Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Samtidig dataindsamling af fMRI- og fNIRS-målinger ved hjælp af et helhoved optodearray og kortdistancekanaler

Published: October 20, 2023 doi: 10.3791/65088
Automatic Translation
1, 2, 1, 1,2,3
1Child Study Center, Yale University School of Medicine, 2Department of Psychology, University of Connecticut, 3Department of Psychology, Yale University

Summary

Vi præsenterer en metode til samtidig indsamling af fMRI- og fNIRS-signaler fra de samme emner med helhoved fNIRS-dækning. Protokollen er testet med tre unge voksne og kan tilpasses til dataindsamling til udviklingsstudier og kliniske populationer.

Abstract

Funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) er en bærbar neuroimaging metode, mere robust til bevægelse og mere omkostningseffektiv end funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI), hvilket gør den meget velegnet til at udføre naturalistiske undersøgelser af hjernefunktion og til brug med udviklingsmæssige og kliniske populationer. Både fNIRS- og fMRI-metoder registrerer ændringer i iltning af cerebral blod under funktionel hjerneaktivering, og tidligere undersøgelser har vist høj rumlig og tidsmæssig korrespondance mellem de to signaler. Der er imidlertid ingen kvantitativ sammenligning af de to signaler, der indsamles samtidigt fra de samme emner med helhoved fNIRS-dækning. Denne sammenligning er nødvendig for omfattende validering af aktivering på områdeniveau og funktionel forbindelse i forhold til fMRI-guldstandarden, hvilket igen har potentiale til at lette sammenligninger af de to signaler over hele levetiden. Vi adresserer dette hul ved at beskrive en protokol til samtidig dataindsamling af fMRI- og fNIRS-signaler, der: i) giver fNIRS-dækning for hele hovedet; ii) omfatter kortdistancemålinger for regression af det ikke-kortikale, systemiske fysiologiske signal og iii) implementerer to forskellige metoder til optode-til-hovedbund medregistrering af fNIRS-målinger. fMRI- og fNIRS-data fra tre forsøgspersoner præsenteres, og anbefalinger til tilpasning af protokollen til testudviklingsmæssige og kliniske populationer diskuteres. Den nuværende opsætning med voksne tillader scanningssessioner i gennemsnit ca. 40 min, hvilket inkluderer både funktionelle og strukturelle scanninger. Protokollen skitserer de trin, der kræves for at tilpasse fNIRS-udstyret til brug i det magnetiske resonansmiljø (MR), giver anbefalinger til både dataoptagelse og optode-til-hovedbund-medregistrering og diskuterer potentielle ændringer af protokollen, så den passer til specifikationerne for det tilgængelige MR-sikre fNIRS-system. Repræsentative emnespecifikke svar fra en blinkende skakbrætopgave illustrerer protokollens gennemførlighed til måling af helhoved fNIRS-signaler i MR-miljøet. Denne protokol vil være særlig relevant for forskere, der er interesserede i at validere fNIRS-signaler mod fMRI over hele levetiden.

Introduction

Kognitiv funktion er blevet undersøgt i den voksne menneskelige hjerne via funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) i næsten tre årtier. Selvom fMRI giver høj rumlig opløsning og både funktionelle og strukturelle billeder, er det ofte ikke praktisk til undersøgelser udført i naturalistiske sammenhænge eller til brug med spædbørn og kliniske populationer. Disse begrænsninger begrænser væsentligt vores forståelse af hjernens funktion. Et alternativ til fMRI er brugen af bærbare metoder, der er mere omkostningseffektive og robuste over for bevægelse, såsom funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS)1,2,3. fNIRS er blevet brugt med spædbørn og småbørn til at vurdere hjernefunktion på tværs af en række kognitive domæner, såsom sprogudvikling, behandling af socialt relevant information og objektbehandling 4,5,6. fNIRS er også en neuroimaging modalitet, der er specielt velegnet til test af kliniske populationer på grund af dets potentiale for gentagen test og overvågning på tværs af alderen 7,8,9. På trods af dets brede anvendelighed er der ingen undersøgelser, der kvantitativt sammenligner fMRI- og fNIRS-signaler indsamlet samtidigt fra de samme emner med helhoveddækning. Denne sammenligning er nødvendig for omfattende validering af aktiveringer på områdeniveau og funktionel forbindelse mellem interesseområder (ROI'er) i forhold til fMRI-guldstandarden. Desuden har etableringen af denne intermodalitetskorrespondance potentiale til at forbedre fortolkningen af fNIRS, når det er det eneste indsamlede signal på tværs af både typisk og atypisk udvikling.

Både fMRI- og fNIRS-signaler registrerer ændringer i iltning af cerebral blod (CBO) under funktionel hjerneaktivering10,11. fMRI er afhængig af ændringer i elektromagnetiske felter og giver en høj rumlig opløsning af CBO-ændringer12. fNIRS måler derimod absorptionsniveauer af nærinfrarødt lys ved hjælp af en række lysemitterende og lysdetekterende optoder2. Da fNIRS måler ændringer i absorption ved forskellige bølgelængder, kan den vurdere koncentrationsændringer i både oxy- og deoxyhemoglobin. Tidligere undersøgelser ved hjælp af samtidige optagelser af fMRI- og fNIRS-signaler med et lille antal optoder har vist, at de to signaler har høj rumlig og tidsmæssig korrespondance10. Der er stærke korrelationer mellem blod-ilt-niveauafhængig (BOLD) fMRI og optiske mål11,13, hvor deoxyhemoglobin viser den højeste korrelation med BOLD-responsen, som rapporteret af tidligere arbejde, der sammenligner den tidsmæssige dynamik i fNIRS og fMRI hæmodynamiske responsfunktioner (HRF'er)14. Disse tidlige undersøgelser implementerede motorresponsparadigmer (dvs. fingertapping) og brugte et begrænset antal optoder, der dækkede primære motoriske og præmotoriske cortexområder. I det sidste årti har undersøgelser udvidet fokus til at omfatte et større batteri af kognitive opgaver og hviletilstandssessioner, selvom de stadig bruger et begrænset antal optoder, der dækker specifikke ROI'er. Disse undersøgelser har vist, at variabilitet i fNIRS / fMRI-korrelationer er afhængig af optodens afstand fra hovedbunden og hjernen15. Desuden kan fNIRS levere hviletilstandsfunktionelle forbindelsesmål, der kan sammenlignes med fMRI16,17.

Den nuværende protokol bygger på tidligere arbejde og adresserer centrale begrænsninger ved i) at levere helhoved fNIRS-dækning, ii) herunder kortdistancemålinger til regression af ikke-kortikale fysiologiske signaler, iii) implementere to forskellige metoder til optode-til-hovedbund-medregistrering af fNIRS-målinger og iv) muliggøre vurdering af signalets test-retest-pålidelighed på tværs af to uafhængige sessioner. Denne protokol til samtidig dataindsamling af fMRI- og fNIRS-signaler blev oprindeligt udviklet til test af unge voksne. Et af målene med studiet var imidlertid at skabe et eksperimentelt setup til indsamling af samtidige fMRI/fNIRS-signaler, som efterfølgende kan tilpasses til test af udviklingspopulationer. Derfor kan den nuværende protokol også bruges som udgangspunkt for at udvikle en protokol til test af små børn. Ud over at bruge helhoved fNIRS-dækning sigter protokollen også mod at inkorporere nylige fremskridt inden for fNIRS-hardware, såsom inkludering af kortdistancekanaler til måling af det systemiske fysiologiske signal (dvs. vaskulære ændringer som følge af ikke-kortikale kilder, såsom blodtryk, åndedræts- og hjertesignaler)18,19 ; og brugen af en 3D-struktursensor til medregistrering af optode til hovedbund20. Selvom fokus i denne protokol er på resultaterne af en visuel blinkende skakbrætopgave, inkluderer hele eksperimentet to sessioner med en blanding af traditionelle blokopgavedesign, hviletilstandssessioner og naturalistiske filmvisningsparadigmer.

Protokollen beskriver de trin, der er nødvendige for at tilpasse fNIRS-udstyret til brug i MR-miljøet, herunder cap-design, tidsmæssig justering via triggersynkronisering og fantomtest, der kræves inden dataindsamlingens start. Som nævnt er fokus her på resultaterne af den blinkende skakbrætopgave, men den overordnede procedure er ikke opgavespecifik og kan være passende for et vilkårligt antal eksperimentelle paradigmer. Protokollen skitserer yderligere de trin, der kræves under dataindsamling, som inkluderer placering af fNIRS-hætte og signalkalibrering, opsætning af deltager- og eksperimentelt udstyr samt oprydning efter eksperiment og datalagring. Protokollen slutter med at give et overblik over de analytiske pipelines, der er specifikke for forbehandling af fNIRS- og fMRI-data.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forskningen blev godkendt af Institutional Review Board (IRB) ved Yale University. Der blev indhentet informeret samtykke for alle forsøgspersoner. Forsøgspersonerne skulle bestå MR-screening for at sikre deres sikre deltagelse. De blev udelukket, hvis de havde en historie med alvorlig medicinsk eller neurologisk lidelse, der sandsynligvis ville påvirke kognitiv funktion (dvs. en neurokognitiv eller depressiv lidelse, traume, skizofreni eller obsessiv-kompulsiv lidelse).

BEMÆRK: Den nuværende protokol bruger en CW-NIRS-enhed med 100 langdistancekanaler og 8 kortdistancekanaler (32 laserdiodekilder, λ = 785/830 nm med gennemsnitlig effekt på 20mW / bølgelængde og 38 lavinefotodiodedetektorer) samplet ved 1,95 Hz. MR- og fMRI-scanninger blev indsamlet på en Siemens 3 Tesla Prisma-scanner ved hjælp af en 20-kanals hovedspole. Alle data blev indsamlet på Yale Brain Imaging Center (https://brainimaging.yale.edu/). Systemspecifikke modifikationer til indsamling af samtidige fMRI- og fNIRS-data noteres i hele protokollen.

1. fNIRS-udstyrsændringer og udvikling til samtidig dataindsamling

BEMÆRK: Trin 3 til 6 er specifikke for NIRScoutXP-systemet og gælder muligvis ikke for andre fNIRS-systemer på grund af variation i anskaffelsessoftwaren og tilgængelige fantomer til optodevurdering.

  1. Forberedelse af fNIRS-hætterne
    1. Identificer de fNIRS-lofter, der er nødvendige for undersøgelsen. For en voksenundersøgelse skal du sørge for, at følgende hættestørrelser er tilgængelige (i cm): 54, 56, 58 og 60.
    2. BEMÆRK: Cap-størrelser er specifikke for det system, der bruges i denne protokol. Derfor kan der være variation i de specifikke størrelser, der er nødvendige for forskellige NIRS-systemer.
    3. Brug E-vitaminkapsler og et vandafvisende materiale (f.eks. nylonstof med PU-belægning) til at forberede fiducialerne. Pak kapslerne ind med det valgte materiale, og sy (eller lim) fiducialerne til de valgte områder (se figur 1A). E-vitaminkapsler tjener som fiduciale markører til at identificere placeringen af fNIRS-kanalerne i forhold til det underliggende hjernevæv ved hjælp af T1w-billedet.
    4. Bestem antallet af fiducials afhængigt af optodearrayet og medregistreringsmetoden. Nogle undersøgelser kræver kun påvisning af nogle få anatomiske vartegn, mens andre kan drage fordel af at placere fiducials ved siden af hver optode.
    5. Hvis fNIRS-hætten er for løs bag på hovedet, skal du fastgøre to stropper på hver side af hætten ved hjælp af elastisk stof (med forudskårne knaphuller) og knapper for at øge hættens justerbarhed. På tværs af deltagerne og uanset hvor stram hætten er, skal du fastgøre stropperne for at sikre en ensartet hætteopsætning.
    6. Hvis forsiden af hætten er for stram på panden, skal du placere gummibuffere på de optoder, der er i direkte kontakt med huden. Hvis fNIRS-leverandøren ikke leverer buffere, skal du oprette dem ved hjælp af filtstofklistermærker. Hvis du bruger gummibuffere, skal du bruge dem til alle deltagere uanset hættens pasform for at sikre en ensartet hætteopsætning. Sørg for, at ingredienserne i gummibufferne ikke har metalkomponenter, der beskytter mod artefakter i MR-billederne.
  2. Opsætning af fNIRS-udstyr i MR-kontrol- og scannerrum
    1. Placer fNIRS-enheden i kontrolrummet tæt på en af bølgelederne, der fører til scannerrummet. Brug en forhøjet overflade (f.eks. En trinskammel), hvis det er nødvendigt for at sikre, at fNIRS-enheden er så tæt på bølgelederne som muligt for at maksimere fiberlængden.
    2. Brug mesh kabelnet til at bundte de optiske fibre i grupper. Bestem disse grupper baseret på det valgte optodearray. Ideelt set vil optiske fibre blive grupperet, så alle optoder i gruppen skal placeres på samme side af hovedet (venstre vs. højre).
    3. Tilslut de optiske fibre til fNIRS-enheden, og før bundterne ind i scannerrummet gennem bølgelederne. Før du bestiller de optiske fibre, skal du måle afstanden mellem fNIRS-enheden og midten af scannerboringen for at sikre, at længden af de optiske fibre er tilstrækkelig.
    4. Bring de optiske fibre til scannerbordet. Brug en MR-sikker bro til at holde de optiske fibre for at sikre, at fibrenes vægt ikke får fibrene til at synke og for at forhindre dem i at trække hætten væk fra motivets hoved (se figur 1B).
  3. Opsætning af replikatorboksen til parallelport
    1. Installer den nyeste version af NIRStar-softwaren på fNIRS-dataindsamlingscomputeren.
    2. Tilslut parallelportreplikatoren til kablet, der overfører den transistortransistor logiske (TTL)-lignende puls fra scanneren som angivet i producentens udløservejledning (version R2.1; se figur 1C). TTL-pulsen svarer til en skivetimingpuls, der sendes direkte fra scanneren. Når scanneren sender en puls, lyser en af LED-indikatorerne.
    3. Tilslut parallelportreplikatorboksen til fNIRS-enheden via en parallel portindgang. Dette sender en udløser til NIRStar-softwaren, når der registreres en TTL-puls fra scanneren. Udløsersignalet afspejles på skærmbilledet til optagelse af data som en stiplet linje. Denne opsætning sikrer synkronisering af fNIRS- og fMRI-dataindsamling, da hver gang en skivetimingpuls indsamles i scanneren, afspejles dette i den fNIRS-datastrøm, der registreres af NIRStar-anskaffelsessoftwaren.
  4. Forberedelse af det statiske fantom, til optodevurdering
    1. Placer optoderne i den statiske fantomenhed, der leveres af fNIRS-leverandøren. Arrangementet af optoderne på fantomet afhænger af typen af fNIRS-instrument og antallet af tilgængelige kilder og detektorer. Kontroller det korrekte optodearrangement i udbyderens introduktionsvejledning fra producenten.
    2. Sørg for, at fantomet er helt afskærmet fra enhver lyskilde. Nogle leverandører leverer et passende etui, der hjælper med at beskytte optoderne mod enhver ekstern lyskilde.
    3. Sæt alle tilgængelige kilder og detektorbundter i fNIRS-fantomet i henhold til det specificerede optodearrangement.
    4. Tilslut fNIRS-fantomet til anskaffelsescomputeren, og start NIRStar-anskaffelsessoftwaren.
  5. Udførelse af en fantomtest af mørkt støjinstrument
    1. Under menupunktet Konfigurer hardware i NIRStar-anskaffelsessoftwaren skal du åbne fanen Kanalopsætning. Sørg for, at det samlede antal tilgængelige kilder og detektorer er indstillet korrekt under Antal kilder og Antal detektorer. Bekræft disse indstillinger ved at klikke på OK.
    2. Start testvinduet for mørk støj ved at klikke på menupunktet Diagnostik i hovedmenuen i NIRStar-hovedvinduet.
    3. Kør testen ved at trykke på knappen Kør test . Gem testresultaterne ved at trykke på knappen Gem resultater .
      BEMÆRK: Se producentens "Kom godt i gang-vejledning: Fejlfinding af statisk fantom" for vejledning i, hvordan du fortolker resultaterne.
  6. Udførelse af en fantomkalibreringstest
    1. Under menupunktet Konfigurer hardware i NIRStar-anskaffelsessoftwaren skal du åbne fanen Kanalopsætning . Sørg for, at det samlede antal tilgængelige kilder og detektorer er indstillet korrekt under Antal kilder og Antal detektorer .
    2. Under menupunktet Konfigurer hardware skal du åbne fanen Kanalmaskering . Masker alle kanaler ved at trykke på knappen Vælg alt .
    3. Under menupunktet Konfigurer hardware under fanen Hardwarespecifikation skal du vælge Statisk fantombillede under Studietype. Bekræft disse indstillinger ved at klikke på OK.
    4. Start kalibreringen ved at trykke på knappen Kalibrer . Når kalibreringen er fuldført, skal du trykke på knappen Detaljer for at se de detaljerede kalibreringsresultater.
      BEMÆRK: Se producentens "Kom godt i gang-vejledning: Fejlfinding af statisk fantom" for vejledning i, hvordan du fortolker resultaterne.

Figure 1
Figur 1. Udstyr til samtidig dataindsamling af fMRI og fNIRS målinger. (A) Pose lavet af sort, vandafvisende materiale til opbevaring af E-vitaminkapsler syet på fNIRS-hætten ved siden af hver optode. (B) MR-sikker bro til at holde de optiske fibre over gulvet, så de kan nå deltagerens hoved under dataindsamling. (C) Parallel portreplikator, der sender impulser fra scanneren til fNIRS-enheden. Klik her for at se en større version af denne figur.

2. Eksperimentel opgavedesign

  1. Beslut varigheden af scanningssessionen ved at tage hensyn til deltagerens komfort inde i scanneren. For eksempel inkluderer undersøgelsen, der fremhæves her, to strukturelle billeder (T1w og T2w) i en samlet varighed på ca. 14 minutter og fem funktionelle kørsler i en yderligere varighed på ca. 25 min.
    BEMÆRK: Det vil være nødvendigt at afprøve undersøgelsen med flere deltagere for at identificere undersøgelsens passende længde, da undersøgelsesspecifikke faktorer (f.eks. deltagerens alder, hættestørrelse) bestemmer komfortniveauet.
  2. Design neuroimaging opgaverne i overensstemmelse med forskningsmålene. Dette vil være studiespecifikt. Her præsenteres proceduren (og repræsentative resultater) for en blinkende skakbrætopgave.

3. placering af fNIRS-hætte og signalkalibrering på testdagen

BEMÆRK: Alle trin nedenfor finder sted i MR-kontrol- eller samtykkerum, medmindre andet er angivet.

  1. Indsamling af hovedmålinger og valg af fNIRS-hætte
    1. Når deltageren har underskrevet de relevante samtykkeerklæringer og modtaget instruktionerne til de kommende opgaver, skal du bede dem om at sidde på en stol placeret i kontrolrummet.
    2. Brug et standard blødt målebånd til at vikle båndet rundt om den bredest mulige omkreds af deltagerens hoved; fra den mest fremtrædende del af panden (ofte 1 eller 2 fingre over øjenbrynet) til den bredeste del af bagsiden af hovedet og ryggen rundt. Prøv at finde den bredeste omkreds.
    3. Vælg den hættestørrelse, der er tættest på den målte omkreds.
  2. Fastgørelse af kortdistancedetektorsonderne på hætten
    BEMÆRK: Dette trin er specifikt for NIRx-systemer og gælder muligvis ikke for andre fNIRS-enheder.
    1. Placer kortdistancedetektorsonderne ved at tage godt fat i basen og skubbe den rundt om den del af grommet, der går gennem masken på fNIRS-hætten (se figur 2A). Pas på ikke at trække kortdistancedetektorsonderne ud af kablet, da dette kan beskadige kablet.
      BEMÆRK: Når du beslutter fordelingen af sonderne, henvises til nyere arbejde, der sammenligner helhoved versus ROI-specifikke fordelinger18.
    2. Brug fiberarrangørklemmerne fra producenten til kabelstyring, hvis det er nødvendigt. Sørg for, at kortdistancedetektorkablerne vender mod bagsiden af hætten for at holde området omkring ansigtet frit.
  3. Placering af fNIRS-hætten og optoderne på deltagerens hoved
    1. Bed deltageren om at tage kasketten på ved at skubbe den lige ned fra toppen af hovedet, som om de tog en vinterhat på. Sørg for, at hætten er lige, og at ørerne er i ørehullerne.
    2. Bed deltageren om at stramme hageremmen så meget som det er behageligt. Stram rygstropperne, og sørg for, at hætten er sikkert fastgjort, og at optodestikkene er tæt på hovedet.
    3. Placer grønne klistermærker for at markere vigtige fiduciale placeringer i henhold til de 10-20 systempositioner (inion, nasion, præ-aurikulære punkter foran øret og Cz)21.
      BEMÆRK: De grønne klistermærker er nødvendige, hvis du bruger 3D-struktursensoren til at bestemme de rumlige koordinater for kilden og detektorens optodeplaceringer. Dette kan variere afhængigt af 3D-struktursensortypen. Den nuværende protokol bruger en struktursensor (Mark II) fra Occipital20.
    4. Brug et målebånd til symmetrisk at justere punkterne på hætten med hovedbundspunkter ved at sørge for, at i) præ-aurikulære punkter er lige langt fra Cz-punktet og ii) inion og nasionpunktet er lige langt fra Cz-punktet. Sørg for, at cap-positionen er identisk for alle deltagere.
  4. Indhentning af en model af deltagerens hoved ved hjælp af en 3D-struktursensordigitizer
    1. Bed deltageren om at sidde stille for at skabe en 3D-model af deres hoved.
    2. Åbn applikationsstrukturen på en tablet eller iPad.
      BEMÆRK: Protokollen beskriver de trin, der er nødvendige for at oprette et hovednet med struktursensoren (Mark II) fra Occipital20. Disse trin kan variere på tværs af systemer.
    3. Sørg for, at følgende indstillinger er slået fra: Farve i høj opløsning, automatisk IR-eksponering og Forbedret tracker.
    4. Centrer deltageren, så hele hovedet er inden for 3D-firkanten på skærmen, hele hovedet gengives, og der er ikke for meget af deres skuldre i rammen.
    5. Tag forsigtigt en 360 ° tur rundt om deltageren for at oprette 3D-scanningen. Vent på, at programmet tager billedet ca. hver 90°, før du fortsætter (se figur 3A).
    6. Når hele scanningen er taget, skal du trykke på knappen til højre på skærmen for at oprette 3D-gengivelsen.
    7. Kontroller gengivelsen for at sikre, at den er klar, og at der er nok detaljer til at fastslå placeringen af optoderne og de grønne fiduciale klistermærker. Gem 3D-scanningen på en HIPAA-beskyttet server.
  5. Forberedelse af deltageren til at komme ind i scannerrummet
    1. Når 3D-modellen er genereret, skal du fjerne de grønne klistermærker og instruere deltageren i at placere ørepropper i ørerne.
    2. Følg instruktionerne på plads på MR-billedbehandlingscentret for at sikre, at deltageren er sikker på at komme ind i scannerrummet. Dette trin involverer normalt at bekræfte med deltageren, at der ikke er metaller i deres krop og passere gennem en metaldetektor som en sidste kontrol. Et MR-sikkerhedsspørgeskema udfyldt af emnet inden ankomst kræves ofte af de fleste billedbehandlingscentre.
  6. Placering af kilde- og detektorsonder på fNIRS-hætten
    1. I scannerrummet skal du bede deltageren om at sidde behageligt på scannerbordet.
    2. Mens du stabiliserer hver optode grommet med den ene hånd, skal du bruge en MR-sikker applikator med den anden hånd til at skubbe håret væk fra midten af grommet (se figur 2B). Når håret er blevet flyttet tilstrækkeligt ud af området (ideelt set så hovedbunden er synlig), skal du trykke optoden fast ind i grommet.
    3. Sørg for, at når spændingen på grommet er frigivet, vender håret ikke tilbage for at blokere midten af optoden. Hvis du bruger et helhovedarray, anbefales det at orientere optoderne bag på hovedet med deres fibre rettet mod forsiden og de optoder foran på hovedet med deres fibre pegende mod bagsiden. Denne konfiguration af de optiske fibre forhindrer dem i at blive sammenfiltret eller krympet, når deltageren ligger ned og placerer hovedet i MR-hovedspolen.
      BEMÆRK: Denne fiberindsættelses- og -justeringsproces udføres hurtigere og lettere med to eksperimenter placeret på hver side af deltageren, der dækker samtidigt.
    4. Arranger de optiske fibre pænt i bundter ved hjælp af kabelarrangører (se figur 2B og figur 3B). Udfør en testkalibrering og måling af signalstyrken ved hjælp af NIRStar-softwaren. Optodeplacering og kalibrering udført af to erfarne forskere tager ca. 10 min.
    5. Juster individuelle optoder efter behov, indtil der opnås tilstrækkelig signalkvalitet ved at forskyde forstyrrende hår fra de problematiske optoder. Fjern optoder fra hætten for at forskyde hår ved hjælp af plastikpincet (se figur 2B).

Figure 2
Figur 2. Kortdistancedetektorer og værktøjer til forberedelse af fNIRS-hætten. (A) Kortdistancedetektorsonder og gummibuffere, der skal fastgøres til fNIRS-hætten over frontale områder, hvor der er minimalt hår. (B) Fra venstre mod højre: Kabelarrangører til at arrangere de optiske fibre i bundter, MR-sikre applikatorer til at skubbe håret væk under optodeplacering og plastikpincet til at fjerne optoder fra hætten, hvis det er nødvendigt under NIRS-hætteopsætning for at forskyde hår. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3. 3D Structure sensor digitizer og fNIRS cap placering. (A) Eksperimentator ved hjælp af 3D-struktursensordigitaliseringen til at oprette en 3D-model af deltagerens hoved. Grønne klistermærker bruges til at identificere fiduciale placeringer. (B) Optiske fibre indsat i fNIRS-hætten på en deltagers hoved og arrangeret i bundter ved hjælp af kabelarrangører før signalkalibrering. Klik her for at se en større version af denne figur.

4. Opsætning af deltager

BEMÆRK: Følgende trin udføres i MR-scannerrummet. Brugen af et åndedrætsbælte og pulsoximeter er valgfrit og kun nødvendigt, hvis forskere er interesserede i at regressere disse signaler fra fNIRS-dataene22. Protokollen bruger et åndedrætsorgan, som er en del af åndedrætsenheden til erhvervelse af åndedrætsamplituden ved hjælp af et fastholdelsesbælte. Tilsvarende består den fysiologiske pulsenhed af en optisk plethysmografisensor, der tillader erhvervelse af hjerterytmen.

  1. Sørg for, at hovedspolen med 20 kanaler er placeret i scanneren. Hvis du bruger et helhoved fNIRS-array, vil 32- og 64-kanals hovedspolerne være for stramme for voksne deltagere.
  2. Placer en skumpude inde i bunden af MR-hovedspolen for at støtte bagsiden af deltagerens hoved (se figur 4A).
  3. Bed deltageren om at lægge sig langsomt og forsigtigt, så deres bevægelse ikke bevæger hætten eller trækker i de optiske fibre. Juster de optiske fiberbundter efter behov for at lade deltagerens hoved hvile behageligt i hovedspolen (se figur 4B). Scannerbordet skal muligvis hæves under dette trin, afhængigt af hvor kablerne er placeret fra bølgelederen.
  4. Placer en pude under deltagerens ben for at sikre, at deltageren er komfortabel. Placer åndedrætsbæltet omkring deltagerens talje.
  5. Bed deltageren om at placere de støjreducerende hovedtelefoner rundt om ørerne, og vær opmærksom på ikke at forstyrre placeringen af fNIRS-sonden. For at forhindre, at hovedtelefonerne glider, skal du bruge MR-sikre puder på hver side af hovedet mellem hovedtelefonerne og indersiden af hovedspolen. Et pudebetræk kan bruges til at forhindre hovedtelefonerne i at komme i kontakt med hovedspolen.
  6. Placer pulsoximeteret på motivets pegefinger på deres ikke-dominerende hånd. Hvis du bruger en knapboks til eksperimentelle opgaver, skal du bede deltageren om at holde den med deres dominerende hånd. Giv deltageren instruktioner om, hvordan du bruger knapboksen.
  7. Placer klemmekuglen eller knapalarmen på motivets ikke-dominerende hånd, og instruer deltageren i, hvordan den skal bruges. Test alarmen ved at bede deltageren om at trykke på den.
  8. Skub deltageren et par centimeter ind i scannerboringen for at justere hovedet. Placer den øverste del af hovedspolen. Indsæt derefter mikrofonen og spejlet i de tilsvarende spoleindsatser.
  9. Skub deltageren langsomt ind i scannerboringen, mens du holder de optiske fibre. Denne proces kræver to personer, som vil være placeret på hver side af scannerbordet. Sørg for, at de optiske fibre føres forsigtigt ind i scannerboringen for at undgå at trække i optoderne eller klemme fibrene mellem hovedspolen og scannerboringen.
  10. Når du har bekræftet med deltageren, at de er klar til scanningssessionen, skal du vende tilbage til kontrolrummet og bekræfte via intercom-lyd, at deltageren kan høre eksperimentatoren, og eksperimentatoren kan høre deltageren.

Figure 4
Figur 4. Deltager oprettet i MR-scanneren. (A) Puder inde i MR-hovedspolen, der bruges til at understøtte deltagerens hoved, og optiske fibre arrangeret i bundter, før deltageren sætter op. (B) Deltager, der ligger på scannerlejet med fNIRS-hætten klar til test. Toppen af hovedspolen er endnu ikke placeret over deltagerens ansigt. Klik her for at se en større version af denne figur.

5. Opsætning af scanner- og fNIRS-udstyr inden signaloptagelse

  1. Vælg de relevante strukturelle og funktionelle sekvenser for undersøgelsen på scannercomputeren. Når du beregner en følsomhedslysmodel af fNIRS-dataene, skal du indsamle både T1w- og T2w-billeder for at opnå den bedste vævskontrastopløsning.
  2. Kontroller lokaliseringen for at bekræfte en god hovedposition i scannerboringen. Kontroller, at fuld hjernedækning opnås fra toppen af hovedet til lillehjernen.
  3. Bekræft med deltageren, at computerskærmen er synlig via hovedspolespejlet.
  4. Kør den første strukturelle scanning. Parallelt skal du køre en anden kalibreringstest af fNIRS-optoderne for at kontrollere, om deltageropsætningen påvirkede signalstyrken for nogen af kanalerne.
  5. Efter at have kørt den første strukturelle MR-scanning skal du indsamle gradientekkofeltkortsekvenserne og kalibrere de støjreducerende hovedtelefoner for at sikre, at hovedtelefonerne vil være i stand til at levere auditive stimuli til deltageren samt blokere enhver omgivende støj.
    BEMÆRK: Nogle deltagere har muligvis brug for, at deres hovedtelefoner justeres. Hvis dette er tilfældet, skal du gå ind i scannerrummet igen og justere polstringen omkring hovedtelefonerne, idet du er opmærksom på ikke at forstyrre placeringen af fNIRS-sonden. Kør en anden localizer, gradientekkofeltkortsekvenser og kalibreringstest af fNIRS-optoderne, før du fortsætter.

6. Samtidig signaloptagelse

  1. Tjek med deltageren via samtaleanlægget for at sikre, at de er komfortable og har det godt. Giv instruktionerne til opgaven, og mind deltagerne om at holde hovedet og kroppen stille.
  2. Angiv følgende instruktioner, der er specifikke for den blinkende skakbrætopgave (figur 5).
    1. I denne opgave skal du instruere deltageren om altid at se på midten af skærmen, der er foran dem (via spejlet). Nogle gange viser skærmen et skakbræt med fliser, der flimrer ved forskellige frekvenser. Andre gange vil deltageren se en hvid cirkel midt på skærmen.
    2. Når den hvide cirkel vises på skærmen, skal du bede deltageren om at trykke på knapboksen med pegefingeren. Efter tryk på knappen bliver cirklen rød.
    3. Denne opgave bruger et skiftende blokdesign. Lad deltagerne gennemføre et enkelt løb på 6 min, som inkluderer 11 blinkende skakbrætblokke på 10 s hver og 11 cirkelblokke på 20 s hver.
  3. Start fNIRS-dataoptagelse på fNIRS-computeren, og start opgaver på stimuluspræsentationscomputeren. Scriptet for de eksperimentelle opgaver vises som opgaveinstruktioner.
  4. Start den første funktionelle kørsel. Når scanneren sender den første TTL-puls, vises dette som et triggersignal på NIRStar-softwaredataoptagelsesskærmen. Denne første puls vil også starte den eksperimentelle opgave.
  5. Overvåg deltagernes ydeevne og bevægelse gennem alle opgaver. I nogle tilfælde, især når du bruger et helhoved optode array og små størrelse hætter, kan nogle deltagere opleve noget ubehag, når de bærer hætten. Det er vigtigt altid at overvåge deltagerens komfort.
    1. Giv om nødvendigt en pause til deltageren midt i sessionen. I løbet af denne pause, hvis deltagerne har brug for at sidde op, skal du samle en localizer og køre gradientekkofeltkortsekvenserne, hovedtelefonkalibrering og fNIRS-testkalibrering igen, før du fortsætter. Dette trin er normalt ikke nødvendigt, når man tester unge voksne i scanneren, hvis de nøjagtige trin i denne protokol følges.
  6. Under dataindsamlingen skal du tage noter vedrørende sessionen (f.eks. hættestørrelse, tidspunkt på dagen, optoder, der ikke var godt kalibreret eller noget usædvanligt).
  7. Ved afslutningen af alle funktionelle kørsler skal du stoppe med at indsamle fNIRS-data. Kør en anden strukturel scanning, hvis det kræves.

Figure 5
Figur 5. Blinkende skakbrætparadigme som den eksperimentelle opgave. Deltagerne så et sort-hvidt skakbrætmønster med hvide firkanter, der blinkede otte gange i sekundet, der skiftede med en grå skærm, der viste en hvid cirkel. Som et opmærksomhedstjek blev deltagerne instrueret i at trykke på en knap med deres højre hånd, når de så en hvid cirkel vises midt på skærmen. Når du trykker på knappen, bliver cirklen rød. Opgaven blev udført i en enkelt serie bestående af 22 blokke i alt: 11 blinkende skakbrætblokke og 11 inter-trial-perioder. Blinkende skakbrætperioder varede i 10 sekunder, og perioder mellem forsøg varede i 20 sekunder. Således forekom begyndelsen af det blinkende skakbræt hver 30. s (0,033 Hz). Skærme blev genereret af PsychoPy v2021.2.4 og projiceret på det bagudvendte spejl på toppen af hovedspolen via et 1080p DLP-projektionssystem. Deltagerne gennemførte en kørsel af denne opgave (~ 6 min). Klik her for at se en større version af denne figur.

7. Oprydning efter eksperiment og datalagring

  1. Brug den motoriserede scannerseng til langsomt at fjerne deltageren fra scannerens boring, og pas på ikke at klemme nogen af de optiske fibre. Fjern toppen af hovedspolen, og få deltageren til at sidde langsomt op.
  2. Fjern fNIRS-hætten fra deltagerens hoved, og fjern hver optode fra de respektive grommets. Hår sidder ofte fast i grommets, selv efter at optoderne er fjernet, så instruer deltagerne i at fjerne hætten langsomt og forsigtigt.
  3. Nogle grommets kan løsne sig i uncapping-processen. Sørg for at finde alle grommet dele og udskifte dem, der mangler før den næste deltagers scanningssession.
  4. Få deltagerne til at glide ned fra scannersengen, takke dem for deres tid og give monetær kompensation, hvis det er relevant.
  5. Sørg for, at opgavelogfiler, fNIRS og fMRI-data gemmes og sikkerhedskopieres. Desinficer hætten med en sprayrengøringsopløsning, som anbefalet af fNIRS-leverandøren, og tør optodespidserne af med plastik- og gummisikre alkoholservietter.

8. Forbehandling af fMRI-data

BEMÆRK: fMRI-dataene blev forbehandlet efter de minimale forbehandlingsrørledninger fra Human Connectome Project23 ved hjælp af QuNex24, en open source-softwarepakke, der understøtter dataorganisation, forbehandling, kvalitetssikring og analyser på tværs af neuroimaging-modaliteter. Detaljeret dokumentation om de specifikke indstillinger og parametre for hvert af de trin, der er fremhævet nedenfor, kan findes på QuNex-webstedet på https://qunex.yale.edu/. De vigtigste trin og parametre, der bruges til at behandle dataene, er præsenteret nedenfor.

  1. Forbehandle de strukturelle data
    1. PreFreeSurfer pipeline. Udfør følgende trin: Gradientforvrængningskorrektion, justering af gentagne kørsler af T1w- og T2w-billeder med en 6 graders frihed (DOF) stiv kropstransformation, AC-PC-justering af T1w- og T2w-billeder til MNI-rumskabelonen, indledende hjerneekstraktion, korrektion af udlæsningsforvrængning, tværmodal registrering af T1w og T2w i native volumenrum, biasfeltkorrektion og MNI ikke-lineær volumenregistrering.
    2. Freesurfer rørledning. Udfør følgende trin: Nedprøve T1w til 1 mm med splineinterpolation og kør recon-all for at generere overflader med hvidt stof, hvilket inkluderer finjustering af T2w til T1w-registrering ved hjælp af Freesurfers BBRegister-algoritme (se23 for yderligere detaljer).
    3. PostFreeSurfer pipeline. Udfør følgende trin: Konverter recon-all output til GIFTI og NIFTI i native volumenrum, generer den endelige hjernemaske og den kortikale båndvolumen, generer myelinkort og udfør native til MNI ikke-lineær volumentransformation.
  2. Forbehandle de funktionelle data
    1. fMRI-volumenrørledning. Udfør følgende trin: forvrængningskorrektion, FLIRT-baseret bevægelseskorrektion, TOPUP-baseret feltkortforbehandling ved hjælp af et spin-ekkofeltkort, EPI-billedforvrængningskorrektion og EPI til T1w-registrering, et trin spline-resampling til atlasrum (MNI), intensitetsnormalisering via fjernelse af biasfelt og hjernemaskering.
    2. fMRI Overflade rørledning. Udfør følgende trin for at knytte volumentidsserien til en kombineret overflade og volumen, gråordinatrepræsentation, der er gemt i CIFTI-format: fMRI-båndkonstruktion, overfladeudjævning, subkortikal behandling og generering af tætte tidsserier.
    3. Forbered BOLD-data. Beregn kvantitative QC-statistikker, der afspejler bevægelse og dens kunstige egenskaber for at identificere dårlige rammer. Se QuNex-dokumentationen for de tilgængelige muligheder for at generere kvantitative QC-statistikker. Disse statistikker omfatter ofte BOLD-statistikker for tidsmæssig signal-støj- og bevægelsesskrubning, f.eks. rammeforskydningstærskel og billedintensitet, normaliseret RMSE-tærskel (root mean squared error). Afhængigt af de undersøgelsesspecifikke kriterier skal du ignorere eller interpolere de identificerede problematiske rammer.
    4. Udtræk generende signal. Uddrag generende signaler fra hjernens ventrikler, hvid substans og grå substans for at udføre generende signalregression i efterfølgende trin.

9. forbehandling af fNIRS-data

BEMÆRK: fNIRS-dataene blev analyseret efter bedste praksis i fNIRS-dataanalyse25 ved hjælp af NeuroDOT26, et open source-miljø til analyse af optiske data fra rå lysniveauer på voxel-niveau kort over hjernefunktion, som er co-registreret til anatomien hos en bestemt deltager eller et atlas. Alle trin beskrevet nedenfor kan udføres med NeuroDOT. Yderligere dokumentation om de specifikke indstillinger og parametre for hvert af de trin, der er fremhævet nedenfor, findes i selvstudierne og scripts på https://github.com/WUSTL-ORL/NeuroDOT_Beta. Endelig kræver optode-til-hovedbundsregistrering opnåelse af fNIRS-optodekoordinaterne i forhold til det underliggende hjernevæv, hvilket kan gøres ved hjælp af en 3D-digitizer eller E-vitaminkapsler som fiducials, hvis de er tilgængelige. Begge metoder er beskrevet i dette afsnit, og der gives henvisninger til de relevante softwarepakker.

  1. Generering af et fagspecifikt hovednet og oprettelse af lysmodellen
    1. Segmenter T1w-billedet i de relevante vævstyper for at skabe en segmenteret hovedmodel: hovedbund, kranium, cerebrospinalvæske (CSF), grå stof og hvidt stof. Brug både T1w- og T2w-billeder, hvis de er tilgængelige, da hver af dem bidrager med supplerende oplysninger om de relevante vævstyper.
      BEMÆRK: Dette trin udføres i den nuværende protokol med NeuroDOTs funktion "Segment5R_fs", der tager som input information fra Freesurfers volumetriske segmentering28. Andre almindeligt tilgængelige softwarepakker til segmentering af hjernevæv er SPM29 og AFNI30.
    2. Generer et hovednet fra den segmenterede hovedmodel ved hjælp af Mimics-softwarepakken via NeuroDOT. Hvis der bruges en 3D-digitizer til at placere optodeplaceringerne på hovedmodellen, skal du følge Fieldtrip-anbefalingerne for optodelokalisering31. Alternativt, hvis E-vitaminkapsler anvendes som fiducialer til identifikation af koordinater for kildedetektorpar, skal du manuelt identificere kildernes og detektorernes positioner i T1w-billedet (se32 for et eksempel).
    3. Placer kilde- og detektorplaceringerne opnået via 3D-digitizeren eller E-vitaminkapslerne på de relevante loci på masken ved hjælp af NeuroDOT.
    4. Indstil følgende parametre til beregning af følsomhedsmatrixen for den emnespecifikke hovedmodel ved hjælp af NIRFAST-softwarepakken via NeuroDOT: voxelation opløsning: 2; region etiketter: CSF, hvid, grå, knogle, hud; absorptionskoefficienter for regioner: EFSR [0,004; 0,004], hvid [0,0167; 0,0208]; grå [0,018 0,0192], knogle [0,0116, 0,0139], hud [0,74, 0,64]; spredningskoefficienter for regioner: EFSR [0,3, 0,3], hvid [1,1908, 1,0107]; grå [0,8359, 0,6726], knogle [0,94; 0,84], hud [0,64; 0,74], brydningsindeks for regioner: CSF [1,4, 1,4], hvid [1,4, 1,4]; grå [1.4, 1.4], knogle [1.4, 1.4], hud [1.4, 1.4].
      BEMÆRK: Protokollen bruger NIRFAST-softwarepakken (version 9.1)33,34, som bruger en fremadrettet lysmodel med endeligt element baseret på diffusionsapproksimationen til strålingstransportligningen. For at beregne lysmodellen baserer NIRFAST sig på tre typer information: i) vævsgrænseformen, ii) den interne fordeling af baseline optiske egenskaber og iii) placeringen af kilder og detektorer på overfladen (se 35,36 for yderligere detaljer). Monte Carlo-metoder kan anvendes som et alternativ til beregning af opløsninger til diffusionsligningen for forskellige vævstyper 37,38.
    5. Visualiser et eksempel på målingens følsomhed som en kvalitativ vurdering.
  2. Behandling af rådata fra kildedetektormålingerne
    1. Vis det gennemsnitlige lysniveau for hver kilde og detektor i en 2D-repræsentation af billedarrayet. Fjern kildedetektorpar med mere end 7,5% tidsmæssig standardafvigelse36. Hvis dataene indsamles med en billedhastighed på mindst 3 Hz, skal du bruge hjerteeffekttærsklen til at afvise kildedetektorparmålinger, da god optode-hovedbundskobling vil udvise egenskaber, der er i overensstemmelse med pulsfrekvensen (~ 1 Hz).
    2. Detrend dataene for at fjerne den lineære tendens i hver måling. Højpasfilter (0,02 Hz cutoff) dataene for at fjerne lavfrekvent drift. I stedet for filtrering er et alternativ at tilføje en driftsfaktor til GLM som en regressor.
    3. Lavpasfilter (1 Hz) dataene for at fjerne hjertesvingninger.
    4. Anslå det globale overfladiske signal ved at beregne gennemsnittet af alle 8 mm kildedetektorparmålinger. Brug kortdistancemålinger som et skøn over systemiske ikke-kortikale fysiologiske signaler, da de primært prøver hovedbund og kranium.
    5. Regress det globale signal fra alle målinger39.
    6. Lavpasfiltrer dataene (0,5 Hz cutoff) for yderligere at fokusere de resterende data omkring stimulusfrekvensen og nedsample dataene til 1 Hz 40,41,42 for at reducere beregningsbelastningen.
    7. Implementere bevægelsescensur ved hjælp af den globale varians af tidsforløbet for de tidsmæssige derivater (GVTD)43. GVTD beregnes som rodmiddelkvadratet af de tidsmæssige derivater på tværs af et sæt målinger eller voxels43. Implementer bevægelsescensur eller skrubning ved at udelukke de tidspunkter, der overskrider GVTD-støjgrænsen.
  3. Rekonstruktion af lysmodellen og forbehandlede data til et funktionelt neuroimaging volumen
    1. Rekonstruere relative ændringer i absorption ved 785 nm og 830 nm baseret på en reguleret inversion af følsomhedsmatrixen ved hjælp af Tikhonov-regulering og rumlig variantregulering44.
    2. Beregn relative ændringer i hæmoglobinkoncentrationen via en spektral nedbrydning af de bølgelængdeafhængige absorptionsdata44,45.

10. fMRI/fNIRS opgavefremkaldte dataanalyser

  1. Kør GLM-analyse på første niveau (HRF-modellering, regression af fysiologiske signaler, herunder kortdistance-fNIRS-målinger) for at vurdere, hvordan hjerneaktivitet relaterer til den statistiske hypotese for et givet emne.
    BEMÆRK: Et alternativ til GLM er blokgennemsnit, som undgår a priori antagelser om HRF's form. Blokgennemsnit tillader imidlertid ikke modellering af relevante forstyrrende faktorer i fNIRS-signalet sammen med det hæmodynamiske respons på stimulus.
  2. Kør GLM-analyse på gruppe- eller andet niveau for at kombinere estimater på første niveau af aktivering på tværs af emner.
  3. Udtræk relevante effektestimater fra de enkelte GLM-filer og kombiner dem til gruppefiler.
  4. Beregn ønskede statistikker. En veletableret pakke til kørsel af permutationsprøvetagningsmetoder for både uni- og multivariate GLM-modeller til statistisk inferens er FSL PALM46.
  5. Få GLM beta-estimater for hele hjernen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Dette afsnit præsenterer repræsentative emnespecifikke svar for den blinkende skakbrætopgave for både fMRI- og fNIRS-signaler. For det første er repræsentative rå fNIRS-data og kvalitetsvurderinger vist i figur 6 og figur 7 for at illustrere gennemførligheden af den eksperimentelle opsætning til måling af fNIRS-signaler i MR-miljøet. Et diagram over hele hovedets optodearray og følsomhedsprofil er vist i figur 8.

Figure 6
Figur 6. Repræsentative fNIRS-tidsseriedata efter båndpasfiltrering og overfladisk signalregression. Venstre kolonne viser data ved 785 nm og højre kolonne viser data ved 830 nm. (A) fNIRS-datatidsserier efter anvendelse af båndpasfilter (højpasfilterafskæring: 0,02 Hz, lavpasfilterafskæring: 0,5 Hz afskæring) og global signalregression. Y-aksen er logskaleret for at fremhæve rækkevidden af lysniveauer for sættet af kildedetektorafstande. Lodrette linjer angiver tidspunkter, hvor en ny blok begynder i stimulusparadigmet. Grønne linjer angiver starten på den blinkende skakbrætblok, og blå linjer angiver starten på prøveperioden. (B) Spektrum af fNIRS-signalet efter påføring af båndpasfilteret (højpasfilterafskæring: 0,02 Hz, lavpasfilterafskæring: 0,5 Hz afskæring) og global signalregression. Frekvenser under afskæringsfrekvensen dæmpes betydeligt. Spektret viser en meget stærkere top ved stimulusfrekvensen, det vil sige ved begyndelsen af de blinkende skakbrætblokke (0,033 Hz) i forhold til andre frekvenser. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 7
Figur 7. fNIRS datakvalitetsvurdering for et enkelt emne. (A) Gennemsnitlige lysniveauer for et enkelt emne på tværs af hele fNIRS-datastrømmen. Hvide og gule farver tjener som kvalitative vurderinger af optimal kobling for hver optode. (B) Signal-støj-forhold (SNR) på tværs af målinger for et enkelt emne på tværs af hele fNIRS-datastrømmen. Hvide og gule farver angiver god SNR. Optoder placeret på den øverste del af fNIRS-hætten over sensorimotoriske regioner har tendens til at have lavere SNR (typisk på grund af tæt hår eller en løstsiddende hætte). (C) Den tidsmæssige varians i alle 100 kildedetektorpar bruges til at evaluere og optimere datakvaliteten. Par med varians under 7,5% (rød linje) bevares til yderligere analyse. (D) Målinger, der opfylder støjgrænsen (dvs. varians over 7,5%). For denne deltager betragtes 97% af optoderne som acceptable. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 8
Figur 8. Optode-array-opsætning og følsomhedsprofil for hele hovedet. (A) Optode array-opsætning med 32/30 kilder/detektorer, hvilket resulterer i 100 kanaler med hel hoveddækning og 30 mm adskillelse og 8 kortdistancekanaler med 8 mm adskillelse. (B) Følsomhedsprofil for optodearrayet givet de specificerede parametre for Tikhonov-regulering (0,01, 0,1). Enhed repræsenterer procentdel af det flade felt. Områder med høj sikkerhed har typisk en flad feltværdi højere end ~0,5% -1% Klik her for at se en større version af dette tal.

Efter dataforbehandling blev fNIRS- og fMRI-responser til flashing-checkerboard-opgaven estimeret ved hjælp af en standard general linear model (GLM) framework. Designmatrixen blev konstrueret ved hjælp af begyndelser og varigheder af hver stimuluspræsentation indviklet med en kanonisk HRF. For fNIRS vises delta HbO-resultaterne, da oxy-hæmoglobinsignalet (ΔHbO) udviser et højere kontrast-støj-forhold sammenlignet med deoxy-hæmoglobin (ΔHbR) eller total hæmoglobin (ΔHbT)44,47. FNIRS-data på emneniveau viser øget aktivering i bilaterale visuelle cortexområder under de blinkende skakbrætblokke sammenlignet med perioderne mellem forsøgene. Tidsspor af hjerneaktivitet i visuel cortex viser en stigning i HbO-signalet under præsentationen af det blinkende skakbræt og et fald i perioder mellem forsøg (figur 9A). Denne hæmodynamiske stigning i respons på blinkende skakbrætperioder observeres ikke i et ikke-relateret hjerneområde (figur 9B). Som forventet viser visualisering af HbO-dataene i den blinkende skakbrætperiode bilateral aktivering i visuelle cortexområder (figur 9C).

Figure 9
Figur 9. Tidsspor af fNIRS HbO-svar under det eksperimentelle paradigme. Tidsspor vises for (A) aktivitet i visuel cortex under en blinkende skakbrætblok, (B) aktivitet i visuelt cortexområde mellem blinkende skakbrætblokke og (C) aktivitet i et ikke-relateret hjerneområde under en blinkende skakbrætblok. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 10
Figur 10. Repræsentative enkeltfags fNIRS HbO-svar i den blinkende skakbrætperiode. Kort over blokgennemsnitsdata (HbO) fra starten af det blinkende skakbræt vist for tre emner. Data inkluderer 10 s blinkende skakbrætperiode og 5 s efter for at vurdere hjerneaktivering som reaktion på stimulus. Klik her for at se en større version af denne figur.

FMRI-data på forsøgsniveau viser større BOLD-signalrespons i primær og sekundær visuel cortex i de blinkende skakbrætperioder i forhold til perioderne mellem forsøgene (figur 11A). På subkortikalt niveau observeres øget aktivering i thalamus laterale genikulatkerne (LGN), hvilket forventes, da LGN modtager visuelt input fra nethinden (figur 11B).

Figure 11
Figur 11. Repræsentative estimater for enkeltfags fMRI-aktivering i den blinkende skakbrætperiode. (øverste række) Aktivering (beta) estimater for tre emner opnået fra statistisk analyse på første niveau og viser bilateralt engagement af primære og sekundære visuelle cortexområder i den blinkende skakbrætperiode. (nederste række) Subkortikale aktiveringsestimater, der viser indgreb af den laterale genikulatkerne (LGN) i den blinkende skakbrætperiode, hvilket tjener som en kvalitativ vurdering af, at fMRI-dataene indsamles som forventet med 20-kanals hovedspolen. Den røde pil peger på placeringen af LGN på hjernekortet. Klik her for at se en større version af denne figur.

Alt i alt illustrerer disse resultater muligheden for at implementere den nuværende protokol til indsamling af samtidige fMRI- og fNIRS-signaler med en voksen befolkning. Protokollen giver mulighed for i alt 40 minutters scanningstid og giver fuld hoveddækning af fNIRS-dataene. Vi har diskuteret dataindsamling med et visuelt blinkende skakternet paradigme, men protokollen er også anvendelig på andre eksperimentelle paradigmer. Vi anbefaler, at følsomhedsprofilen for fNIRS-arrayet vurderes på forhånd for at sikre maksimal følsomhed på tværs af relevante kanaler over for de underliggende kortikale interesseområder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne protokol til samtidig dataindsamling af fMRI- og fNIRS-signaler bruger et helhoved fNIRS optodearray og kortdistancekanaler til måling og regression af de systemiske ikke-kortikale fysiologiske signaler. Kritiske trin i denne protokol omfatter ændring og udvikling af fNIRS-udstyr til indsamling af fNIRS-signaler i MR-miljøet. Så vidt vi ved, er der ikke noget nøglefærdigt kommercielt system, der er fuldt optimeret til at registrere samtidige fMRI- og fNIRS-målinger ved hjælp af et helhoved fNIRS-array. Denne protokol tager fat på dette hul og vil være særlig relevant for de forskere, der er interesseret i en helhovedsammenligning af de to signaler, selv om den let kan ændres for undersøgelser, der undersøger specifikke regioner af interesse.

Protokollen skitserer detaljeret vigtige ændringer af fNIRS-udstyret, herunder forberedelse af fNIRS-hætte med indsatser til opbevaring af E-vitaminkapsler, hætteforbedringer for at øge komforten i frontale områder og justerbarhed bag på hovedet og en specialfremstillet MR-sikker bro til at bringe fNIRS optiske fibre på scannerbordet. En af de største udfordringer ved at gennemføre et samtidigt fMRI/fNIRS-studie er at sikre, at opsætningen giver deltagerne mulighed for at hvile komfortabelt i scanneren. Den nuværende opsætning med voksne tillader scanningssessioner i gennemsnit ca. 40 min, hvilket inkluderer både funktionelle og strukturelle scanninger. Hvor lang tid deltagerne kan hvile komfortabelt i scanneren, bestemmes primært af typen af optoder, der leveres med fNIRS-systemet. Den nuværende protokol bruger et NIRx NIRScout XP-system, der har lavprofiloptoder med en flad overflade, hvilket gør det muligt for de fleste voksne forsøgspersoner at hvile komfortabelt i scanneren i hele undersøgelsens varighed. Endelig indeholder protokollen også trin til tidsmæssig justering af de to datastrømme via triggersynkronisering på tværs af modaliteter, placering af fNIRS-hætte, deltageropsætning og signaloptagelse.

Begrænsninger og potentielle udfordringer
Det kan være nødvendigt at ændre protokollen, så den passer til specifikationerne for det tilgængelige fNIRS-instrument. Et afgørende første skridt er at tjekke med fNIRS-leverandøren for at sikre, at optoderne og de optiske fibre er egnede til dataindsamling i MR-miljøet. fNIRS-systemer vil sandsynligvis variere med hensyn til typen af hætter og optoder. Velmonterede hætter og lavprofiloptoder med en flad overflade anbefales. Alternativt har tidligere arbejde beskrevet brugen af skræddersyede støttesystemer for at undgå at lægge pres på fNIRS optodes32.

Et andet aspekt, der sandsynligvis vil variere på tværs af fNIRS-enheder, er det udløsningssystem, der er tilgængeligt til signalsynkronisering på tværs af modaliteter. Den nuværende protokol bruger en parallel portreplikatorboks til at modtage TTL-impulserne fra scanneren og sende udløsere til fNIRS-anskaffelsessoftwaren. I betragtning af at dette er et vigtigt skridt for at sikre synkronisering på tværs af modaliteter, bør forskeren rådføre sig med deres fNIRS-leverandør om det anbefalede system til signalsynkronisering.

Endelig bruger den nuværende protokol 8 kortdistancekanaler, som i øjeblikket kun er tilgængelige for et begrænset antal fNIRS-systemer. Hvis kortdistancekanaler ikke er tilgængelige, er et alternativ at implementere nogle af de nyere analytiske metoder til identifikation og fjernelse af det systemiske fysiologiske signal 18,25,48,49,50,51. For en nylig kvantitativ sammenligning af tilgængelige korrektionsteknikker se52.

Anvendelse af protokollen til afprøvning af udviklingsmæssige og kliniske populationer
Protokollen kan modificeres til dataindsamling af fMRI- og fNIRS-signaler med udviklingsmæssige og kliniske populationer. Potentielle justeringer, der er nødvendige for disse populationer, omfatter cap-størrelser (da hætterne er alders- og hovedstørrelsesspecifikke), tilføjelse af en træningssession for at gøre deltageren fortrolig med scannermiljøet og inkludering af kortere scanningssessioner - som alle er særligt relevante, når man tester spædbørn og småbørn. Desuden er fordelene ved at bruge kortdistancekanaler hos spædbørn og småbørn stadig uklare53, selvom tidligere undersøgelser har vist, at 10 mm afstandskanaler synes at fange ekstracerebral hæmodynamik hos spædbørn53,54. Monte Carlo-simuleringer af fotontransport indikerer, at der er behov for forskellige optimale kildedetektorafstande for kanaler med kort adskillelse hos voksne og nyfødte som funktion af alder og optodeplacering i hovedbunden55. Imidlertid er der behov for yderligere forskning for at skabe standardiserede tilgange til at udføre kort separationsregression hos spædbørn og småbørn. Endelig skal undersøgelser, der er afhængige af auditive stimuli af god kvalitet, nøje overveje de tilgængelige systemer til levering af lyd i MR-scanneren. Aktive støjreducerende hovedtelefoner, der i øjeblikket bruges til voksne, kan let forskydes på grund af hovedbevægelse, når de bruges til vågne spædbørn og småbørn. I sådanne tilfælde bør der anvendes spædbarnsspecifikke hovedtelefoner. Alternativt kan spædbørn deltage i en træning før scanningen for at minimere hovedbevægelsen, selvom denne mulighed muligvis kun fungerer for ældre spædbørn.

Konklusion
Protokollen tillader samtidig dataindsamling af fMRI- og fNIRS-signaler. I modsætning til tilgængelige metoder implementerer den et fNIRS-array med hele hovedet og inkluderer kanalmålinger over korte afstande. Desuden beskrives to forskellige metoder til optode-til-hovedbund co-registrering af fNIRS-signalerne: i) E-vitaminkapsler fastgjort til hver optode på fNIRS-hætterne og ii) en 3D-struktursensor, der muliggør digitalisering af optodeplaceringerne med hensyn til fiduciale markører på hovedet. Den nuværende protokol kan let tilpasses til at indsamle data fra specifikke interesseområder og på tværs af en række eksperimentelle paradigmer. Selvom den nuværende protokol er blevet testet med unge voksne, gives der også forslag til, hvordan den kan tilpasses til brug med udviklingsmæssige og kliniske populationer. Denne protokol vil være særlig relevant for dem, der er interesseret i at validere fNIRS-aktiveringer på områdeniveau og funktionel forbindelse mod fMRI i hele levetiden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Publikationsgebyrer for denne artikel er sponsoreret af NIRx. Forfatterne har intet andet at afsløre.

Acknowledgments

Denne forskning blev støttet af følgende finansieringskilder: Et NARSAD Young Investigator Award Grant fra Brain and Behavior Research Foundation (Grant #29736) (SSA), et Global Grand Challenges Grant fra Bill and Melinda Gates Foundation (Grant #INV-005792) (RNA) og et Discovery Fund Grant fra Department of Psychology ved Yale University (RNA). Forfatterne ønsker også at anerkende Richard Watts (Yale Brain Imaging Center) for hans støtte under dataindsamling og Adam Eggebrecht, Ari Segel og Emma Speh (Washington University i St Louis) for deres hjælp til dataanalyse.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
280 low-profile MRI-compatible grommets for NIRs caps NIRx GRM-LOP
4 128-position NIRS caps with 128x unpopulated slits in 10-5 layout NIRx CP-128-128S Sizes: 52, 54, 56, 60
8 bundles of 4x detector fibers with low-profile tip; MRI-, MEG-, and TMS-compatible.  NIRx DET-FBO- LOW 10 m long
8 bundles of 4x laser source fibers with MRI-compatible low-profile tip NIRx SRC-FBO- LAS-LOW 10 m long
Bundle set of 8 short-channel detectors with specialized ring grommets that fit to low-profile grommets NIRx DET-SHRT-SET Splits a single detector into 8 short channels that may be placed anywhere on a single NIRS cap
Magnetom 3T PRISMA Siemens N/A 128 channel capacity, 64/32/20 channel head coils, 80 mT/m max gradient amplitude, 200 T/m/s slew rate, full neuro sequences
NIRScout XP Core System Unit NIRx NSXP- CHS Up to 64x Laser-2 (or 32x laser-4) illuminators or 64 LED-2 illuminators; up to 32x detectors; capable of tandem (multi-system) and hyperscanning (multi-subject) measurements; compatible with EEG, tDCS, eye-tracking, and other modalities; modules available for fMRI, TMS, MEG compatibility
NIRStar software NIRx N/A Version 15.3
NIRx parallel port replicator NIRx ACC-LPT-REP The parallel prot replicator  comes with three components: parallel port replicator box, USB power cable and BNC adapter
Physiological pulse unit Siemens PPU098 Optical plethysmography allowing the acquisiton of the cardiac rhythm.
Respiratory unit Siemens PERU098  Unit intended for the acquisition of the respiratory amplitude (by means of a pneumatic system and a restraint belt).
Structure Sensor Mark II Occipital 101866 (SN) 3D structure sensor for optode digitization.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pinti, P., et al. The present and future use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for cognitive neuroscience. Annals of the New York Academy of Sciences. 1464 (1), 5-29 (2020).
  2. Quaresima, V., Ferrari, M. Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) for Assessing Cerebral Cortex Function During Human Behavior in Natural/Social Situations: A Concise Review. Organizational Research Methods. 22 (1), 46-68 (2016).
  3. Pinti, P., et al. A Review on the Use of Wearable Functional Near-Infrared Spectroscopy in Naturalistic Environments. The Japanese Psychological Research. 60 (4), 347-373 (2018).
  4. Wilcox, T., Biondi, M. fNIRS in the developmental sciences. Wiley Interdisciplinary Reviews: Cognitive Science. 6 (3), 263-283 (2015).
  5. Blasi, A., Lloyd-Fox, S., Katus, L., Elwell, C. E. fNIRS for Tracking Brain Development in the Context of Global Health Projects. Photonics. 6 (3), 89 (2019).
  6. Aslin, R. N. Questioning the questions that have been asked about the infant brain using near-infrared spectroscopy. Cognitive Neuropsychology. (1-2), 7-33 (2012).
  7. Chen, W. L., et al. Functional Near-Infrared Spectroscopy and Its Clinical Application in the Field of Neuroscience: Advances and Future Directions. Frontiers in Neuroscience. 14, 724 (2020).
  8. Lee, Y. J., Kim, M., Kim, J. S., Lee, Y. S., Shin, J. E. Clinical Applications of Functional Near-Infrared Spectroscopy in Children and Adolescents with Psychiatric Disorders. Journal of Child & Adolescent Psychiatry. 32 (3), 99-103 (2021).
  9. Bonilauri, A., Sangiuliano Intra, F., Baselli, G., Baglio, F. Assessment of fNIRS Signal Processing Pipelines: Towards Clinical Applications. Applied Sciences. 12 (1), 316 (2021).
  10. Kleinschmidt, A., et al. Simultaneous recording of cerebral blood oxygenation changes during human brain activation by magnetic resonance imaging and near-infrared spectroscopy. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 16 (5), 817-826 (1996).
  11. Strangman, G., Culver, J. P., Thompson, J. H., Boas, D. A. A Quantitative Comparison of Simultaneous BOLD fMRI and NIRS Recordings during Functional Brain Activation. NeuroImage. 17 (2), 719-731 (2002).
  12. Glover, G. H. Overview of functional magnetic resonance imaging. Neurosurgery Clinics of North America. 22 (2), (2011).
  13. Toronov, V., et al. Investigation of human brain hemodynamics by simultaneous near-infrared spectroscopy and functional magnetic resonance imaging. Medical Physics. 28 (4), 521-527 (2001).
  14. Huppert, T. J., Hoge, R. D., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. A temporal comparison of BOLD, ASL, and NIRS hemodynamic responses to motor stimuli in adult humans. NeuroImage. 29 (2), 368-382 (2006).
  15. Cui, X., Bray, S., Bryant, D. M., Glover, G. H., Reiss, A. L. A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks. NeuroImage. 54 (4), 2808-2821 (2011).
  16. Duan, L., Zhang, Y. J., Zhu, C. Z. Quantitative comparison of resting-state functional connectivity derived from fNIRS and fMRI: a simultaneous recording study. NeuroImage. 60 (4), 2008-2018 (2012).
  17. Sasai, S., et al. A NIRS-fMRI study of resting state network. NeuroImage. 63 (1), 179-193 (2012).
  18. Noah, J. A., et al. Comparison of short-channel separation and spatial domain filtering for removal of non-neural components in functional near-infrared spectroscopy signals. Neurophotonics. 8 (1), 015004 (2021).
  19. Wyser, D., et al. Short-channel regression in functional near-infrared spectroscopy is more effective when considering heterogeneous scalp hemodynamics. Neurophotonics. 7 (3), 035011 (2020).
  20. Homolle, S., Oostenveld, R. Using a structured-light 3D scanner to improve EEG source modeling with more accurate electrode positions. Journal of Neuroscience Methods. 326, 108378 (2019).
  21. Jasper, H. H. The ten-twenty electrode system of the International Federation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 10, 370-375 (1958).
  22. von Luhmann, A., Li, X., Muller, K. R., Boas, D. A., Yucel, M. A. Improved physiological noise regression in fNIRS: A multimodal extension of the General Linear Model using temporally embedded Canonical Correlation Analysis. NeuroImage. 208, 116472 (2020).
  23. Glasser, M. F., et al. The minimal preprocessing pipelines for the Human Connectome Project. NeuroImage. 80, 105-124 (2013).
  24. Ji, J. L., et al. QuNex-An integrative platform for reproducible neuroimaging analytics. Frontiers in Neuroinformation. 17, 1104508 (2023).
  25. Yucel, M. A., et al. Best practices for fNIRS publications. Neurophotonics. 8 (1), 012101 (2021).
  26. Eggebrecht, A., Muccigrosso, D., Culver, J. NeuroDOT: an extensible Matlab toolbox for streamlined optical brain mapping. Diffuse Optical Spectroscopy and Imaging VII. , (2019).
  27. Jenkinson, M., Beckmann, C. F., Behrens, T. W., Woolrich, M. W., Smith, S. M. FSL. NeuroImage. 62 (2), 782-790 (2012).
  28. Fischl, B. FreeSurfer. NeuroImage. 62 (2), 774-781 (2012).
  29. Penny, W. D., Friston, K. J., Ashburner, J. T., Kiebel, S. J., Nichols, T. E. Statistical parametric mapping: the analysis of functional brain images. , Academic Press, Elsevier. (2011).
  30. Cox, R. W. AFNI: software for analysis and visualization of functional magnetic resonance neuroimages. Computers and Biomedical Research. 29 (3), 162-173 (1996).
  31. Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. FieldTrip: Open source software for advanced analysis of MEG, EEG, and invasive electrophysiological data. Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, 156869 (2011).
  32. Sato, H., et al. A NIRS-fMRI investigation of prefrontal cortex activity during a working memory task. NeuroImage. 83, 158-173 (2013).
  33. Jermyn, M., et al. Fast segmentation and high-quality three-dimensional volume mesh creation from medical images for diffuse optical tomography. Journal of Biomedical Optics. 18 (8), 86007 (2013).
  34. Dehghani, H., et al. Near infrared optical tomography using NIRFAST: Algorithm for numerical model and image reconstruction. Communications in Numerical Methods in Engineering. 25 (6), 711-732 (2008).
  35. Wheelock, M. D., Culver, J. P., Eggebrecht, A. T. High-density diffuse optical tomography for imaging human brain function. The Review of Scientific Instruments. 90 (5), 051101 (2019).
  36. Eggebrecht, A. T., et al. A quantitative spatial comparison of high-density diffuse optical tomography and fMRI cortical mapping. NeuroImage. 61 (4), 1120-1128 (2012).
  37. Boas, D. A., Culver, J. P., Stott, J. J., Dunn, A. K. Three dimensional Monte Carlo code for photon migration through complex heterogeneous media including the adult human head. Optics Express. 10 (3), 159-170 (2002).
  38. Wang, L., Jacques, S. L., Zheng, L. MCML-Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 47 (2), 131-146 (1995).
  39. Gregg, N. M., White, B. R., Zeff, B. W., Berger, A. J., Culver, J. P. Brain specificity of diffuse optical imaging: improvements from superficial signal regression and tomography. Frontiers in Neuroenergetics. 2, 14 (2010).
  40. Brigadoi, S., et al. Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: a comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data. NeuroImage. 85, 181-191 (2014).
  41. Pelphrey, K. A., Shultz, S., Hudac, C. M., Vander Wyk, B. C. Research review: Constraining heterogeneity: the social brain and its development in autism spectrum disorder. Journal of Child Psychology and Psychiatry, and Allied Disciplines. 52 (6), 631-644 (2011).
  42. Cui, X., Bray, S., Reiss, A. L. Functional near infrared spectroscopy (NIRS) signal improvement based on negative correlation between oxygenated and deoxygenated hemoglobin dynamics. NeuroImage. 49 (4), 3039-3046 (2010).
  43. Sherafati, A., et al. Global motion detection and censoring in high-density diffuse optical tomography. Human Brain Mapping. 41 (14), 4093-4112 (2020).
  44. Eggebrecht, A. T., et al. Mapping distributed brain function and networks with diffuse optical tomography. Nature Photonics. 8 (6), 448-454 (2014).
  45. Ferradal, S. L., et al. Functional Imaging of the Developing Brain at the Bedside Using Diffuse Optical Tomography. Cerebral Cortex. 26 (4), 1558-1568 (2016).
  46. Winkler, A. M., Ridgway, G. R., Webster, M. A., Smith, S. M., Nichols, T. E. Permutation inference for the general linear model. NeuroImage. 92, 381-397 (2014).
  47. Hassanpour, M. S., et al. Statistical analysis of high density diffuse optical tomography. NeuroImage. 85, 104-106 (2014).
  48. Zhang, F., et al. Correcting physiological noise in whole-head functional near-infrared spectroscopy. Journal of Neuroscience Methods. 360, 109262 (2021).
  49. Duan, L., et al. Wavelet-based method for removing global physiological noise in functional near-infrared spectroscopy. Biomedical Optics Express. 9 (8), 3805-3820 (2018).
  50. Klein, F., Kranczioch, C. Signal Processing in fNIRS: A Case for the Removal of Systemic Activity for Single Trial Data. Frontiers in Human Neuroscience. 13, 331 (2019).
  51. Zhou, X., Sobczak, G., McKay, C. M., Litovsky, R. Y. Comparing fNIRS signal qualities between approaches with and without short channels. PLoS One. 15 (12), 0244186 (2020).
  52. Santosa, H., Zhai, X., Fishburn, F., Sparto, P. J., Huppert, T. J. Quantitative comparison of correction techniques for removing systemic physiological signal in functional near-infrared spectroscopy studies. Neurophotonics. 7 (3), 035009 (2020).
  53. Emberson, L. L., Crosswhite, S. L., Goodwin, J. R., Berger, A. J., Aslin, R. N. Isolating the effects of surface vasculature in infant neuroimaging using short-distance optical channels: a combination of local and global effects. Neurophotonics. 3 (3), 031406 (2016).
  54. Frijia, E. M., et al. Functional imaging of the developing brain with wearable high-density diffuse optical tomography: A new benchmark for infant neuroimaging outside the scanner environment. NeuroImage. 225, 117490 (2021).
  55. 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).

Tags

FMRI FNIRS Neuroimaging metodologi Cerebral blod iltning funktionel hjerneaktivering områdeniveau aktiveringer funktionel forbindelse hele hovedet FNIRS dækning kortdistancemålinger Optode-til-hovedbund co-registrering
Samtidig dataindsamling af fMRI- og fNIRS-målinger ved hjælp af et helhoved optodearray og kortdistancekanaler
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sanchez-Alonso, S., Canale, R. R.,… More

Sanchez-Alonso, S., Canale, R. R., Nichoson, I. F., Aslin, R. N. Simultaneous Data Collection of fMRI and fNIRS Measurements Using a Whole-Head Optode Array and Short-Distance Channels. J. Vis. Exp. (200), e65088, doi:10.3791/65088 (2023).

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