Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

إصدارات منقحة ومتوافقة مع الإصدارات العصبية من شاشة المهام المزدوجة

Published: October 5, 2020 doi: 10.3791/61678
Automatic Translation
*1, *1, 2, 3, 3, 1,2
1Molecular Cellular and Integrative Neuroscience Program, Colorado State University, 2Dept. of Occupational Therapy, Colorado State University, 3Dept. of Health and Exercise Science, Colorado State University
* These authors contributed equally

Summary

قمنا بتطوير الشاشة المهمة المزدوجة الأصلية (DTS) كإجراء محمول ومنخفض التكلفة يمكنه تقييم الرياضيين الذين يعانون من إصابة خفيفة في الدماغ تسبب الرياضة. قمنا بمراجعة DTS الأصلي للاستخدام السريري في المستقبل ووضعنا نسخة متوافقة مع التصوير العصبي من DTS لقياس الأسس العصبية لأداء المهمة الفردية وثنائية.

Abstract

نماذج مهمة مزدوجة في وقت واحد تقييم القدرات الحركية والمعرفية, وأنها يمكن الكشف عن خفية, الإعاقات المتبقية في الرياضيين الذين يعانون من إصابات الدماغ الرضية خفيفة مؤخرا (mTBI). ومع ذلك، ركزت نماذج المهام المزدوجة السابقة فقط على مهارات الطرف السفلي واعتمدت على معدات مختبرية مرهقة ومكلفة - مما يحد من قدرتها العملية في تقييم mTBI اليومي. بعد ذلك، قمنا بتطوير شاشة المهام المزدوجة (DTS)، والتي تستغرق < 10 دقائق لإدارة وتسجيل، وتستخدم معدات محمولة منخفضة التكلفة، وتشمل المهام الفرعية الطرف السفلي (LE) والأطراف العليا (UE). وكان الغرض من هذه المخطوطة شقين. أولاً، نحن نُصف بروتوكول إدارة DTS المنقحة، والتي قمنا بتنقيحها لمعالجة قيود DTS الأصلي. وعلى وجه التحديد، شملت التنقيحات إضافات للأجهزة الذكية للحصول على بيانات مشية أكثر تفصيلاً وإدراج ظروف إدراكية واحدة لاختبار الأداء المعرفي المعطل في ظل ظروف المهام المزدوجة. الأهم من ذلك، DTS المنقحة هو مقياس مخصص للاستخدام السريري في المستقبل، ونحن نقدم نتائج تمثيلية من ثلاثة رياضيين الذكور لتوضيح نوع البيانات السريرية التي يمكن الحصول عليها من هذا التدبير. الأهم من ذلك، لدينا حتى الآن لتقييم حساسية وخصوصية DTS المنقحة في الرياضيين مع mTBI، وهي مبادرة البحث المقبل. الغرض الثاني من هذه المخطوطة هو وصف نسخة متوافقة مع التصوير العصبي من DTS. لقد طورنا هذا الإصدار حتى نتمكن من تقييم الأسس العصبية لأداء المهمة الفردية و المزدوجة ، لفهم تجريبي أفضل للعجز السلوكي المرتبط بالمتBI. وهكذا، تصف هذه المخطوطة أيضا الخطوات التي اتخذناها لتمكين إجراء قياس متزامنة للطيفية الوظيفية القريبة من الأشعة تحت الحمراء (fNIRS) خلال نظام DTS، إلى جانب كيفية حصولنا على معالجة المستوى الأول لبيانات الـ fNIRS وأكملناها.

Introduction

في كل عام، 42 مليون شخص في جميع أنحاء العالم يعانون من إصابات الدماغ الرضحية خفيفة (mTBIs)1. على الرغم من أن مرة واحدة تعتبر حميدة، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن mTBIs، ولا سيما تكرار mTBIs، يمكن أن تثير عواقب سلبية دائمة، مثل الاضطرابات الجسدية والمعرفية والنوم2،3،4. وفي وقت لاحق، يسعى الباحثون والأطباء إلى تحسين التقييمات وطرق العلاج لفهم ومعالجة mTBI.

حتى الآن، أفضل الممارسات لتقييم mTBI تشمل الأعراض المبلغ عنها ذاتيا والقياس الموضوعي للدالة العصبية الحركيةوالحركية 5. ومع ذلك, بعض الأفراد, مثل الرياضيين على مستوى جماعية تنافسية, ومن المعروف أن نقص التقارير الأعراض المتعلقة mTBI6, الحد من فائدة تقارير الأعراض. إن مقاييس الوظائف العصبية والحركية الموضوعية لها أيضاً حدود، بما في ذلك ضعف موثوقية الاختبار، والاعتماد على اختبار خط الأساس، أو صعوبة غير كافية للرياضيين عالية الأداء7و8و9. ومع ذلك، نماذج مهمة مزدوجة - التي في وقت واحد تقييم القدرات الحركية والمعرفية - يمكن الكشف عن ضعف خفية، المتبقية، ويمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص لتقييم الرياضيين عالية الأداء10،11،12،13،14.

وقد أدرجت البحوث السابقة باستخدام نماذج مهمة مزدوجة في كثير من الأحيان مرهقة، معدات مختبر مكلفة، مثل نظم التقاط الحركة14،لتقييم الرياضيين عالية الأداء. في حين أن هذه الأنظمة يمكن أن تقيس بدقة الإعاقات الحركية الدقيقة ، فهي غير عملية للاستخدام في تقييم mTBI اليومي بسبب ارتفاع تكلفة المعدات ، ومحدودية قابلية النقل ، وأوقات الإدارة الطويلة (أي ≥ 45 دقيقة لكل فرد). وعلاوة على ذلك، ركزت العديد من الدراسات السابقة نموذج مهمة مزدوجة فقط على الجزء السفلي من الجسم أو مهارات الطرف السفلي، مثل التوازن أو مشية11،12،13،14. يمكن القول، وظيفة الطرف العلوي والتنسيق بين اليد والعين مهم أيضا للرياضيين عالية الأداء في العديد من الألعاب الرياضية. وهكذا، قمنا بتطوير شاشة المهام المزدوجة (DTS)، وهو مقياس مختصر تم تصميمه ليدار ويسجل في < 10 دقائق مع أدوات محمولة ومنخفضة التكلفة. وشملت هذه DTS الأصلي الطرف السفلي (جنيه) والأطراف العليا (UE) المهمة الفرعية، التي قيمت سرعة المشي (باستخدام ساعة توقيت) والتنسيق بين اليد والعين في ظل ظروف مهمة المحرك المزدوج واحد15.

في دراسة الجدوى الأولى، أكملت 32 من المشاركات المراهقات الأصحاء الدراسة الصحية للنساء المراهقات. وقد صممت هذه الدراسة لإثبات أن DTS يمكن أن تثير تكاليف محرك المهمة المزدوجة، كما هو مبين من قبل انخفاض أداء المحركات أثناء المهام المزدوجة مقابل ظروف المحرك واحد. كما سعينا إلى إثبات أن DTS يمكن أن تدار وسجل في أقل من 10 دقيقة. وجدنا أن جميع المشاركين لديهم ضعف الأداء الآلي المزدوج للمهم على الأقل مهمة فرعية واحدة. بالإضافة إلى ذلك، كنا قادرين على إدارة DTS في متوسط 5.63 دقيقة ويسجل الاختبار في 2-3 دقيقة15.

وعلى الرغم من نجاح دراسة الجدوى الأولى، فقد تم الكشف عن بعض القيود. وأبرزها، تم قياس سرعة المشي مع ساعات التوقف، والتي هي عرضة للخطأ البشري الطبيعي. لذلك، في DTS المنقحة استخدمنا الأجهزة الذكية مع المدمج في التسارع(جدول المواد)على كل الكاحل. حافظت هذه الإضافة على استخدام الأجهزة المحمولة منخفضة التكلفة مع توفير مقاييس متطورة لسرعة المشية ، والعدد الإجمالي للخطوات ، ومتوسط طول الخطوة ، ومتوسط مدة الخطوة ، وتقلب مدة الخطوة. وكان هناك قيد آخر من DTS الأصلي عدم وجود شروط معرفية واحدة، والتي حالت دون تقييم التكاليف المعرفية المهمة المزدوجة. يتم تعريف التكاليف المعرفية المهمة المزدوجة كما ضعف الأداء المعرفي خلال المهمة المزدوجة مقابل حالة إدراكية واحدة. في وقت لاحق، لكل من المهام الفرعية LE و UE، أضفنا حالة إدراكية واحدة (موضح في البروتوكول).

بالإضافة إلى وضع مقياس للاستخدام السريري في المستقبل، أحد أهداف الفريق على المدى الطويل هو تقييم الأسس العصبية لأداء المهمة الفردية ومزدوجة في الرياضيين الأصحاء وعلى النقيض من تلك النتائج للرياضيين الذين يعانون من mTBI الناجمة عن الرياضة. وهكذا، أنشأنا إصدار متوافق مع التصوير العصبي من DTS. نحن نسعى لتحديد ما إذا كان يمكن تعديل DTS بنجاح للاستخدام مع قياس الطيفي شبه الأشعة تحت الحمراء (fNIRS) وظيفية متزامنة ، ونحن نستخدم جهاز fNIRS المحمول مصممة خصيصا لاستيعاب حركة المحرك الإجمالي عن طريق الحد من تأثير التحف الحركة. علاوة على ذلك، هذا الجهاز لديه أكبر قدر من تغطية الرأس، على حد علمنا، للأجهزة النقالة التي تتوفر حاليا لأغراض البحث (جدول المواد).

وباختصار، فإن بروتوكول الدراسة مصمم للقيام بما يلي:

  1. وصف بروتوكول الإدارة لشاشة المهام المزدوجة المنقحة (DTS)، وهو إجراء قمنا بإعادة تصميمه لمعالجة القيود المفروضة على DTS15 الأصلي ومقياس مخصص للاستخدام السريري في المستقبل.
  2. وصف بروتوكول البحث لشاشة المهام المزدوجة المتوافقة مع التصوير العصبي (DTS)، والتي قمنا بتصميمها لتقييم الأسس العصبية لأداء المهمة الفردية وثنائية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تمت الموافقة على جميع إجراءات الدراسة من قبل مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) في جامعة ولاية كولورادو، وقدم جميع المشاركين البالغين موافقة خطية مستنيرة قبل إكمال أي إجراءات دراسية. وقد قدم الوالدان موافقة خطية عن علم من قبل المشاركين دون سن 18، كما قدم المشاركون القاصرون موافقة خطية قبل استكمال أي إجراءات دراسية.

1. شاشة مهمة مزدوجة منقحة (DTS)

  1. الطرف السفلي (جنيه) المهام الفرعية
    1. بدء حالة المحرك واحد.
      1. ضع ثلاث كتل يوغا في وضع أفقي 4.5 متر بالضبط على طول ممشى بطول 18 مترًا.
      2. نعلق بحزم الأجهزة الذكية إلى كل الكاحل للكشف عن ضربات كعب والحصول على خصائص مشية.
      3. ابدأ تسجيل الفيديو باستخدام كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم.
      4. إرشاد المشاركين إلى المشي في أسرع وقت ممكن مع تجاوز العقبات. ابدأ جمع البيانات على الهواتف الذكية واضغط بشكل حاد على الأجهزة في وقت واحد لمحاذاة الوقت اللاحقة لتدفقات البيانات المنفصلتين من الساقين الأيسر والأيني.
      5. قياس الوقت إلى الكامل مع ساعة توقيت تعمل يدويا.
      6. إيقاف تسجيل الفيديو.
    2. بدء حالة إدراكية واحدة.
      1. أخبر المشارك الوقت المخصص له لهذا الشرط، وذلك باستخدام الوقت إلى الكامل من حالته المحرك واحد له /لها (التقريب تصل إلى ثانية كاملة).
      2. ابدأ تسجيل الفيديو باستخدام كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم.
      3. إرشاد المشاركين إلى ذكر أكبر عدد ممكن من الكلمات التي تبدأ بحرف معين (A أو F).
        ملاحظة: يتم موازنة الأحرف بين المشاركين وبين شروط المهمة المفردة و المزدوجة. الأرقام هي موازنت بين المشاركين وبين شروط المهمة الفردية ومزدوجة.
      4. إيقاف تسجيل الفيديو.
    3. بدء تشغيل شرط المهمة المزدوجة.
      1. ابدأ تسجيل الفيديو باستخدام كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم.
      2. تعليمات المشاركين على المشي في أسرع وقت ممكن في حين يخطو فوق العقبات في حين في وقت واحد مشيرا إلى العديد من الكلمات كما أنها يمكن أن تبدأ مع حرف معين (A أو F). اضغط بسرعة على كل من التسارع لبدء الشرط.
      3. قياس الوقت إلى الكامل مع ساعة توقيت تعمل يدويا.
      4. إيقاف تسجيل الفيديو.
  2. المهام الفرعية الطرفية العليا (UE)
    1. بدء حالة المحرك واحد.
      1. قياس مسافة 1.5 متر بعيدا عن الجدار، مع علامة الشريط اخفاء، وإرشاد المشارك للوقوف وراء الشريط.
      2. ضع سلة من كرات التنس بجانب المشارك.
      3. ابدأ تسجيل الفيديو باستخدام كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم.
      4. إرشاد المشارك لإكمال اِدَم الحائط مع اليدين المتناوبتين لمدة 30 s. أخبر المشارك أنه إذا فشل في التقاط الكرة، للحصول على كرة جديدة من سلة كرات التنس. قياس الوقت المنقضي مع ساعة توقيت.
      5. إيقاف تسجيل الفيديو.
    2. بدء حالة إدراكية واحدة.
      1. ابدأ تسجيل الفيديو باستخدام كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم.
      2. أخبر المشارك أنه سيطلب منه أن يطرح بشكل تسلسلي 7 من رقم معين (100 أو 150) لمدة 30 ثانية. قياس الوقت المنقضي مع ساعة توقيت.
      3. إيقاف تسجيل الفيديو.
        ملاحظة: يتم موازنة الأحرف بين المشاركين وبين شروط المهمة المفردة و المزدوجة. الأرقام هي موازنت بين المشاركين وبين شروط المهمة الفردية ومزدوجة.
    3. بدء تشغيل شرط المهمة المزدوجة.
      1. اطلب من المشارك أن يقف على بعد 1.5 متر من الجدار.
      2. ضع سلة من كرات التنس بجانب المشارك.
      3. ابدأ تسجيل الفيديو باستخدام كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم.
      4. إرشاد المشارك لإكمال اِسِمِر الحائط بيدين متناوبتين لمدة 30 ثانية. إبلاغ المشارك أنه أثناء رمي الكرات واصطيادها، سيطلب منه أن يطرح بشكل تسلسلي 7 من رقم معين (100 أو 150) لمدة 30 ثانية. أخبر المشارك أنه إذا فشل في التقاط الكرة، للحصول على كرة جديدة من سلة كرات التنس. قياس الوقت المنقضي مع ساعة توقيت.
      5. إيقاف تسجيل الفيديو.
        ملاحظة: يتم موازنة الأحرف بين المشاركين وبين شروط المهمة المفردة و المزدوجة. الأرقام هي موازنت بين المشاركين وبين شروط المهمة الفردية ومزدوجة.

2. العصبية متوافق مع شاشة المهمة المزدوجة (DTS)

  1. إعداد DTS
    1. ضع كتل اليوغا في وضع عمودي للاحتفال ببداية ونهاية ممشى 15 مترًا.
    2. ضع اثنين من كتل اليوغا في وضع أفقي 5 متر بالضبط على طول الممشى 15 مترا.
    3. قياس وعلامة مع اخفاء الشريط مسافة 1.5 متر بعيدا عن سطح الجدار على نحو سلس.
    4. اقامة ترايبود في بداية الممشى 15 مترا.
  2. ضع جهاز fNIRS على رأس المشارك.
    1. قياس محيط رأس المشارك وتحديد الحجم المناسب fNIRS غطاء(جدول المواد)مع optodes وضعت مسبقا وأجهزة الكشف عن قناة قصيرة.
    2. قم بتشغيل كمبيوتر محمول مخصص للاستحواذ والاتصال بشبكة WiFi الخاصة بجهاز fNIRS.
    3. افتح برنامج اقتناء fNIRS وحدد جهاز fNIRS.
    4. تنفيذ المعايرة لتحسين شدة الضوء والتحقق من مستويات إشارة optode. يجب أن تكون مستويات الإشارة مقبولة أو ممتازة.
    5. إصلاح جميع optodes مع أقل من مستوى إشارة مقبولة عن طريق إزالة optode من الغطاء وفرا الشعر المشارك لضمان اتصال مباشر من optode إلى فروة الرأس للمشارك.
  3. ضع مقاييس التسارع على كاحلي المشارك.
    1. نعلق بحزم الأجهزة الذكية إلى كل الكاحل للكشف عن ضربات كعب والحصول على خصائص مشية.
  4. ابدأ اكتساب بيانات المهام الفرعية LE.
    1. فتح برنامج العرض التحفيز (جدول المواد).
    2. حدد ملف المهام الفرعية LE.
    3. اطلب من المشارك الجلوس على كرسي استعدادًا لفترة راحة هادئة لمدة 60 ساعة.
    4. العودة إلى برنامج اقتناء fNIRS وانقر فوق الزر ابدأ لبدء جمع البيانات fNIRS. أدخل ID_LE الموضوع والعمر والجنس في النافذة المنبثقة وانقر فوق ابدأ.
    5. العودة إلى برنامج العرض التحفيز، وإعلام المشارك أن الراحة هادئة سوف تبدأ، والصحافة الفضاء لبدء فترة الراحة 60 ق.
    6. في نهاية فترة الراحة، حدد أي حالة LE Subtask (محرك واحد، ومعرفي واحد، أو مهمة مزدوجة) تم اختياره لتجربة 1st. تزويد المشارك بتعليمات لتلك التجربة.
      1. تعليمات السيارات واحد: تعليمات المشارك على المشي في أسرع وقت ممكن، في حين يخطو فوق العقبات، لمدة 30 ق. أخبر المشارك أنه سيبدأ عندما يقول الباحث الرئيسي "ابدأ". سيحدث هذا مباشرة بعد أن يضغط باحث ثانوي على مقاييس التسارع. إرشاد المشارك بأنه يجب عليه التوقف عن المشي عندما يقول الباحث الأساسي "توقف". بالإضافة إلى ذلك، عندما يقول الباحث الأساسي "توقف"، يجب على المشارك أن يضع قدميه معًا وأن يبقى ساكنًا قدر الإمكان. في هذا الوقت، سوف الباحث الثانوي الاستفادة من التسارع مرة ثانية ووضع علامة (ملاحظة لزجة) على الأرض حيث توقف المشارك.
      2. تعليمات إدراكية واحدة: إرشاد المشارك إلى البقاء واقفا في بداية الممشى 15 مترا. وأثناء الوقوف، سيُطلب منه أن يذكر أكبر عدد ممكن من الكلمات التي تبدأ بحرف معين.
      3. تعليمات المهمة المزدوجة: إرشاد المشارك إلى المشي في أسرع وقت ممكن مع تجاوز العقبات وفي نفس الوقت ذكر أكبر عدد ممكن من الكلمات بدءا من رسالة معينة. إبلاغه/لها أنه سوف يكون له أيضا 30 ثانية لهذه الحالة. أخبر المشارك أنه سيبدأ عندما يقول الباحث الرئيسي "ابدأ". سيحدث هذا مباشرة بعد أن يضغط باحث ثانوي على مقاييس التسارع. إرشاد المشارك بأنه يجب عليه التوقف عن المشي عندما يقول الباحث الأساسي "توقف". بالإضافة إلى ذلك، عندما يقول الباحث الأساسي "توقف"، يجب على المشارك أن يضع قدميه معًا وأن يبقى ساكنًا قدر الإمكان. في هذا الوقت، سوف الباحث الثانوي الاستفادة من التسارع مرة ثانية ووضع علامة (ملاحظة لزجة) على الأرض حيث توقف المشارك.
    7. ابدأ تسجيل الفيديو باستخدام كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم.
    8. اضغط على شريط المسافة لبدء المحاكمة 1st. مراقبة جهاز ضبط الوقت 30 s على برنامج العرض التحفيزي; أخبر المشارك أن يتوقف عند انقضاء 30 s.
    9. حدد التجربةالثانية وزود المشارك بالتعليمات. كرر العملية حتى يتمكّن المشارك من إتمام 15 تجربة معشاة للمهمة الفرعية LE.
    10. إيقاف تسجيل الفيديو.
    11. إبلاغ المشارك بأنه سيكمل فترة راحة أخرى مدتها 60 ساعة. بمجرد جلوس المشارك، اضغط على ابدأ لبدء فترة الراحة.
    12. بعد فترة الراحة، الخروج من ملف المهام الفرعية LE في برنامج العرض التحفيز. إيقاف الحصول على البيانات في برنامج الحصول على البيانات fNIRS، ولكن لا إنهاء البرنامج.
      ملاحظة: يتم تعشية الحروف (بواسطة برنامج العرض التحفيزي) بين التجارب وموازنة مضادة بين المشاركين وبين شروط المهمة الفردية و المزدوجة. الحروف متشابهة في مستوى الصعوبة وتشمل: W، D، F، T، S، H، M، A، B، و P. يتم عشوائي الأرقام (بواسطة برنامج عرض التحفيز) بين التجارب وموازنة مضادة بين المشاركين وبين ظروف المهمة الفردية ومزدوجة. وشملت الأرقام: 185 و225 و220 و175 و205 و165 و170 و180 و245 و240.
  5. إزالة مقاييس التسارع من كاحلي المشارك. الانتقال إلى القسم في الردهة المخصصة لولايات المتحدة الفرعية.
  6. بدء عملية الحصول على بيانات UE الفرعية.
    1. افتح برنامج العرض التحفيزي.
    2. حدد ملف UE الفرعي.
    3. اطلب من المشارك الجلوس على كرسي استعدادًا لفترة راحة هادئة لمدة 60 ساعة.
    4. العودة إلى برنامج اقتناء fNIRS وانقر فوق الزر ابدأ لبدء جمع البيانات fNIRS. أدخل ID_UE العمر والجنس في النافذة المنبثقة وانقر فوق بدء.
    5. العودة إلى برنامج العرض التحفيزي، وإبلاغ المشارك أن فترة الراحة الهادئة على وشك أن تبدأ، واضغط على الفضاء لبدء فترة راحة 60 ق.
    6. في نهاية فترة الراحة، حدد أي حالة UE Subtask (محرك واحد، ومعرفي واحد، أو مهمة مزدوجة) تم اختياره لتجربة 1st. تزويد المشارك بتعليمات لتلك التجربة.
      1. تعليمات السيارات واحد: تعليمات المشارك على الوقوف 1.5 متر بعيدا عن الجدار. ضع سلة من كرات التنس بجانب المشارك. إرشاد المشارك لإكمال اِدَم الحائط مع اليدين المتناوبتين لمدة 30 s. أخبر المشارك أنه إذا فشل في التقاط الكرة، للحصول على كرة جديدة من سلة كرات التنس.
      2. تعليمات إدراكية واحدة: إرشاد المشارك إلى البقاء واقفا أخبر المشارك أنه سيطلب منه / لها أن يطرح بالتتابع من قبل 7 من عدد معين لمدة 30 s.
      3. تعليمات المهمة المزدوجة: إرشاد المشارك لإكمال اِسِمِر الحائط مع اليدين المتناوبتين لمدة 30 s. إبلاغ المشارك أنه أثناء رمي الكرات واصطيادها، سيطلب منه أن يطرح بشكل متسلسل بواسطة 7 من رقممعين 2 لـ 30 s. أخبر المشارك أنه إذا فشل في التقاط الكرة، للحصول على كرة جديدة من سلة كرات التنس.
    7. ابدأ تسجيل الفيديو باستخدام كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم.
    8. اضغط على شريط المسافة لبدء المحاكمة 1st. مراقبة جهاز ضبط الوقت 30 s على برنامج العرض التحفيزي; أخبر المشارك أن يتوقف عند انقضاء 30 s.
    9. حدد التجربةالثانية وزود المشارك بالتعليمات. كرر العملية حتى يكمل المشارك 15 تجربة معشاة للمهمة الفرعية UE.
    10. إيقاف تسجيل الفيديو.
    11. إبلاغ المشارك بأنه سيكمل فترة راحة أخرى مدتها 60 ساعة. بمجرد جلوس المشارك، اضغط على ابدأ لبدء فترة الراحة.
    12. بعد فترة الراحة، اخرج من ملف UE Subtask في برنامج العرض التحفيزي. إيقاف الحصول على البيانات في برنامج الحصول على البيانات fNIRS، ثم قم بإنهاء البرنامج.
  7. إزالة غطاء fNIRS من رأس المشارك.
    ملاحظة: يتم تعشية الحروف (بواسطة برنامج العرض التحفيزي) بين التجارب وموازنة مضادة بين المشاركين وبين شروط المهمة الفردية و المزدوجة. الحروف متشابهة في مستوى الصعوبة وتشمل: W، D، F، T، S، H، M، A، B، و P. يتم عشوائي الأرقام (بواسطة برنامج عرض التحفيز) بين التجارب وموازنة مضادة بين المشاركين وبين ظروف المهمة الفردية ومزدوجة. وشملت الأرقام: 185 و225 و220 و175 و205 و165 و170 و180 و245 و240.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

المشاركون
وتم تعيين مشاركين من فرق المدارس الثانوية المحلية والفرق الرياضية بين الجامعات والنادي باستخدام النشرات الإعلانية. وكان من المطلوب أن تتراوح أعمار المشاركين بين 15 و 22 عاما وأن يشاركوا بانتظام في أنشطة رياضية منظمة للاتصال. وشملت الرياضات الاتصال جميع الألعاب الرياضية حيث الاتصال البدني مع زملائه أو المعارضين ضروري أثناء اللعب الروتيني. وكان على المشاركين أيضا أن يكون لديهم رؤية عادية أو مصححة والسمع، وليس لها تاريخ من الظروف العصبية أو النفسية، وليس لها تاريخ من إصابات الدماغ الرضية المعتدلة أو الشديدة، حسب التقرير الذاتي.

أدرجنا بيانات من ثلاثة من المشاركين الرياضيين الذكور الأصحاء (متوسط العمر: 18.0 ± 2.65 سنة.) لتوضيح نوع البيانات السريرية التي يمكن الحصول عليها من DTS المنقحة. سيتم تضمين البيانات من الرياضيين الأصحاء والرياضيات الذين يتم الاتصال بها في منشور آخر لا يركز على الطرق بشكل صارم.

تحليل البيانات لـ DTS المنقحة
ونظرا لضآلة عدد المشاركين المدرجين في النتائج التمثيلية، لم تكتمل التحاليل الإحصائية الرسمية. ومع ذلك، بالنسبة لكل مشارك، تم مقارنة الأداء في حالة المهمة المزدوجة بالأداء في المحرك الواحد والظروف المعرفية الفردية. انظر أدناه للحصول على وصف لمقاييس الأداء على كل من المهام الفرعية.

مقاييس الأداء على المهام الفرعية LE
تم تحديد أداء حالة المحرك الواحد حسب سرعة المشي (m/s) والعدد الإجمالي للخطوات ومتوسط طول الخطوة (m) ومتوسط مدة الخطوة (s) وتغيّر مدة الخطوة (SD). تم الحصول على هذه البيانات مع مقاييس التسارع المدمجة على الأجهزة الذكية التي قمنا بلصقها على كاحلي المشاركين. تم قياس أداء حالة إدراكية واحدة من خلال العدد الإجمالي للكلمات المنتجة دون تكرار، ممثلة ككلمات/ق لمراعاة المبلغ المتنوع للوقت المخصص لهذه التجربة. وشاهد مساعدان باحثان مدربان شريط فيديو للحالة المعرفية الوحيدة وكان مطلوبا منهما التوصل إلى توافق في الآراء بشأن العدد الإجمالي للكلمات المنتجة. وأخيراً، تم قياس أداء حالة المهمة المزدوجة بواسطة سرعة المشي (m/s)، والعدد الإجمالي للخطوات، ومتوسط طول الخطوة (m)، ومتوسط مدة الخطوة (s)، ومتوسط مدة الخطوة المتغيرة (SD)، والعدد الإجمالي للكلمات المنتجة بدون تكرار، والتي يتم تمثيلها ككلمات/ثانية. وشاهد مساعدان باحثان مدربان شريط فيديو عن حالة المهمة المزدوجة، وكان مطلوبا منهما التوصل إلى توافق في الآراء بشأن العدد الإجمالي للكلمات المنتجة.

تكاليف المهام المزدوجة على المهمة الفرعية LE
لكل مشارك، تكلفة محرك مهمة مزدوجة ستكون ممثلة التغييرات التالية في خصائص المشي أثناء حالة المهمة المزدوجة مقارنة بحالة المحرك الواحد: سرعة مشية أبطأ، عدد أكبر من الخطوات الإجمالية، متوسط طول خطوة أصغر، أطول متوسط مدة الخطوة، وتقلبات أكبر مدة الخطوة. لاحظنا أن جميع المشاركين الذكور الثلاثة لديهم تكلفة محركة مزدوجة على LE Subtask. على وجه التحديد، رأينا سرعة المشي أبطأ، أطول متوسط مدة الخطوة، وتقلب أكبر في مدة الخطوة خلال المزدوج، مقارنة بمهام حالة واحدة. انظر الشكل 1A. وعلى النقيض من ذلك، لم يظهر اثنان من ثلاثة مشاركين أي تغييرات في عدد الخطوات الكلية أو متوسط طول الخطوة بين ظروف المحرك الواحد وتختلف المهام المزدوجة؛ انظر الشكل 1A.

لكل مشارك، تكلفة إدراكية مزدوجة المهمة ستكون ممثلة بعدد أقل من الكلمات التي يتم إنشاؤها في حالة المهمة المزدوجة مقارنة بعدد الكلمات التي تم إنشاؤها في حالة المهمة الإدراكية الواحدة. لاحظنا التكاليف الإدراكية للمهمة المزدوجة في اثنين من ثلاثة مشاركين. وبوجه خاص، قام هؤلاء المشاركون بإنشاء كلمات أقل أثناء شرط المهمة المزدوجة مقارنةً بشرط المهمة الفردية؛ انظر الشكل 1B.

مقاييس الأداء على UE Subtask
تم قياس أداء حالة المحرك الواحد حسب العدد الإجمالي للمصيد الناجح. وشاهد مساعدان باحثان مدربان شريط فيديو لحالة المحرك الواحد، وكان مطلوباهما للتوصل إلى توافق في الآراء بشأن العدد الإجمالي للمصيد الناجح. تم قياس أداء حالة إدراكية واحدة من خلال العدد الإجمالي للطرح الصحيح. وشاهد مساعدان باحثان مدربان شريط فيديو للحالة المعرفية الوحيدة وكان مطلوباً منهما التوصل إلى توافق في الآراء بشأن العدد الإجمالي للطرح الصحيح. لم تكن أخطاء الطرح تراكمية (أي" 100، 92، 85..." سيتم تسجيلها كخطأ واحد و طرح واحد صحيح). وأخيراً، تم قياس أداء حالة المهام المزدوجة حسب العدد الإجمالي للمصيد الناجح والعدد الإجمالي للطرح الصحيح. ومرة أخرى، شاهد مساعدان باحثان مدربان شريط فيديو للحالة المعرفية الوحيدة وكان مطلوباً منهما التوصل إلى توافق في الآراء بشأن العدد الإجمالي للمصيد الناجح والطرح الصحيح.

تكلفة المهمة المزدوجة على المهمة الفرعية UE
وبالنسبة لكل مشارك، فإن تكلفة محرك المهام المزدوجة ستمثلها كميات أقل من المصيد الناجح خلال حالة المهمة المزدوجة مقارنة بعدد المصيد الناجح الذي يتم أثناء حالة المحرك الواحد. وجدنا أن جميع المشاركين الثلاثة الذكور لديهم تكلفة محرك مهمة مزدوجة. وعلى وجه التحديد، كان لديهم كميات أقل من الكميات المصيدة الناجحة خلال حالة المهمة المزدوجة مقارنة بحالة المحرك الواحد؛ انظر الشكل 2A.

تكلفة إدراكية مزدوجة مهمة سيتم تمثيلها من قبل أقل الطرح الصحيح شرط المهمة المزدوجة مقارنة بعدد الطرح الصحيح الذي تم أثناء شرط المهمة مفردة. لاحظنا التكاليف الإدراكية للمهمة المزدوجة في اثنين من ثلاثة مشاركين. وبوجه خاص، كان لديهم عدد أقل من عمليات الطرح الصحيحة أثناء شرط المهمة المزدوجة مقارنة بشرط المهمة الفردية؛ انظر الشكل 2B.

تحليل البيانات لـ DTS متوافق مع التصوير العصبي
مواصفات جهاز fNIRS
استخدمنا نظام اطياف وظيفية متحركة بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (fNIRS)(جدول المواد). يحتوي النظام على 32 جهازًا optodes إجماليًا ، و 16 مصدرًا LED و 16 كاشفًا ، وجهاز استحواذ لاسلكي يرتديه المشاركون على ظهورهم. هذا الجهاز مجهز بشكل فريد لاستيعاب الحركة الحركية الإجمالية ، ولديه (على حد علمنا) أكبر قدر من تغطية الرأس لنظام الهاتف المحمول. باستخدام fNIRS قمنا بتقييم نشاط الدماغ عبر الاستجابة الديناميكية الدموية باستخدام مؤشرات الهيموجلوبين المؤكسج (HbO) خلال DTS متوافق مع التصوير العصبي.

fNIRS رئيس التحقيق
وشمل المسبار الرئيسي 30 أوبتودي (15 مصدراً LED و15 كاشفاً) وضعت على رأس المشارك باستخدام غطاء fNIRS مع أصحاب optode المدمجين. قمنا بقياس HbO عن طريق وضع مصادر LED وأجهزة الكشف في القشرة الحركية اليمنى واليمنية ومنطقتين أساسيتين من شبكة الجبهة الأمامية16، اليمنى PFC و PPC ، والتي حددناها مع نظام 10-2017؛ انظر الشكل 3. تضيء مصادر LED ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة في المناطق القشرية السطحية ، تلتقط الكاشفات الضوء المنكسر ، مما يسمح لنا بحساب قيم HbO في كل قناة ، أو تقاطع المصدر والمكشاف. بالإضافة إلى ذلك، ونحن تشمل ثمانية كاشفات فصل قصيرة، والتي تقيس قذف فروة الرأس، وهو متغير إزعاج التي سيتم التراجع من البيانات fNIRS الخام18،19.

تصميم كتلة لاقتناء fNIRS
تم تحويل كل من المهام الفرعية LE و UE إلى تصميم كتلة. بدأت كل من المهام الفرعية وانتهت بفترة راحة 60 s يجلس للحصول على النشاط الديناميكية الدموية الأساسية. وتبعت بقية كتل 15 عشوائية (5 كتل حالة المحرك واحد، 5 كتل حالة إدراكية واحدة، و 5 كتل حالة مهمة مزدوجة) التي كانت 30 s في المدة، مجموع 7.5 دقيقة من مجموع جمع البيانات لكل مهمة فرعية. وبين كل من كتل الشروط الخمسة عشر، كان هناك فاصل زمني متغيّر للراحة يتراوح بين 6 و8 ق تقريباً للسماح لاستجابة المشاركين الهدّامية بالعودة إلى خط الأساس؛ انظر الشكل 4.

FNIRS خفض البيانات وتحليل المستوى الأول (موضوع واحد) : يتم تحميل البيانات الأولية fNIRS في لغة البرمجة الملكية وبيئة الحوسبة الرقمية(جدول المواد). وتوصف القنوات التي تم إنشاؤها مع أجهزة الكشف عن الفصل قصيرة للتراجع في وقت لاحق. القيم التحفيزية الافتراضية، التي تم إنشاؤها بواسطة برنامج عرض التحفيز، تتم إعادة تسمية لتحديد كتل DTS (على سبيل المثال، محرك واحد، ومعرفي واحد، ومحرك مزدوج). بعد ذلك، يتم تعيين معلمات مدة التحفيز إلى 30 ثانية لجميع كتل DTS و 60 ثانية لفترات الراحة. ثم يتم إكمال المعالجة الأساسية باستخدام خطوات من صندوق أدوات غير مملوك متوافق مع بيئة الحوسبة الرقمية. تتضمن هذه الخطوات حساب الكثافة البصرية ثم إعادة حساب قيم الكثافة البصرية التي يتم منحها بيانات من قنوات الفصل القصيرة20. المقبل، يتم تحويل الكثافة البصرية إلى قيم الهيموغلوبين (الهيموجلوبين ديوكسيجيند، الهيموغلوبين المؤكسج، والهيموغلوبين الكلي) باستخدام تعديل قانون لامبرتالبيرة 21. بعد التحويل، يتم تشغيل خوارزمية نموذج autoregressive، والتي تتضمن الانحدار من بيانات قناة الفصل قصيرة. يتم تعيين معلمات خوارزمية التسجيل التلقائي لمتابعة نموذج22الكنسي. وأخيراً، يمكن تصور البيانات الفردية باستخدام تناقضات الحالة (على سبيل المثال، ثنائي مقابل واحد)؛ انظر الشكل 5.

Figure 1
الشكل 1: أداء المهام الفرعية LE أثناء ظروف المهام الفردية مقابل المهام المزدوجة. (أ)كان لدى المشاركين الثلاثة سرعة مشي أبطأ، ومتوسط مدة خطوة أطول، وتغيّر أكبر في مدة الخطوة أثناء حالة المهمة المزدوجة مقارنة بشرط المهمة الواحدة، والذي يمثل تكلفة محرك مهمة مزدوجة على المهمة الفرعية UE. لم يُظهر اثنان من ثلاثة مشاركين أي تغييرات في عدد الخطوات الإجمالية أو متوسط طول الخطوة بين شروط المهمة المزدوجة و الوحيدة. (ب)اثنين من ثلاثة مشاركين توليد كلمات أقل أثناء شرط المهمة المزدوجة مقارنة بحالة المهمة الواحدة، والذي يمثل تكلفة إدراكية مزدوجة المهمة على المهمة الفرعية LE. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: UE Sub tasks الأداء أثناء شروط المهمة الفردية مقابل المزدوجة. (أ)كان لدى المشاركين الثلاثة كميات أقل من المصيد الناجح أثناء حالة المهمة المزدوجة مقارنة بحالة المهمة الواحدة، والتي تمثل تكلفة محرك المهام المزدوجة في المهمة الفرعية UE. (B) كان لدى اثنين من ثلاثة مشاركين عدد أقل من عمليات الطرح الصحيحة أثناء شرط المهمة المزدوجة مقارنة بشرط المهمة الفردية، والذي يمثل تكلفة إدراكية مزدوجة للمهمة الفرعية UE. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: التحقيق رئيس FNIRS. وشمل مسبار رئيس الـ fNIRS 15 مصدرًا لـ LED (دوائر حمراء) و15 كاشفًا (دوائر بيضاء) تم وضعها في القشرة الحركية اليسرى واليمنية والقشرة الجبهيّة اليمنى (PFC) والقشرة الجدارية الخلفية اليمنى (PPC). وقد سمح لنا هذا بحساب قيم الهيموغلوبين المؤكسج (HbO) في كل قناة، أو تقاطع المصدر والمكشاف. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: تصميم الكتلة للحصول على fNIRS. بالنسبة للنسخة المتوافقة مع التصوير العصبي من DTS، تم تحويل المهام الفرعية LE و UE إلى تصميم كتلة. بدأت كلتا الفترتين الفرعيتين وانتهتا بفترة راحة 60 ثانية للحصول على نشاط أساسي للديناميكية الهكمية. وتبعت بقية كتل عشوائية 15 (5 كتل حالة محرك واحد، 5 كتل حالة إدراكية واحدة، و 5 كتل حالة مهمة مزدوجة) التي كانت 30 ثانية في المدة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: بيانات fNIRS الموضوع الواحد. هذا هو تصوير بيانات fNIRS موضوع واحد باستخدام التناقضات الشرط. هذه الصورة تتناقض مع الهيموغلوبين المؤكسج (HbO) خلال المهمة المزدوجة مقابل مهمة المحرك الواحد من المهمة الفرعية LE. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في هذه المخطوطة، وصفنا بروتوكول الإدارة لشاشة المهام المزدوجة التي تمت مراجعتها حديثًا (DTS). وقد تم استكمال هذه التنقيحات لمعالجة القيود المحددة في15 DTS الأصلي وشملت إضافة ظروف إدراكية واحدة لاختبار التكاليف الإدراكية للمهمة المزدوجة. كما تضمنت أيضًا قياس التسارع القائم على الأجهزة الذكية لقياس خصائص المشي بشكل أكثر دقة. أدرجنا النتائج التمثيلية التي توضح نوع البيانات السريرية التي يمكن الحصول عليها مع DTS. كما وصفنا بروتوكول البحث لشاشة المهام المزدوجة المتوافقة مع التصوير العصبي (DTS) ، والتي صممناها لتقييم الأسس العصبية لأداء المهمة الفردية وثنائية. كانت طريقة التصوير العصبي التي اخترناها جهاز التحليل الطيفي العملي المحمول القريب من الأشعة تحت الحمراء (fNIRS) الذي يستوعب حركة المحركات الإجمالية عن طريق تقليل تأثير التحف المتحركة18،19. لإنشاء إصدار متوافق مع التصوير العصبي، كان علينا تحويل DTS إلى تصميم كتلة. تصميم كتلة المطلوبة خمسة التكرار، أو كتل، من المحرك واحد، ومعرفية واحدة، و شروط مهمة مزدوجة. وهذا يتطلب استخدام المحفزات المعرفية الجديدة (مثل الأرقام والحروف) من صعوبة مماثلة لكل تجربة.

إضافة مقاييس التسارع كانت أكثر الإضافة تحديًا إلى DTS المنقحة ، حيث يتطلب ذلك أن نميز بالضبط متى تم بدء المشي على كل من الأجهزة الذكية. نحن في وقت واحد استغلالها الأجهزة الذكية / مقاييس التسارع، قبل الخطوة الأولى للمشاركين، لخلق ارتفاع القطع الأثرية في بيانات التسارع. كما قمنا بتصوير مشي المشاركين بالفيديو، حتى نتمكن من مطابقة ضربات كعبهم في الفيديو بضربات الكعب التي سجلها مقاييس التسارع.

معظم استكشاف الأخطاء وإصلاحها، ومع ذلك، تم إكمال إنشاء إصدار متوافق مع neuroimaging من DTS. كانت العقبة الأولى التي واجهناها هي العثور على برنامج عرض تحفيزي يمكنه التفاعل لاسلكيًا مع برنامج الاستحواذ على التصوير العصبي. وعلى عكس المهام القائمة على الحاسوب، لم يكن المشارك بحاجة إلى معرفة الحالة التي كانت على وشك الحدوث، ولكن كان على الباحث أن يرى الظروف من أجل تقديم التعليمات. وعلاوة على ذلك ، كان هذا التحفيز البرمجيات إلى التفاعل بسلاسة مع اقتناء البرمجيات ، للاحتفال الظروف التي كانت تحدث. وهذا ضروري لتجزئة متوسط بيانات التصوير العصبي في المستقبل عبر جميع الكتل الخمس لكل حالة. لقد نجحنا في تحديد برنامج عرض توضيحي للمحفزات الذي تفاعل مع برنامج الحصول على البيانات من fNIRS عبر طبقة تدفق المختبر. هذا سمح لنا باستخدام كلا البرنامجين في وقت واحد. العقبة التالية التي واجهناها هي تعديل DTS إلى تصميم كتلة ، حيث كان كل كتلة 30 ثانية في المدة ، وهو أمر ضروري لجودة البيانات fNIRS الأمثل. بالإضافة إلى ذلك، كنا بحاجة إلى تضمين فترات الراحة في بداية ونهاية كل عملية فرعية لقياس نزيف الدماغ الأساسي، بسبب التباين المعروف بين المواضيع في تخبط الدماغ23، خاصة بعد mTBI24. علاوة على ذلك ، كنا بحاجة إلى إضافة فترات انتقالية 6-10 بين الكتل للسماح لنشاط دماغ المشاركين بالعودة إلى خط الأساس. وأخيرا، قررنا أننا بحاجة إلى العشوائية أمر كتلة ورسالة الرصيد المضاد ومحفزات عدد، للمهام المعرفية، للحد من آثار الممارسة وتجنب التعود العصبي. المهمة الأكثر تحديا لتعديل لتصميم كتلة 30 ق كان المشي عقبة في المهمة الفرعية LE. قبل التعديل ، كان هذا 18 متر عقبة سيرا على الأقدام ، وكانت المدة هي الوقت الذي استغرقه المشاركون لإكماله. لتغيير 18 مترا سيرا على الأقدام إلى كتلة 30 ثانية، طلبنا من المشاركين لتكرار المشي 15 مترا مع اثنين من العقبات (بدلا من ثلاثة) حتى يتم استدعاء الوقت. في نهاية كتلة 30 s وضعنا علامة مؤقتة (ملاحظات لاصقة) على الأرض حيث توقف المشارك. هذا سمح لنا لقياس بدقة مسافة مشى وحساب سرعة المشي في م / ق. وأخيرا، في برنامج عرض التحفيز، أضفنا شريط فيديو لجهاز توقيت 30 s لكل كتلة، حتى يتمكن الباحث من تصور برنامج التصوير العصبي ومدة كل كتلة في وقت واحد على جهاز كمبيوتر محمول وتقديم الإشارات اللفظية (على سبيل المثال "بدء" و "وقف") للمشارك لبداية ونهاية كل كتلة.

في النتائج التمثيلية، وجدنا أن خصائص المشية التالية أظهرت تكاليف محرك المهام المزدوجة على المهمة الفرعية LE: سرعة المشي، متوسط مدة الخطوة، والتباين في مدة الخطوة. وعلى النقيض من ذلك، لم يظهر مجموع الخطوات ومتوسط طول الخطوة على ما يبدو تكاليف محرك المهام المزدوجة، حيث لم يظهر اثنان من ثلاثة مشاركين أي تغييرات على هذه المقاييس. وقد يمثل ذلك تقييداً لتلك المقاييس أو مقاييس التسارع. كما يمكن أن يكون نتيجة فقط لإدراج بيانات تمثيلية من ثلاثة مشاركين، على الرغم من أننا كنا نأمل أن نرى تكاليف محرك المهام المزدوجة في 100٪ من المشاركين، بغض النظر عن حجم العينة. على الرغم من أن بيانات ضربة الكعب من الأجهزة الذكية قدمت بيانات مفصلة ودقيقة، فإن هناك قيداً كبيراً، في الوقت الحاضر، هو مقدار الوقت والخبرة الذي يستغرقه معالجة وتفسير هذه البيانات (حتى 1.25 ساعة/مشارك). من الناحية المثالية ، نود أن تستغرق هذه المعالجة والتفسير أقل من 10 دقائق وتتطلب القليل من التدريب المسبق. نحن بحاجة إلى تطوير تطبيق لتبسيط هذه المعالجة. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أننا لاحظنا تكاليف محرك المهمة المزدوجة متسقة في الرياضيين الممثلين، وجدنا أن أحد المشاركين لم تثبت تكلفة مزدوجة مهمة المعرفية على المهمة الفرعية LE ومشارك مختلف لم تثبت تكلفة مزدوجة مهمة المعرفية على المهمة الفرعية UE. ويفضل أن تُثير هذه الطريقة تكلفة إدراكية مزدوجة للمهمة على كل من المهام الفرعية في جميع المشاركين (بغض النظر عن حجم العينة)، والتي قد توحي بالحاجة إلى مهام معرفية أكثر صعوبة. بدلا من ذلك، قد تشير هذه النتيجة إلى أن القدرات المعرفية هي أقل عرضة للتدخل مهمة مزدوجة وينبغي لنا أن نركز على الانزعاج المهمة المزدوجة في الأداء الحركي.

وكان الهدف الأولي من العمل هو وضع أداة عملية وحساسة يمكنها تحسين تقييم ومعالجة الـ mTBI. على النقيض من العديد من نماذج مهمة مزدوجة المستخدمة في العمل السابق14، و DTS الأصلي و DTS المنقحة استخدام المحمولة ، والمعدات غير مكلفة ، ومعظم الظروف من السهل تسجيل مع عدم وجود تدريب مسبق. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بتضمين تقييم جديد لوظيفة الطرف العلوي ، على وجه التحديد التنسيق بين اليد والعين ، في حين أن العمل السابق ركز فقط على الأطراف السفلية أو قدرات الطرف السفلي11،12،13،14. وبالتالي، فإن الأسلوب لديه إمكانات كبيرة للمساهمة في بروتوكولات التقييم mTBI، كما أنه يمكن أن تدار في مجموعة متنوعة من البيئات (مثل، مراكز إعادة التأهيل، ومكاتب الأطباء، وصالات رياضية، وغرف التدريب الرياضي) لمجموعة واسعة من الرياضيين تنافسية. في نهاية المطاف، نحن بحاجة إلى تحديد أن DTS حساسة لآثار mTBI الناجمة عن الرياضة، ولكن الخطوات التي اتخذناها حتى الآن تشير إلى أن بروتوكول إدارة DTS هو وسيلة عملية لاستثارة آثار مهمة مزدوجة في الرياضيين عالية الأداء.

حتى الآن، يقتصر تقييم mTBI على الأعراض المبلغ عنها ذاتيا والتدابير الموضوعية التي لديها ضعف اختبار إعادة اختبار الموثوقية، والاعتماد على اختبار خط الأساس أو لا تشكل تحديا بما فيه الكفاية للرياضيين عالية الأداء7،8،9. يتضمن DTS المهام الصعبة التي تقوم بتقييم أداء الطرفين السفلي والعلوي. حاليا، لم نُرسَل إلى أن DTS حساس لتأثيرات mTBI، ولكننا في عملية جمع تلك البيانات. بالإضافة إلى ذلك، ونحن نسعى إلى فهم أفضل الأسس العصبية لسلوك المهمة الفردية ومزدوجة في الرياضيين الأصحاء وأولئك الذين يعانون من mTBI الناجم عن الرياضة باستخدام DTS التصوير العصبي التي تم إنشاؤها حديثا متوافق. وسوف يساعدنا هذا الفهم على زيادة صقل أساليب التقييم، مثل نظام إدارة العلاج، وتقديم نظرة ثاقبة حول نماذج العلاج الأمثل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ولا يوجد لدى أصحاب البلاغ أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

Acknowledgments

ونود أن نشكر السيدة إيزابيل بوث، وهي جامعة ولاية كولورادو، وهي تكرّم الطالب الذي ساعد في تحليل بيانات قياس التسارع. ونود أيضا أن نعترف بالتمويل من المعهد الوطني للصحة K12 HD055931 وK01 HD096047-02 صدر إلى الكاتب J.S.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hardware (in alphabetical order)
NIRx NIRSport2 Device: NSP2-CORE1616 NIRx Reference #: GC359 "The NIRSport 2 is a user-friendly, modular, and robust wireless functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) platform which measures hemodynamic responses to neuroactivation via oxy-, deoxy-, and total hemoglobin changes in the cerebral cortex.The NIRSport 2 comes with a host of ready-to-implement upgrades and modules to meet the needs of a broad range of cognitive neuroscience applications." (Direct quote from nirx.net/nirsport)
NIRx NIRSCap (available in 5 difference sizes) NIRx N/A "The NIRScap consists of a measuring cap and optode holders. The optode holders fit into the slits of the measuring cap." (Direct quote from NIRx's NIRScap Getting Started Guide)
NIRx Optode Sources (x 2) NIRx Reference #: GC359 "8-source active source bundel for fiberless optical illumination with dual tip; 240 cm long." (Direct quote from NIRx Packing List Description)
NIRx Optode Detectors (x 2) NIRx Reference #: GC359 "Bundle of 8x active sensores for fiberless optical detection; dual tip; 240 cm long." (Direct quote from NIRx Packing List Description)
NIRx Short Distance Detector Probes NIRx N/A "The probes come in a bundle of eight detector clips that allows coupling of short-distance data from eight independent sources sites to one common detector channel on the instrument." (Direct quote from NIRx's Short Distance Detector Probes Getting Started Guide)
Software (in alphabetical order)
Aurora NIRx N/A "NIRSport 2 Acquistion Software. Aurora fNIRS connects to your NIRSport 2 device via Wi-Fi or USB and can set-up a complete experimental configuration in only several clicks. Thanks to the automated signal optimization algorithm, Aurora fNIRS ensures optimal signal quality before a measurement is started. Raw data, HbO and Hb concentration changtes can be visualized in real-time in several display modes. In addition, high-end whole head visualizations are immediately available. Recorded data can be exported over the integrate Lab Streaming Layer (LSL) protocol, allowing for real-time processing in Brain-Computer Interface (BCI) and Neurofeedback paradigms." (Direct quote from nirx.net/software)
Matlab Math Works N/A "MATLAB® combines a desktop environment tuned for iterative analysis and design processes with a programming language that expresses matrix and array mathematics directly. It includes the Live Editor for creating scripts that combine code, output, and formatted text in an executable notebook." (Direct quote from mathworks.com)
NIRS Toolbox Developed by Huppert Brain Imaging Lab N/A "NIRS toolbox is a Matlab based analysis program." (Direct quote from huppertlab.net/nirs-toolbox-2/)
PsychoPy Python N/A "PsychoPy is an open source software package written in the Python program,ming language primarily for us in neuroscience and experimntal psychology research." (Direct quote from psychopy.org)
Lower Tech/Cost Research Supplies* (in alphabetical order)
AmazonBasics 60-Inch Lightweight Tripod with Bag Amazon Item Model #: WT3540 This lightweight tripod is perfect for most cameras up to 6.6 pounds. Setup is quick and easy. The included bag makes storage and transport a snap.The tripod’s legs can extend from 20” to 48”. Leg locks release smoothly and glide easily to your desired height. Crank up the center post for a tripod that is 60” tall. (Direct quote from Amazon.com)
iPod Touch x 2 Apple N/A Smart device with built-in accelerometer.
Panasonic Full HD Video Camera Camcorder HC-V180K, 50X Optical Zoom, 1/5.8-Inch BSI Sensor, Touch Enabled 2.7-Inch LCD Display (Black) Amazon Item Model #: HC-V180K Compact, lightweight and easy to use, the Panasonic Full HD Camcorder HC-V180K brings a fun, worry-free experience to high-resolution video capture. Featuring a 5-axis image stabilizer for maximum handheld stability, this 1080p camera’s super-long 50X optical zoom and up to 90X intelligent zoom quickly bring distant objects in focus. A convenient 28mm wide-angle lens allows you to fit more people and scenery into settings like weddings, reunions and vacations. An advanced BSI sensor assures low-light video image quality while Panasonic’s Level Shot function automatically detects and compensates for distracting camera tilting. For added fun, the camera includes creative filter effects like 8mm Movie, Silent Movie, Miniature Effect and Time Lapse Recording, all easily accessible on the 2.7-inch LCD touch screen. A two-channel zoom microphone works in tandem with the zoom to ensure crisp, clear audio up close or at any distance." (Direct quote from Amazon.com)
Post-it Notes, 3" x 3", Canary Yellow, Pack Of 18 Pads Office Depot/Office Max Item # 1230652 "Post it® Notes stick securely and remove cleanly, featuring a unique adhesive designed for use on paper."
Scotch 232 Masking Tape, 1" x 60 Yd Office Depot/Office Max Item # 910588 "High-performance paper masking tape produces sharp paint lines in medium-temperature paint bake operations. Scotch tape provides clean removal every time, even on traditionally difficult-to-remove surfaces." (Direct quote from officedepot.com)
Stanley Tools Leverlock Tape Measure, Standard, 25' x 1" Blade Office Depot/Office Max Item #389512 "Tape rule features a power return with automatic bottom lock for easy operation. High-visibility case color makes it easy to find. Special Tru-Zero hook allows use of nail as pivot to draw circles and arcs. Tape rule offers a multiple riveted hook and polymer-coated blade for longer life, blade wear guard and comfortable rubber grip. Protected blade resists abrasion, oils, dirt and most solvents. Tape rule has Imperial ruling with consecutive feet on top and consecutive inches on bottom after the first foot. Its belt clip allows easy carrying." (Direct quote from officedepot.com)
Stopwatch Office Depot/Office Max Item # 357698 "Offers split timing, precise to 1/100 of a second. Includes 6 functions — hour, minute, second, day, month and year." (Direct quote from officedepot.com)
Tourna Ballport Deluxe Tennis Ball Hopper with Wheels - Holds 80 Balls Amazon Item Model #: BPD-80W "Balloon port 80 deluxe holds 80 balls and comes with wheels for easy Maneuverability. The handles are an extra long 33 inch for more convenient feed and pickup. Very lightweight yet durable makes this one of the most premium hoppers on the market. Loaded with patented features: legs lock in up and down position. Bars at the top slide closed so your the balls don't fall out during transport. Bars roll at the bottom so the ball slips in the hopper easily." (Direct quote from Amazon.com)
Tourna Pressureless Tennis Balls with Vinyl Tote (45 pack of balls) Amazon Item Model #: EPTB-45 "45 Pressure less tennis balls in a vinyl tote bag. Bag has a zipper for secure closure. Balls are regulation size and durable. Suitable for practice or tennis ball machines. Balls are pressure less so they never go dead. Pressure-less means they never go dead, which makes them great for tennis practice, ball machines, filling up ball baskets and hoppers, or just making sure your pet has hours of fun chasing these balls. They fit Chuck-it style dog ball launchers and automatic ball launchers. Durable rubber and a premium felt ensures their use can be universal, whether your a budding tennis player or a pet owner." (Direct quote from Amazon.com)
Velcro Velcro N/A Self-adhesive strips and wraps; used to secure smart devices.
Yoga Block 2 Pack – 2 High Density Light Weight Exercise Blocks 4 x 6 x 9 Inches Support All Poses - Lightweight Versatile Fitness and Balance Odor Free Bricks (Note: 6 blocks are needed for Dual Task Screen) Amazon N/A "These blocks are made from recycled high density EVA foam and provide firm support in a wide range of different yoga poses. This will improve your posture and you can stay in challenging poses for longer." (Direct quote from Amazon.com)
*These items or comparable items can be obtained from a number of other sources

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gardner, R. C., Yaffe, K. Epidemiology of mild traumatic brain injury and neurodegenerative disease. Molecular and Cellular Neuroscience. 66, Pt B 75-80 (2015).
  2. Oyegbile, T. O., Dougherty, A., Tanveer, S., Zecavati, N., Delasobera, B. E. High Sleep Disturbance and Longer Concussion Duration in Repeat Concussions. Behavioral Sleep Medicine. , 1-8 (2019).
  3. Schatz, P., Moser, R. S., Covassin, T., Karpf, R. Early indicators of enduring symptoms in high school athletes with multiple previous concussions. Neurosurgery. 68 (6), 1562-1567 (2011).
  4. Yrondi, A., Brauge, D., LeMen, J., Arbus, C., Pariente, J. Depression and sports-related concussion: A systematic review. La Presse Médicale. 46 (10), 890-902 (2017).
  5. Haider, M. N., et al. A systematic review of criteria used to define recovery from sport-related concussion in youth athletes. British Journal of Sports Medicine. 52 (18), 1179-1190 (2018).
  6. Conway, F. N., et al. Concussion Symptom Underreporting Among Incoming National Collegiate Athletic Association Division I College Athletes. Clinical Journal of Sport Medicine. 30 (3), 203-209 (2020).
  7. Broglio, S. P., Guskiewicz, K. M., Norwig, J. If You're Not Measuring, You're Guessing: The Advent of Objective Concussion Assessments. Journal of Athletic Training. 52 (3), 160-166 (2017).
  8. Broglio, S. P., Katz, B. P., Zhao, S., McCrea, M., McAllister, T. Test-retest reliability and interpretation of common concussion assessment tools: Findings from the NCAA-DoD CARE Consortium. Sports Medicine. 48 (5), 1255-1268 (2018).
  9. Howell, D. R., et al. Examining Motor Tasks of Differing Complexity After Concussion in Adolescents. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 100 (4), 613-619 (2019).
  10. Buttner, F., et al. Concussed athletes walk slower than non-concussed athletes during cognitive-motor dual-task assessments but not during single-task assessments 2 months after sports concussion: a systematic review and meta-analysis using individual participant data. British Journal of Sports Medicine. 54 (2), 94-101 (2020).
  11. Howell, D. R., Buckley, T. A., Lynall, R. C., Meehan, W. P. I. Worsening dual-task gait costs after concussion and their association with subsequent sport-related injury. Journal of Neurotrauma. 35 (14), 1630-1636 (2018).
  12. Howell, D. R., Kirkwood, M. W., Provance, A., Iverson, G. L., Meehan, W. P. Using concurrent gait and cognitive assessments to identify impairments after concussion: a narrative review. Concussion. 3 (1), 54 (2018).
  13. Lee, H., Sullivan, S. J., Schneiders, A. G. The use of the dual-task paradigm in detecting gait performance deficits following a sports-related concussion: a systematic review and meta-analysis. Journal of Science and Medicine in Sport. 16 (1), 2-7 (2013).
  14. Solomito, M. J., et al. Motion analysis evaluation of adolescent athletes during dual-task walking following a concussion: A multicenter study. Gait Posture. 64, 260-265 (2018).
  15. Stephens, J. A., Nicholson, R., Slomine, B., Suskauer, S. Development and pilot testing of the dual task screen in healthy adolescents. American Journal of Occupational Therapy. 72 (3), (2018).
  16. Ptak, R. The frontoparietal attention network of the human brain: action, saliency, and a priority map of the environment. Neuroscientist. 18 (5), 502-515 (2012).
  17. Jasper, H. Report of the committee on methods of clinical examination in electroencephalography: 1957. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 10 (2), 370-375 (1958).
  18. Brigadoi, S., Cooper, R. J. How short is short? Optimum source-detector distance for short-separation channels in functional near-infrared spectroscopy. Neurophotonics. 2 (2), 025005 (2015).
  19. Sato, T., et al. Reduction of global interference of scalp-hemodynamics in functional near-infrared spectroscopy using short distance probes. Neuroimage. 141, 120-132 (2016).
  20. Scholkmann, F., et al. A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology. Neuroimage. 85, Pt 1 6-27 (2014).
  21. Baker, W. B., et al. Modified Beer-Lambert law for blood flow. Biomedical Optics Express. 5 (11), 4053-4075 (2014).
  22. Barker, J. W., Aarabi, A., Huppert, T. J. Autoregressive model based algorithm for correcting motion and serially correlated errors in fNIRS. Biomedical Optics Express. 4 (8), 1366-1379 (2013).
  23. Aguirre, G. K., Zarahn, E., D'Esposito, M. The variability of human, BOLD hemodynamic responses. Neuroimage. 8 (4), 360-369 (1998).
  24. Stephens, J. A., Liu, P., Lu, H., Suskauer, S. J. Cerebral Blood Flow after Mild Traumatic Brain Injury: Associations between Symptoms and Post-Injury Perfusion. Journal of Neurotrauma. 35 (2), 241-248 (2018).

Tags

السلوك، القضية 164، إصابات الدماغ الرضية خفيفة، الرياضيين، الرياضة، قياس التنمية، مهمة مزدوجة، وظيفة الحركة، الإدراك، وظيفية شبه الأشعة تحت الحمراء الطيفية
إصدارات منقحة ومتوافقة مع الإصدارات العصبية من شاشة المهام المزدوجة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Aumen, A. M., Oberg, K. J., Mingils, … More

Aumen, A. M., Oberg, K. J., Mingils, S. M., Berkner, C. B., Tracy, B. L., Stephens, J. A. Revised and Neuroimaging-Compatible Versions of the Dual Task Screen. J. Vis. Exp. (164), e61678, doi:10.3791/61678 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter