie (EEG) als gevolg van het ontbreken van signaal smeren van de biologische weefsels tussen de bronnen van de hersenen en de sensoren. MEG houdt bovendien geen blootstelling aan harde geluiden, straling of magnetische velden. Opzettijd is snelle en deelnemers kunnen vergezeld gaan van een ouder of verzorger tijdens het testen. Samen genomen, maken deze functies MEG een veelbelovend instrument voor het onderzoeken van de ontwikkeling van de typische en atypische hersenfunctie in jonge kinderen2
Voor het meten van reacties van de hersenen met behulp van MEG, moeten onderzoek deelnemers hun hoofden invoegen in een helm huisvesting een vaste matrix van supergeleidende sensoren. Het is van cruciaal belang dat de deelnemers houdt hun hoofd nog steeds in de MEG opnemen, als wijzigingen in de hoofd positie ten opzichte van de sensoren zowel degraderen de neuromagnetic signaal distributie en belemmeren nauwkeurige bron schatting. Schatting onnauwkeurig bron leidt onvermijdelijk tot onnauwkeurige statistisch gevolgtrekkingen in de macht van de bron, functionele connectiviteit en netwerk analyses3.
Minimaliseren van hoofd verkeer kunnen bijzonder uitdagende tijdens pediatrische MEG beoordeling voor een aantal redenen. Eerst, beoordeling van jonge kinderen in een volwassen MEG systeem is problematisch als kinderhoofdjes veel kleiner dan die van volwassenen zijn, en de grotere ruimte tussen de helm en van het kind hoofdhuid voorziet in onbeperkte hoofd verkeer. Tweede, de roman MEG milieu — een grote machine opgesloten in een vensterloze magnetisch afgeschermde kamer — kan intimiderend zijn voor jonge kinderen, en hoofd verkeer kan een gevolg van angst. Ten derde, zonder opleiding, kinderen kunnen niet volledig begrijpen of voldoen aan de verplichting om te blijven nog steeds voor de duur van het experiment. Ten slotte, kinderen hebben een beperkte capaciteit te tolereren verveling kunnen vinden dat sommige MEG experimenten te lang duren of zijn saai, resulterend in rusteloosheid en hoofd bewegingsartefacten.
Ter bestrijding van de langdurige uitdaging van hoofd beweging in pediatrische MEG onderzoek, presenteert dit artikel recente hardware en methodologische ontwikkelingen die zijn geïmplementeerd in de kindvriendelijke MEG protocol dat wordt gebruikt op de KIT-Macquarie Brain Research Laboratory ( Macquarie University, Sydney, Australië). Zoals uiteengezet in een eerdere papier uit dit laboratorium4, de problematiek van het gebruik van een wijde volwassene middelgrote helm dewar zijn aangepakt door het installeren van een wereldprimeur, geheel-hoofd pediatrische MEG systeem met een op maat gemaakte helm dewar beter passen de hoofden van jonge kinderen tussen ongeveer drie tot zes jaar. Deze hardware-aanpassing verbetert de signal-to-noise verhouding, als de sensoren fysiek dichter, gemiddeld, tot en met5,6van de hoofdhuid van de van het kind zijn. Meer recentelijk, de KIT-Macquarie Brain Research Laboratory verschillende nieuwe en nieuwe procedures om te overwinnen van de bovengenoemde antecedenten hoofd verkeer heeft ontwikkeld en vandaar naar het verbeteren van de kwaliteit van de gegevens.
Alle procedures in dit protocol worden toegelicht door middel van een verhaal waarin de deelnemer kind actief houdt zich bezig met een “astronaut ruimtemissie”. Dit verhaal zorgt ervoor dat het kind MEG onderzoekervaring niet alleen minder intimiderend, maar ook spannend. Toepassing van deze procedures in een kindvriendelijke MEG protocol is belangrijk voor de verbetering van de kwaliteit van de gegevens, minimaliseren van deelnemer verloop in longitudinale studies en ervoor te zorgen dat gezinnen een positieve ervaring in hun onderzoek deelname hebben.
In de afgelopen jaren, is als een waardevolle niet-invasieve neuroimaging techniek voor het onderzoeken van de neurale mechanismen die hersenen ontwikkeling1MEG opgezet. In-scanner hoofdbewegingen vormen echter een beruchte barrière voor het verkrijgen van goede kwaliteit MEG gegevens, met name bij de beoordeling van pediatrische populaties. Om dit probleem te verhelpen, heeft dit artikel een pediatrische MEG onderzoeksprotocol die op de procedures die worden beschreven in een eerdere papier uit de KIT-Macquarie Brain Research Laboratory 4 voortbouwtgepresenteerd.
De kritische procedures omvatten (1) voorzien van kinderen MEG vertrouwd bronnen waaruit ze over het experiment MEG leren kunnen voorafgaand aan het bezoeken de lab, waaronder een kindvriendelijke onderzoek artikel7 de MEG-systeem uit te leggen en de Magnetisch afgeschermd kamer (MSR), een verhaal-Pension waarin 10 eenvoudige stappen voor het voltooien van de MEG-experiment (aanvullende figuur 1), en een MEG informatieblad voor ouders en verzorgers (aanvullende figuur 2); (2) voorafgaand aan de MEG overname sessie met een vertrouwd sessie, waarin kinderen vertrouwd zijn met MEG procedures en worden opgeleid om te houden van hun hoofd nog steeds terwijl liggen binnen een MEG simulator; (3) het gebruik van passieve of “gamified” experimentele paradigma’s te minimaliseren hoofd verkeer als gevolg van verveling en rusteloosheid; en (4) tracking lopende hoofdbewegingen tijdens online data-acquisitie met behulp van een systeem Real-Time Head Movement (ReTHM)9. Gegevens die zijn verkregen uit ReTHM kan worden gebruikt om off line correctie van hoofd bewegingsartefacten als voorbehandeling de MEG-gegevens.
De acquisitie van kwalitatief hoogwaardige MEG gegevens is kritisch afhankelijk van het kind gevoel op uw gemak in de roman MEG-omgeving. Ter bevordering van dit gevoel van gemak, onderzoekers worden aangemoedigd om de tijd besteden aan kinderen en hun families vertrouwd te maken met de MEG milieu en procedures vóór data-acquisitie. Dit kan worden bereikt door biedt kinderen en hun ouders MEG middelen waarmede de MEG-procedures in eenvoudige, toegankelijke taal. Bovendien kunnen gezinnen uitgenodigd worden voor een bezoek aan het laboratorium van MEG voordat de sessie overname gegevens om te voldoen aan de onderzoekers en de praktijk van de testprocedures van MEG. Kinderen leren door middel van opleiding op de MEG-simulator, impliciet het belang van het houden van hun hoofd nog steeds terwijl liggend in de MEG. Terwijl de MEG-vertrouwd vereist zowel de onderzoekers en de families te besteden extra tijd om het proces van het verzamelen van de gegevens, de voordelen van de verbetering van de kwaliteit van de gegevens van de MEG, evenals het minimaliseren van de tijd en de kosten van het uitvoeren van latere MEG gegevens overname sessies, aantoonbaar opweegt tegen dit nadeel. Bovendien, prestaties en naleving tijdens de sessie vertrouwd kunnen worden gebruikt om aan te geven of het kind is of is niet geschikt om uit te nodigen voor een werkelijke MEG data acquisitie sessie terug.
Om te minimaliseren in-scanner hoofd verkeer als gevolg van rusteloosheid, is beter het gebruik van een passieve experimentele paradigma die geen instructies, openlijke aandacht of actieve deelname vereist. Een betrouwbare evoked respons kan bijvoorbeeld worden verkregen met een auditieve excentrieke paradigma12, waarbij de deelnemer passief in een reeks van auditieve tonen luistert terwijl vermaakt door een stille video. Voor studies een openlijke antwoord vereist, moet de onderzoeker ernaar de experimentele taak insluiten in een boeiende spel-stijl paradigma11. Dit verbetert de samenwerking en rusteloosheid minimaliseert gedurende de taak. In visuele experimenten, het gebruik van een MEG-compatibele oog-tracker houdt weinig extra opzettijd maar is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat kinderen hebben gefixeerd op de positie van de visuele stimuli13.
Eventuele resterende hoofd bewegingsartefacten kunnen gecorrigeerd worden voor het gebruik van real-time hoofd beweging bijhouden. Bijvoorbeeld gegevens verkregen uit ReTHM kunnen worden opgeslagen in het bestand van de opname MEG en gebruikt om te compenseren voor hoofd verkeer tijdens data-acquisitie op een zodanige wijze dat hoofd-aan-sensor lokalisatie kan worden hersteld naar het niveau pre beweging te voorzien in een optimale bron wederopbouw die essentieel is voor de latere niveau brongegevens analyseert14.
De uitvoering van dit protocol beoogt verbetering van de kwaliteit van de pediatrische MEG gegevens, minimaliseren van deelnemer verloop in longitudinale studies, en ervoor zorgen dat gezinnen een plezierige ervaring van MEG onderzoek deelname, met als overkoepelend doel hebben ons begrip van de vroege ontwikkeling van de hersenen in zowel typische en atypische populaties te verbeteren.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gesteund door de Australian Research Council verleent CE110001021, DP170103148 en DP170102407. Wei He werd gesteund door een Macquarie University Research Fellowship (MQRF, IRIS-Project: 9201501199). Hannah Rapaport werd gesteund door de Australische regering onderzoek trainingsprogramma (RTP) en de Macquarie University Research Excellence beurs (MQRES). Robert A Seymour werd gesteund door PhD beurzen van de Universiteit van Aston, Birmingham, Groot-Brittannië en Macquarie University, Sydney, Australië. Paul F. Sowman werd gesteund door de National Health, Medical Research Council (1003760) en de Australian Research Council (DE130100868). De auteurs erkennen de samenwerking met het Kanazawa Institute of Technology en de Yokogawa Electric Corporation bij de vaststelling van de KIT-Macquarie laboratorium van het onderzoek van de hersenen.
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 |