यह प्रोटोकॉल दर्शाता है कि कस्टम-निर्मित फैलाना सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी उपकरण का उपयोग करके मानव प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में आराम करने वाली राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी को कैसे मापें। रिपोर्ट में प्रयोग के व्यावहारिक पहलुओं के साथ-साथ आंकड़ों का विश्लेषण करने के लिए विस्तृत कदमों पर भी चर्चा की गई है ।
मानव मस्तिष्क की व्यापक समझ प्राप्त करने के लिए, इसके विपरीत स्रोत के रूप में मस्तिष्क रक्त प्रवाह (सीबीएफ) का उपयोग वांछित है क्योंकि यह मस्तिष्क ऑक्सीजन आपूर्ति से संबंधित एक प्रमुख हीमोडायनामिक पैरामीटर है। कार्यात्मक रूप से जुड़े क्षेत्रों के बीच सहसंबंध प्रदान करने के लिए ऑक्सीजनके विपरीत के आधार पर राज्य कम आवृत्ति उतार-चढ़ाव को आराम करना दिखाया गया है। प्रस्तुत प्रोटोकॉल मानव मस्तिष्क में रक्त प्रवाह आधारित विश्राम राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी (आरएसएफसी) का आकलन करने के लिए ऑप्टिकल डिफ्यूज सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी (डीसीएस) का उपयोग करता है। मानव ललाट प्रांतस्था में सीबीएफ आधारित आरएसएफसी के परिणामों से संकेत मिलता है कि दोनों कॉर्टिस में अंतर-क्षेत्रीय आरएसएफसी की तुलना में बाएं और दाएं कॉर्टिस में अंतर-क्षेत्रीय आरएसएफसी में अंतर-क्षेत्रीय आरएसएफसी में अंतर-क्षेत्रीय आरएसएफसी में अंतर-क्षेत्रीय आरएसएफसी में अंतर-क्षेत्रीय आरएसएफसी काफी अधिक है। यह प्रोटोकॉल उन शोधकर्ताओं के लिए रुचि का होना चाहिए जो मानव मस्तिष्क समारोह का अध्ययन करने के लिए बहु-मॉडल इमेजिंग तकनीकों को नियोजित करते हैं, विशेष रूप से बाल चिकित्सा आबादी में।
जब मस्तिष्क आराम की स्थिति में होता है, तो यह कार्यात्मक रूप से संबंधित क्षेत्रों में सहज गतिविधि के उच्च सिंक्रोनाइजेशन को दर्शाता है, जो निकटता में या दूरी से करीब स्थित हो सकता है। इन-सिंक क्षेत्रों को कार्यात्मक नेटवर्क1,2,3,4,,4 ,5,6,7,8,9के रूप में जाना जाता है ।, इस घटना को पहली बार रक्त ऑक्सीजन स्तर पर निर्भर (बोल्ड) संकेतों का उपयोग करके एक कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई) अध्ययन द्वारा खुला था जो मस्तिष्क रक्त5,,10के ऑक्सीजन के स्तर को इंगित करता है, जिसे विश्राम राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी (आरएसएफसी) के रूप में भी जाना जाता है। आरएसएफसी में असामान्यताएं मस्तिष्क विकारों जैसे ऑटिज्म11,अल्जाइमर12और अवसाद13से जुड़ी हुई हैं । इस प्रकार, आरएसएफसी विकारों के साथ रोगियों का अध्ययन करने के लिए एक मूल्यवान उपकरण है जिन्हें कार्य-आधारित आकलन करने में परेशानी होती है। हालांकि, युवा ऑटिस्टिक बच्चों जैसे कई रोगियों, fMRI द्वारा मूल्यांकन के लिए गरीब उंमीदवार हैं, क्योंकि यह अभी भी समय की विस्तारित अवधि के लिए एक सीमित स्थान के अंदर शेष की आवश्यकता है14,,15। ऑप्टिकल इमेजिंग तेज और पहनने योग्य है; इस प्रकार, यह अधिकांश रोगियों, विशेष रूप से बाल चिकित्सा जनसंख्या,16,17,18,,19,20,21,22,23,24के लिए उपयुक्त है ।, इन फायदों का उपयोग करना, कार्यात्मक निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (fNIRS), जो मस्तिष्क में हीमोग्लोबिन एकाग्रता और ऑक्सीजन संतृप्ति मापदंडों की मात्रा निर्धारित कर सकता है, का उपयोग मनुष्यों में आरएसएफसी को मापने के लिए किया जाता है (बाल चिकित्सा जनसंख्या44,8,,25 और आत्मकेंद्रित11के रोगियों सहित)।
ऑप्टिकल डिफ्यूज सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी (डीसीएस), एक अपेक्षाकृत नई ऑप्टिकल तकनीक, मस्तिष्क रक्त प्रवाह की मात्रा बता सकती है, जो एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है,जो मेटाबोलिज्म6,17,26,,27,,28,,29के साथ ऑक्सीजन की आपूर्ति को जोड़ता है।, डीसीएस द्वारा निर्धारित ऑप्टिकल फ्लो कंट्रास्ट को ऑक्सीजनेशन कंट्रास्ट30की तुलना में मस्तिष्क में अधिक संवेदनशीलता दिखाई गई है । इस प्रकार, आरएसएफसी का आकलन करने के लिए डीसीएस-व्युत्पन्न सीबीएफ मापदंडों का उपयोग करना लाभप्रद है।
डीसीएस रक्त कोशिकाओं को स्थानांतरित करने के लिए संवेदनशील है। जब विटॉन को रक्त कोशिकाओं को स्थानांतरित करने से फैलते हैं, तो यह समय के साथ पता लगाए गए प्रकाश की तीव्रता में उतार-चढ़ाव का कारण बनता है। डीसीएस एक समय आधारित तीव्रता ऑटोसहसंबंध समारोह को मापता है और इसकी क्षय दर ऑप्टिकल मापदंडों और रक्त प्रवाह पर निर्भर है। इन मूल्यों का उपयोग अंततः मस्तिष्क रक्त प्रवाह सूचकांक (सीबीएफआई) प्राप्त करने के लिए किया जाता है। तेजी से चलती रक्त कोशिकाओं के साथ, तीव्रता ऑटोसहसंबंध कार्य तेजी से क्षय करता है। इसलिए, ऊतक की सतह के नीचे गहरी गति के बारे में जानकारी27,31,,,,32,33,34,,35समय के साथ प्रकाश में उतार-चढ़ाव को फैलाने के माप से (उदाहरण के लिए, मस्तिष्क में) प्राप्त की जा सकती है।, डीसीएस एक तकनीक है जो व्यापक रूप से ज्ञात fNIRS के पूरक है जो रक्त ऑक्सीजन17,36को मापता है । चूंकि एफएनआईआरएस और डीसीएस दोनों ही मिलीसेकंड की सीमा में उच्च लौकिक संकल्प के साथ ऑप्टिकल ब्रेन इमेजिंग तकनीक हैं, इसलिए ऑप्टिकल इमेजिंग सेट-अप एफएमआरआई की तुलना में गति कलाकृतियों के प्रति बहुत कम संवेदनशील हैं। वे भी सफलतापूर्वक बाल चिकित्सा आबादी में कार्यात्मक मस्तिष्क इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया गया है, बहुत युवा शिशुओंसहित 16। इससे पहले, चूहों37में प्रीक्लीनिकल अध्ययनों में आरएसएफसी का आकलन करने के लिए सतही रक्त प्रवाह माप का उपयोग किया गया है। यहां, रक्त प्रवाह मापदंडों का उपयोग नौ स्वस्थ वयस्कों में आरएसएफसी को प्रमाण-अवधारणा अध्ययन38,,39के रूप में निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
इस अध्ययन में, एक वाणिज्यिक एफडी-fNIRS प्रणाली और कस्टम डीसीएस प्रणाली का उपयोग किया जाता है(सामग्री की तालिका देखें)। डीसीएस कि घर में बनाया गया था दो ७८५ एनएम, १०० mW, लंबी जुटना लंबाई सतत तरंग लेजर कि एक एफसी कनेक्टर और आठ एकल फोटॉन गिनती मशीनों (SPCM) एक ऑटो correlator से जुड़े के साथ मिलकर कर रहे है शामिल है । वास्तविक समय में प्रत्येक एसपीसीएम चैनल के फोटॉन काउंट, ऑटोसहिक घटता और अर्ध-मात्रात्मक रक्त प्रवाह को प्रदर्शित करने और बचाने के लिए विशेष रूप से इस प्रणाली के लिए एक कस्टम सॉफ्टवेयर ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई) भी बनाया गया था। इस प्रणाली के भागों का उपयोग आमतौर पर डीसीएस16,17,31,32,40,42,,43,44के लिए किया जाता है और प्राप्त परिणामों को भी घर में सत्यापित किया गया है और हाल ही में किए गए अध्ययन39में उपयोग किया गया है ।
यह निर्धारित करने के लिए कि क्या डीसीएस द्वारा मापा गया सीबीएफ आरएसएफसी का सही पता चला है, ज्ञात आरएसएफसी गुणों के साथ मस्तिष्क के दो क्षेत्रों की जांच की गई थी। डीएलएफसी क्षेत्रों और डीएलएफसी और आईएफ?…
The authors have nothing to disclose.
लेखक ओहियो थर्ड फ्रंटियर से ओहियो इमेजिंग रिसर्च एंड इनोवेशन नेटवर्क (OIRAIN, ६६७७५०) और नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (नंबर ८१७७१८७६) को वित्तीय सहायता स्वीकार करना चाहते हैं ।
3D Printed Probe | In-house | N/A | 3D printed PLA probe (Craftbot, Craft unique) |
785nm, 100mW, CW, FC coupled Laser | CrystaLaser | DL785-100-S | DCS component (light source) |
Auto-correlator | Correlator.com | Flex05-8ch | DCS component (output g2 curve to PC) |
Data Acquisition GUI | In-house | N/A | GUI coded in LabVIEW to run the DCS system |
Data analysis software | In-house | N/A | Matlab code used for obtaining RSFC results |
EEG Electrode Cap | OpenBCI | N/A | EEG mesh cap with standard 10/20 positions |
Multi-mode fiber | OZ Optics | QMMJ-3,2.5-IRVIS-600/630-3PCBK-3 | DCS component (source fiber) |
Oxiplex calibration phantom | ISS | 75019, 75020 | Set of 2 PDMS Calibration Phantom |
Oxiplex muscle probe | ISS | 86010 | 4 channel muscle probe |
Oxiplex Oximeter | ISS | 95205 | FD-fNIRS (690nm, 830nm) |
Power meter | Thorlabs | PM100D | Laser light power adjuster |
Sensor card | Thorlabs | F-IRC1-S | laser IR beam viewer |
Single-mode fiber | OZ Optics | SMJ-3S2.5-780-5/125-3PCBK-3 | DCS component (detector fiber) |
Single-Photon Counting Machine | Excelitas | SPMC-NIR-1×2-FC | DCS component (detector) |