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 datainnsamling av fMRI- og fNIRS-målinger ved bruk av en helhodeoptoderekke og kortdistansekanaler

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 presenterer en metode for samtidig innsamling av fMRI- og fNIRS-signaler fra de samme fagene med fNIRS-dekning for hele hodet. Protokollen er testet med tre unge voksne og kan tilpasses for datainnsamling for utviklingsstudier og kliniske populasjoner.

Abstract

Funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) er en bærbar neuroimaging metodikk, mer robust mot bevegelse og mer kostnadseffektiv enn funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI), noe som gjør den svært egnet for å gjennomføre naturalistiske studier av hjernefunksjon og for bruk med utviklingsmessige og kliniske populasjoner. Både fNIRS og fMRI-metoder oppdager endringer i oksygenering av cerebralt blod under funksjonell hjerneaktivering, og tidligere studier har vist høy romlig og tidsmessig korrespondanse mellom de to signalene. Det er imidlertid ingen kvantitativ sammenligning av de to signalene samlet samtidig fra de samme fagene med helhode fNIRS-dekning. Denne sammenligningen er nødvendig for å validere aktiveringer på områdenivå og funksjonell tilkobling mot fMRI-gullstandarden, som igjen har potensial til å gjøre det lettere å sammenligne de to signalene over hele levetiden. Vi adresserer dette gapet ved å beskrive en protokoll for samtidig datainnsamling av fMRI og fNIRS signaler som: i) gir helhode fNIRS dekning; ii) inkluderer kortdistansemålinger for regresjon av det ikke-kortikale, systemiske fysiologiske signalet; og iii) implementerer to forskjellige metoder for optode-to-scalp co-registrering av fNIRS målinger. fMRI- og fNIRS-data fra tre pasienter presenteres, og anbefalinger for å tilpasse protokollen for å teste utviklings- og kliniske populasjoner diskuteres. Det nåværende oppsettet med voksne tillater skanneøkter i gjennomsnitt ca. 40 minutter, som inkluderer både funksjonelle og strukturelle skanninger. Protokollen skisserer trinnene som kreves for å tilpasse fNIRS-utstyret til bruk i magnetisk resonans (MR) miljø, gir anbefalinger for både dataregistrering og optode-til-hodebunn samregistrering, og diskuterer potensielle modifikasjoner av protokollen for å passe spesifikasjonene til det tilgjengelige MR-sikre fNIRS-systemet. Representative subjektspesifikke svar fra en blinkende sjakkbrettoppgave illustrerer protokollens gjennomførbarhet for å måle fNIRS-signaler med hele hodet i MR-miljøet. Denne protokollen vil være spesielt relevant for forskere som er interessert i å validere fNIRS-signaler mot fMRI over hele levetiden.

Introduction

Kognitiv funksjon har blitt studert i den voksne menneskelige hjerne via funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) i nesten tre tiår. Selv om fMRI gir høy romlig oppløsning og både funksjonelle og strukturelle bilder, er det ofte ikke praktisk for studier utført i naturalistiske sammenhenger eller for bruk med spedbarn og kliniske populasjoner. Disse begrensningene begrenser vår forståelse av hjernens funksjon vesentlig. Et alternativ til fMRI er bruk av bærbare metoder som er mer kostnadseffektive og robuste mot bevegelse, for eksempel funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS)1,2,3. fNIRS har blitt brukt med spedbarn og små barn for å vurdere hjernens funksjon på tvers av en rekke kognitive domener, for eksempel språkutvikling, behandling av sosialt relevant informasjon og objektbehandling 4,5,6. fNIRS er også en neuroimaging modalitet spesielt egnet for testing av kliniske populasjoner på grunn av potensialet for gjentatt testing og overvåking i alderen 7,8,9. Til tross for den brede anvendeligheten, er det ingen studier som kvantitativt sammenligner fMRI- og fNIRS-signaler samlet samtidig fra de samme fagene med helhodedekning. Denne sammenligningen er nødvendig for å validere aktiveringer på områdenivå og funksjonell tilkobling mellom interesseområder (ROI) mot fMRI-gullstandarden. Videre har etablering av denne intermodalitetskorrespondansen potensial til å forbedre tolkningen av fNIRS når det er det eneste innsamlede signalet på tvers av både typisk og atypisk utvikling.

Både fMRI- og fNIRS-signaler oppdager endringer i cerebral oksygenering av blod (CBO) under funksjonell hjerneaktivering10,11. fMRI er avhengig av endringer i elektromagnetiske felt og gir en høy romlig oppløsning av CBO-endringer12. fNIRS, derimot, måler absorpsjonsnivåer av nær-infrarødt lys ved hjelp av en serie lysavgivende og lysdetekterende optoder2. Siden fNIRS måler endringer i absorpsjon ved forskjellige bølgelengder, kan den vurdere konsentrasjonsendringer i både oksy- og deoksyhemoglobin. Tidligere studier med simultanopptak av fMRI- og fNIRS-signaler med et lite antall optoder har vist at de to signalene har høy romlig og tidsmessig korrespondanse10. Det er sterke korrelasjoner mellom blod-oksygen-nivå-avhengig (BOLD) fMRI og optiske målinger11,13, med deoksyhemoglobin som viser den høyeste korrelasjonen med BOLD-responsen, som rapportert av tidligere arbeid som sammenligner den tidsmessige dynamikken til fNIRS og fMRI hemodynamiske responsfunksjoner (HRF)14. Disse tidlige studiene implementerte motorresponsparadigmer (dvs. fingertapping) og brukte et begrenset antall optoder som dekker primære motoriske og premotoriske cortex-områder. I det siste tiåret har studier utvidet fokuset til å omfatte et større batteri av kognitive oppgaver og hviletilstandsøkter, men fortsatt ved hjelp av et begrenset antall optoder som dekker spesifikke avkastninger. Disse studiene har vist at variasjon i fNIRS/fMRI-korrelasjoner er avhengig av optodens avstand fra hodebunnen og hjernen15. Videre kan fNIRS gi hviletilstandsfunksjonelle tilkoblingsmål som kan sammenlignes med fMRI16,17.

Den nåværende protokollen bygger på tidligere arbeid og adresserer viktige begrensninger ved å i) gi fNIRS-dekning for hele hodet, ii) inkludere kortdistansemålinger for regresjon av ikke-kortikale fysiologiske signaler, iii) implementere to forskjellige metoder for optode-til-hodebunn samregistrering av fNIRS-målinger og iv) muliggjøre vurdering av test-retest-påliteligheten til signalet over to uavhengige økter. Denne protokollen for samtidig datainnsamling av fMRI- og fNIRS-signaler ble opprinnelig utviklet for testing av unge voksne. Et av målene med studien var imidlertid å lage et eksperimentelt oppsett for å samle inn samtidige fMRI/fNIRS-signaler som senere kan tilpasses for testing av utviklingspopulasjoner. Derfor kan dagens protokoll også brukes som utgangspunkt for å utvikle en protokoll for å teste små barn. I tillegg til å bruke fNIRS-dekning med hele hodet, har protokollen også som mål å innlemme nylige fremskritt innen fNIRS-maskinvare, for eksempel inkludering av kortdistansekanaler for å måle det systemiske fysiologiske signalet (dvs. vaskulære endringer som oppstår fra ikke-kortikale kilder, for eksempel blodtrykk, respiratoriske og hjertesignaler)18,19 ; og bruk av en 3D-struktursensor for optode-til-hodebunn samregistrering20. Selv om fokuset i den nåværende protokollen er på resultatene av en visuell blinkende sjakkbrettoppgave, inkluderer hele eksperimentet to økter med en blanding av tradisjonelle blokkoppgavedesign, hviletilstandsøkter og naturalistiske filmvisningsparadigmer.

Protokollen beskriver trinnene som trengs for å tilpasse fNIRS-utstyret til bruk i MR-miljøet, inkludert cap-design, tidsmessig justering via triggersynkronisering og fantomtester som kreves før datainnsamlingen starter. Som nevnt er fokuset her på resultatene av den blinkende sjakkbrettoppgaven, men den generelle prosedyren er ikke oppgavespesifikk og kan være hensiktsmessig for et hvilket som helst antall eksperimentelle paradigmer. Protokollen skisserer videre trinnene som kreves under datainnsamling, som inkluderer fNIRS cap-plassering og signalkalibrering, deltaker- og eksperimentelt utstyrsoppsett, samt opprydding etter eksperiment og datalagring. Protokollen avsluttes med å gi en oversikt over de analytiske rørledningene som er spesifikke for preprosessering av fNIRS og fMRI-data.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forskningen ble godkjent av Institutional Review Board (IRB) ved Yale University. Informert samtykke ble innhentet for alle forsøkspersoner. Emner måtte passere MR-screening for å sikre deres trygge deltakelse. De ble ekskludert hvis de hadde en historie med alvorlig medisinsk eller nevrologisk lidelse som sannsynligvis ville påvirke kognitiv funksjon (dvs. en nevrokognitiv eller depressiv lidelse, traumer, schizofreni eller obsessiv-kompulsiv lidelse).

MERK: Den nåværende protokollen bruker en CW-NIRS-enhet med 100 langdistansekanaler og 8 kortdistansekanaler (32 laserdiodekilder, λ = 785/830 nm med gjennomsnittlig effekt på 20mW / bølgelengde og 38 lavinefotodiodedetektorer) samplet ved 1,95 Hz. MR- og fMRI-skanninger ble samlet inn på en Siemens 3 Tesla Prisma-skanner ved hjelp av en 20-kanals hodespole. Alle data ble samlet inn ved Yale Brain Imaging Center (https://brainimaging.yale.edu/). Systemspesifikke modifikasjoner for innsamling av samtidige fMRI- og fNIRS-data noteres gjennom hele protokollen.

1. fNIRS utstyrsmodifikasjoner og utvikling for samtidig datainnsamling

MERK: Trinn 3 til 6 er spesifikke for NIRScoutXP-systemet og gjelder kanskje ikke for andre fNIRS-systemer på grunn av variasjoner i anskaffelsesprogramvaren og tilgjengelige fantomer for optodevurdering.

  1. Klargjøring av fNIRS-hettene
    1. Identifiser fNIRS-hettene som trengs for studien. For en voksenstudie, sørg for at følgende cap-størrelser er tilgjengelige (i cm): 54, 56, 58 og 60.
    2. MERK: Cap-størrelsene er spesifikke for systemet som brukes i denne protokollen. Derfor kan det være variasjon i de spesifikke størrelsene som trengs for ulike NIRS-systemer.
    3. Bruk vitamin E-kapsler og et vannavvisende materiale (f.eks. Nylonstoff med PU-belegg), klargjør fiducials. Pakk kapslene med det valgte materialet og sy (eller lim) fiducials til de valgte områdene (se figur 1A). Vitamin E-kapsler fungerer som fiducial markører for å identifisere posisjonen til fNIRS-kanalene i forhold til det underliggende hjernevevet ved hjelp av T1w-bildet.
    4. Bestem antall fiducials avhengig av optode array og co-registreringsmetode. Noen studier vil bare kreve deteksjon av noen få anatomiske landemerker, mens andre kan ha nytte av å plassere fiducials ved siden av hver optode.
    5. Hvis fNIRS-hetten er for løs på baksiden av hodet, fest to stropper på hver side av hetten ved hjelp av elastisk stoff (med forhåndskuttede knapphull) og knapper for å øke justerbarheten på hetten. På tvers av deltakerne og uansett hvor stram hetten er, fest stroppene for å sikre et konsekvent hetteoppsett.
    6. Hvis fronten av hetten er for stram på pannen, plasser gummibuffere på de optodene som er i direkte kontakt med huden. Hvis fNIRS-leverandøren ikke gir buffere, kan du lage dem ved hjelp av filtstoffklistremerker. Hvis du bruker gummibuffere, bruk dem for alle deltakere uavhengig av hettens passform for å sikre et konsekvent hetteoppsett. Forsikre deg om at ingrediensene i gummibufferne ikke har metallkomponenter for å beskytte mot artefakter i MR-bildene.
  2. Oppsett av fNIRS-utstyret i MR-kontroll- og skannerrommene
    1. Plasser fNIRS-enheten i kontrollrommet nær en av bølgelederne som fører til skannerrommet. Bruk en forhøyet overflate (f.eks. en trinnstol) om nødvendig for å sikre at fNIRS-enheten er så nær bølgelederne som mulig for å maksimere fiberlengden.
    2. Bruk netting av nettingkabler til å bunte de optiske fibrene i grupper. Bestem disse gruppene basert på den valgte optodematrisen. Ideelt sett vil optiske fibre grupperes slik at alle optoder i gruppen skal plasseres på samme side av hodet (venstre mot høyre).
    3. Koble de optiske fibrene til fNIRS-enheten og før buntene inn i skannerrommet gjennom bølgelederne. Før du bestiller de optiske fibrene, må du måle avstanden mellom fNIRS-enheten og midten av skannerboringen for å sikre at lengden på de optiske fibrene vil være tilstrekkelig.
    4. Ta de optiske fibrene til skannerbordet. Bruk en MR-sikker bro for å holde de optiske fibrene for å sikre at vekten av fibrene ikke får fibrene til å synke og for å forhindre at de trekker hetten bort fra motivets hode (se figur 1B).
  3. Sette opp parallellportreplikatorboksen
    1. Installer den nyeste versjonen av NIRStar-programvaren på fNIRS-datainnsamlingsdatamaskinen.
    2. Koble parallellportreplikatoren til kabelen som overfører transistor-transistor Logic (TTL)-lignende puls fra skanneren som angitt i produsentens utløserhåndbok (versjon R2.1; se figur 1C). TTL-pulsen tilsvarer en skivetidspuls som sendes direkte fra skanneren. Når skanneren sender en puls, lyser en av LED-indikatorene.
    3. Koble parallellportreplikatorboksen til fNIRS-enheten via en parallellportinngang. Dette vil sende en utløser til NIRStar-programvaren når en TTL-puls fra skanneren oppdages. Utløsersignalet vil bli reflektert på skjermbildet for datainnsamling som en stiplet linje. Dette oppsettet sikrer synkronisering av fNIRS og fMRI-datainnsamling, siden hver gang en skivetidspuls samles inn i skanneren, vil dette gjenspeiles i fNIRS-datastrømmen som registreres av NIRStar-innsamlingsprogramvaren.
  4. Klargjøring av det statiske fantomet for optodevurdering
    1. Plasser optodene i den statiske fantomenheten som leveres av fNIRS-leverandøren. Arrangementet av optodene på fantomet vil avhenge av typen fNIRS-instrument og antall tilgjengelige kilder og detektorer. Sjekk riktig optodearrangement i leverandørens startveiledning fra produsenten.
    2. Forsikre deg om at fantomet er helt skjermet fra enhver lyskilde. Noen leverandører tilbyr en monteringsveske som bidrar til å skjerme optodene fra enhver ekstern lyskilde.
    3. Plugg alle tilgjengelige kilder og detektorbunter inn i fNIRS-fantomet i henhold til det spesifiserte optodearrangementet.
    4. Koble fNIRS-fantomet til anskaffelsesdatamaskinen og start NIRStar-anskaffelsesprogramvaren.
  5. Utføre en instrumenttest med fantommørk støy
    1. Under menyelementet Konfigurer maskinvare i NIRStar-anskaffelsesprogramvaren åpner du kategorien Kanaloppsett. Kontroller at det totale antallet tilgjengelige kilder og detektorer er riktig innstilt under Antall kilder og Antall detektorer. Bekreft disse innstillingene ved å klikke på OK.
    2. Start testvinduet for mørk støy ved å klikke på menyelementet Diagnostikk i hovedmenyen NIRStar.
    3. Kjør testen ved å trykke på Kjør test-knappen . Lagre testresultatene ved å trykke på Lagre resultater-knappen .
      MERK: Se produsentens "Komme i gang-veiledning: Feilsøking av statisk fantom" for veiledning om hvordan resultatene skal tolkes.
  6. Utføre en fantomkalibreringstest
    1. Under menyelementet Konfigurer maskinvare på NIRStar-anskaffelsesprogramvaren åpner du kategorien Kanaloppsett . Kontroller at det totale antallet tilgjengelige kilder og detektorer er riktig innstilt under Antall kilder og Antall detektorer .
    2. Under menyelementet Konfigurer maskinvare åpner du kategorien Kanalmaskering . Masker alle kanaler ved å trykke på Velg alle-knappen .
    3. Under menyelementet Konfigurer maskinvare, i kategorien Maskinvarespesifikasjon, velger du Statisk fantomet under Studietype. Bekreft disse innstillingene ved å klikke OK.
    4. Start kalibreringen ved å trykke på Kalibrer-knappen . Når kalibreringen er fullført, trykker du på Detaljer-knappen for å vise de detaljerte kalibreringsresultatene.
      MERK: Se produsentens "Komme i gang-veiledning: Feilsøking av statisk fantom" for veiledning om hvordan resultatene skal tolkes.

Figure 1
Figur 1. Utstyr for samtidig datainnsamling av fMRI og fNIRS målinger. (A) Pose laget av svart, vannavstøtende materiale for å lagre vitamin E kapsler sydd på fNIRS hetten ved siden av hver optode. (B) MR-sikker bro for å holde de optiske fibrene over gulvet slik at de kan nå deltakerens hode under datainnsamling. (C) Parallellportreplikator som overfører pulser fra skanneren til fNIRS-enheten. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

2. Eksperimentell oppgavedesign

  1. Bestem varigheten av skanneøkten ved å ta hensyn til deltakerens komfort inne i skanneren. For eksempel inkluderer studien som er fremhevet her to strukturelle bilder (T1w og T2w) i en total varighet på ca. 14 minutter, og fem funksjonelle løp i en ekstra varighet på ca. 25 min.
    MERK: Pilotering av studien med flere deltakere vil være nødvendig for å identifisere riktig lengde på studien siden studiespesifikke faktorer (f.eks. deltakerens alder, cap størrelse) vil bestemme nivået av komfort.
  2. Design neuroimaging-oppgavene i tråd med forskningsmålene. Dette vil være studiespesifikt. Her presenteres prosedyren (og representative resultater) for en blinkende sjakkbrettoppgave.

3. plassering av fNIRS-cap og signalkalibrering på testdagen

MERK: Alle trinnene nedenfor finner sted i MR-kontroll- eller samtykkerommene, med mindre annet er angitt.

  1. Innsamling av hodemål og valg av fNIRS cap
    1. Når deltakeren har signert de relevante samtykkeskjemaene og mottatt instruksjonene for de kommende oppgavene, ber du dem om å sitte på en stol i kontrollrommet.
    2. Bruk et standard mykt målebånd, pakk båndet rundt den bredest mulige omkretsen av deltakerens hode; fra den mest fremtredende delen av pannen (ofte 1 eller 2 fingre over øyenbrynet) til den bredeste delen av baksiden av hodet og tilbake rundt. Prøv å finne den bredeste omkretsen.
    3. Velg hettestørrelsen nærmest den målte omkretsen.
  2. Feste kortdistansedetektorprobene på hetten
    MERK: Dette trinnet er spesifikt for NIRx-systemer og gjelder kanskje ikke for andre fNIRS-enheter.
    1. Plasser kortdistansedetektorprobene ved å ta et godt tak i basen og skyve den rundt den delen av grommet som går gjennom nettet på fNIRS-hetten (se figur 2A). Vær forsiktig så du ikke trekker kortavstandsdetektorsondene fra kabelen, da dette kan skade kabelen.
      MERK: Når du bestemmer fordelingen av sondene, henvises det til nylig arbeid som sammenligner helhode versus avkastningsspesifikke fordelinger18.
    2. Bruk fiberorganisatorklemmene som leveres av produsenten for kabelhåndtering om nødvendig. Forsikre deg om at kortavstandsdetektorkablene er orientert mot baksiden av hetten for å holde området rundt ansiktet klart.
  3. Plassering av fNIRS-hetten og optodene på deltakerens hode
    1. Be deltakeren om å sette hetten på ved å skyve den rett ned fra toppen av hodet, som om de tok på seg en vinterlue. Forsikre deg om at hetten er rett og at ørene er i ørehullene.
    2. Be deltakeren om å stramme hakestroppen så mye som det er behagelig. Stram de bakre stroppene og sørg for at hetten er ordentlig festet og at optodeuttakene er stramme til hodet.
    3. Plasser grønne klistremerker for å markere viktige fiducial steder i henhold til 10-20 systemposisjoner (inion, nasion, pre-auricular punkter foran øret og Cz) 21.
      MERK: De grønne klistremerkene er nødvendige hvis du bruker 3D-struktursensoren til å bestemme de romlige koordinatene til kilde- og detektoroptodeplasseringene. Dette kan variere avhengig av sensortypen 3D-struktur. Den nåværende protokollen bruker en struktursensor (II) fra Occipital20.
    4. Ved hjelp av et målebånd justerer du symmetrisk punktene på hetten med hodebunnspunkter ved å sørge for at i) de pre-auricular punktene er like langt fra Cz-punktet og ii) inionet og nasionpunktet er like langt fra Cz-punktet. Sørg for at cap-posisjonen er identisk for alle deltakerne.
  4. Innhenting av en modell av deltakerens hode ved hjelp av en 3D-struktursensordigitalisator
    1. Be deltakeren om å sitte stille for å lage en 3D-modell av hodet.
    2. Åpne applikasjonen Struktur på et nettbrett eller iPad.
      MERK: Protokollen beskriver trinnene som trengs for å lage et hodenett med struktursensoren (II) fra Occipital20. Disse trinnene kan variere fra system til system.
    3. Kontroller at følgende innstillinger er slått av: Farge med høy oppløsning, automatisk IR-eksponering og Forbedret sporing.
    4. Sentrer deltakeren slik at hele hodet er innenfor 3D-firkanten på skjermen, hele hodet er gjengitt, og det er ikke for mye av skuldrene i rammen .
    5. Ta en 360° spasertur rundt deltakeren for å lage 3D-skanningen. Vent til programmet tar bildet omtrent hver 90° før du fortsetter (se figur 3A).
    6. Etter at hele skanningen er tatt, trykker du på knappen til høyre på skjermen for å opprette 3D-gjengivelsen.
    7. Kontroller gjengivelsen for å sikre at den er klar og at det er nok detaljer til å fastslå plasseringen av optodene og de grønne fiducial-klistremerkene. Lagre 3D-skanningen på en HIPAA-beskyttet server.
  5. Forbereder deltakeren til å gå inn i skannerrommet
    1. Etter at 3D-modellen er generert, fjern de grønne klistremerkene og instruer deltakeren om å plassere ørepropper i ørene.
    2. Følg instruksjonene på plass på MR-bildesenteret for å sikre at deltakeren er trygg å gå inn i skannerrommet. Dette trinnet innebærer vanligvis å bekrefte med deltakeren at det ikke er metaller i kroppen og passere gjennom en metalldetektor som en siste sjekk. En MR sikkerhet spørreskjema fylt ut av faget før ankomst er ofte nødvendig av de fleste bildebehandlingssentre.
  6. Plassering av kilde- og detektorprober på fNIRS-hetten
    1. I skannerrommet, henvis deltakeren til å sitte komfortabelt på skannerbordet.
    2. Mens du stabiliserer hver optode grommet med den ene hånden, bruk en MR-sikker applikator med den andre hånden for å skyve bort håret fra midten av grommet (se figur 2B). Når håret har blitt tilstrekkelig flyttet ut av området (ideelt slik at hodebunnen er synlig), trykk optoden bestemt inn i tetningen.
    3. Sørg for at når spenningen på grommet er sluppet, kommer håret ikke tilbake for å okkludere midten av optoden. Hvis du bruker en helhodematrise, anbefales det å orientere optodene på baksiden av hodet med fibrene rettet mot forsiden og de optodene på forsiden av hodet med fibrene pekt mot baksiden. Denne konfigurasjonen av de optiske fibrene vil forhindre at de blir sammenflettet eller krympet når deltakeren legger seg ned og plasserer hodet i MR-hodespolen.
      MERK: Denne fiberinnsettings- og justeringsprosessen utføres raskere og enklere med to eksperimenter plassert på hver side av deltakeren, og kapper samtidig.
    4. Ordne de optiske fibrene pent i bunter ved hjelp av kabelarrangører (se figur 2B og figur 3B). Gjennomfør en testkalibrering og måling av signalstyrke ved hjelp av NIRStar-programvaren. Optodeplassering og kalibrering utført av to erfarne forskere vil ta ca. 10 minutter.
    5. Juster individuelle optodes etter behov til tilstrekkelig signalkvalitet oppnås ved å fortrenge forstyrrende hår fra de problematiske optodene. Fjern optodes fra hetten for å fortrenge hår ved hjelp av plastpinsett (se figur 2B).

Figure 2
Figur 2. Kortdistansedetektorer og verktøy for klargjøring av fNIRS cap. (A) Kortdistansedetektorprober og gummibuffere som skal festes til fNIRS-hetten over frontale områder der det er minimalt med hår. (B) Fra venstre til høyre: Kabelarrangører for å ordne de optiske fibrene i bunter, MR-sikre applikatorer for å skyve bort håret under optodeplassering, og plastpinsett for å fjerne optodes fra hetten om nødvendig under NIRS cap-oppsett for å fortrenge hår. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3. 3D Structure sensor digitizer og fNIRS cap plassering. (A) Eksperimenter som bruker digitaliseringen av 3D-struktursensoren til å lage en 3D-modell av deltakerens hode. Grønne klistremerker brukes til å identifisere fiducial steder. (B) Optiske fibre satt inn i fNIRS-hetten på en deltakers hode og arrangert i bunter ved hjelp av kabelarrangører før signalkalibrering. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

4. Oppsett av deltaker

MERK: Følgende trinn utføres i MR-skannerrommet. Bruk av respirasjonsbelte og pulsoksymeter er valgfritt og trengs bare hvis forskere er interessert i å regressere ut disse signalene fra fNIRS data22. Protokollen bruker et åndedrettsbelte, som er en del av åndedrettsenheten for oppkjøp av respiratorisk amplitude ved hjelp av et fastholdelsesbelte. På samme måte består den fysiologiske pulsenheten av en optisk pletysmografisensor som tillater oppkjøp av hjerterytmen.

  1. Forsikre deg om at den 20-kanals hodespolen er plassert i skanneren. Hvis du bruker en fNIRS-matrise med hele hodet, vil 32- og 64-kanals hodespoler være for stramme for voksne deltakere.
  2. Plasser en skumpute inne i bunnen av MR-hodespolen for å støtte baksiden av deltakerens hode (se figur 4A).
  3. Be deltakeren om å legge seg sakte og forsiktig slik at bevegelsen ikke beveger hetten eller trekker i de optiske fibrene. Juster de optiske fiberbuntene etter behov for å la deltakerens hode hvile komfortabelt i hodespolen (se figur 4B). Det kan hende skannerbordet må heves i løpet av dette trinnet, avhengig av hvor kablene er plassert fra bølgeføringen.
  4. Legg en pute under deltakerens ben for å sikre at deltakeren er komfortabel. Plasser åndedrettsbeltet rundt deltakerens midje.
  5. Be deltakeren om å plassere de støyreduserende hodetelefonene rundt ørene, og vær oppmerksom på å ikke forstyrre plasseringen av fNIRS-sonden. For å forhindre at hodetelefonene glir, bruk MR-sikre pads på hver side av hodet mellom hodetelefonene og innsiden av hodespolen. Et putetrekk kan brukes til å forhindre at hodetelefonene kommer i kontakt med hodespolen.
  6. Plasser pulsoksymeteret på motivets pekefinger på den ikke-dominerende hånden. Hvis du bruker en knappeboks for eksperimentelle oppgaver, be deltakeren om å holde den med sin dominerende hånd. Gi deltakeren instruksjoner om hvordan knappeboksen skal brukes.
  7. Plasser klemmeballen eller knappealarmen på motivets ikke-dominerende hånd og instruer deltakeren hvordan den skal brukes. Test alarmen ved å be deltakeren om å trykke på den.
  8. Skyv deltakeren noen centimeter inn i skannerboringen for å justere hodet. Plasser den øverste delen av hodespolen. Sett deretter mikrofonen og speilet inn i de tilsvarende spoleinnsatsene.
  9. Skyv deltakeren sakte inn i skannerboringen mens du holder de optiske fibrene. Denne prosessen vil kreve to personer, som vil være plassert på hver side av skannerbordet. Forsikre deg om at de optiske fibrene føres forsiktig inn i skannerboringen for å unngå å trekke i optodene eller klemme fibrene mellom hodespolen og skannerboringen.
  10. Etter å ha bekreftet med deltakeren at de er klare for skanneøkten, gå tilbake til kontrollrommet og bekreft via intercom-lyd at deltakeren kan høre eksperimentøren og eksperimentøren kan høre deltakeren.

Figure 4
Figur 4. Deltaker satt opp i MR-skanneren. (A) Puter inne i MR-hodespolen som brukes til å støtte deltakerens hode og optiske fibre arrangert i bunter før deltakeren setter opp. (B) Deltaker som ligger på skannersengen med fNIRS-hetten klar for testing. Toppen av hodespolen er ennå ikke plassert over deltakerens ansikt. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

5. Oppsett av skanner og fNIRS utstyr før signalopptak

  1. På skannercomputeren velger du relevante strukturelle og funksjonelle sekvenser for studien. Når du beregner en følsomhetslysmodell av fNIRS-dataene, samler du både T1w- og T2w-bilder for å oppnå den beste vevskontrastoppløsningen.
  2. Kontroller lokalisatoren for å bekrefte en god hodeposisjon i skannerboringen. Kontroller at full hjernedekning er oppnådd fra toppen av hodet til lillehjernen.
  3. Bekreft med deltakeren at dataskjermen er synlig via hodespiralspeilet.
  4. Kjør den første strukturelle skanningen. Parallelt kjører du en ny kalibreringstest av fNIRS-optodene for å sjekke om deltakeroppsettet påvirket signalstyrken til noen av kanalene.
  5. Etter å ha kjørt den første strukturelle MR-skanningen, samle gradientekkofeltkartsekvensene og kalibrer de støyreduserende hodetelefonene for å sikre at hodetelefonene vil kunne levere auditiv stimuli til deltakeren, samt blokkere omgivelsesstøy.
    MERK: Noen deltakere kan trenge at hodetelefonene justeres. Hvis dette er tilfelle, gå inn i skannerrommet igjen og juster polstringen rundt hodetelefonene, og vær oppmerksom på å ikke forstyrre plasseringen av fNIRS-sonden. Kjør en annen localizer, gradient ekko felt kart sekvenser og kalibrering test av fNIRS optodes før du fortsetter.

6. Samtidig signalopptak

  1. Sjekk med deltakeren via intercom for å sikre at de er komfortable og gjør det OK. Gi instruksjonene for oppgaven og minn deltakerne på å holde hodet og kroppen i ro.
  2. Gi følgende instruksjoner, spesifikke for den blinkende sjakkbrettoppgaven (figur 5).
    1. I denne oppgaven, instruer deltakeren til alltid å se på midten av skjermen som er foran dem (via speilet). Noen ganger vil skjermen vise et sjakkbrett med fliser som flimrer ved forskjellige frekvenser. Andre ganger vil deltakeren se en hvit sirkel midt på skjermen.
    2. Når den hvite sirkelen vises på skjermen, ber du deltakeren om å trykke på knappeboksen med pekefingeren. Etter knappetrykket blir sirkelen rød.
    3. Denne oppgaven bruker en vekslende blokkutforming. La deltakerne fullføre et enkelt løp på 6 min, som inkluderer 11 blinkende sjakkbrettblokker på 10 s hver og 11 sirkelblokker på 20 s hver.
  3. Begynn fNIRS dataopptak på fNIRS-datamaskinen og start oppgaver på stimuluspresentasjonsdatamaskinen. Skriptet for eksperimentoppgavene vises som oppgaveinstruksjoner.
  4. Start den første funksjonelle kjøringen. Når skanneren sender den første TTL-pulsen, vil dette vises som et utløsersignal på NIRStar-programvarens dataregistreringsskjerm. Denne første pulsen vil også starte den eksperimentelle oppgaven.
  5. Overvåk deltakernes ytelse og bevegelse gjennom alle oppgaver. I noen tilfeller, spesielt når du bruker en helhodet optode array og liten størrelse caps, kan noen deltakere oppleve noe ubehag når du bruker hetten. Det er viktig å alltid overvåke deltakerens komfort.
    1. Gi om nødvendig en pause for deltakeren midt i økten. I løpet av denne pausen, hvis deltakerne trenger å sitte opp, samle en lokalisator og kjøre gradientekkofeltkartsekvensene, hodetelefonkalibrering og fNIRS-testkalibrering igjen før de fortsetter. Dette trinnet er vanligvis ikke nødvendig når du tester unge voksne i skanneren hvis de nøyaktige trinnene i den nåværende protokollen følges.
  6. Under datainnsamlingen, ta notater om økten (f.eks. cap størrelse, tid på dagen, optodes som ikke var godt kalibrert, eller noe uvanlig).
  7. På slutten av alle funksjonelle løp, slutte å samle fNIRS data. Kjør en ny strukturell skanning om nødvendig.

Figure 5
Figur 5. Blinkende sjakkbrettparadigme som eksperimentell oppgave. Deltakerne så på et svart-hvitt sjakkbrettmønster med hvite firkanter som blinket åtte ganger per sekund som vekslet med en grå skjerm som viste en hvit sirkel. Som en oppmerksomhetskontroll ble deltakerne bedt om å trykke på en knapp med høyre hånd når de så en hvit sirkel vises midt på skjermen. Når du trykker på knappen, blir sirkelen rød. Oppgaven ble fullført i en enkelt kjøring bestående av 22 blokker totalt: 11 blinkende sjakkbrettblokker og 11 inter-trial-perioder. Blinkende sjakkbrettperioder varte i 10 s og inter-prøveperioder varte i 20 s. Dermed skjedde utbruddet av det blinkende sjakkbrettet hver 30 s (0, 033 Hz). Skjermer ble generert av PsychoPy v2021.2.4 og projisert på det bakovervendte speilet på toppen av hodespolen via et 1080p DLP-projeksjonssystem. Deltakerne fullførte ett løp av denne oppgaven (~6 min). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

7. Opprydding og datalagring etter eksperimentet

  1. Bruk den motoriserte skannersengen til sakte å fjerne deltakeren fra boringen av skanneren, vær forsiktig så du ikke klemmer noen av de optiske fibrene. Fjern toppen av hodespolen og få deltakeren til å sitte sakte opp.
  2. Fjern fNIRS-hetten fra deltakerens hode og fjern hver optode fra de respektive tetningene. Håret setter seg ofte fast i tetningene selv etter at optodene er fjernet, så be deltakerne om å fjerne hetten sakte og forsiktig.
  3. Noen grommets kan løsne i uncapping-prosessen. Sørg for å finne alle grommet-delene og erstatt alle som mangler før neste deltakers skanneøkt.
  4. La deltakerne gli av skannersengen, takke dem for tiden og gi økonomisk kompensasjon, hvis aktuelt.
  5. Sørg for at oppgavelogger, fNIRS og fMRI-data lagres og sikkerhetskopieres. Desinfiser hetten med en sprayrengjøringsløsning, som anbefalt av fNIRS-leverandøren, og tørk av optodespissene med plast- og gummisikre alkoholservietter.

8. forbehandling av fMRI-data

MERK: FMRI-dataene ble forhåndsbehandlet etter de minimale forbehandlingsrørledningene fra Human Connectome Project23 ved hjelp av QuNex24, en programvarepakke med åpen kildekode som støtter dataorganisering, forhåndsbehandling, kvalitetssikring og analyser på tvers av neuroimaging-modaliteter. Detaljert dokumentasjon om de spesifikke innstillingene og parametrene for hvert av trinnene som er uthevet nedenfor, finner du på QuNex-nettstedet på https://qunex.yale.edu/. Hovedtrinn og parametere som brukes til å behandle dataene presenteres nedenfor.

  1. Forbehandle de strukturelle dataene
    1. PreFreeSurfer-rørledningen. Utfør følgende trinn: Gradient forvrengningskorreksjon, justering av gjentatte kjøringer av T1w og T2w bilder med en 6 grad av frihet (DOF) stiv kropp transformasjon, AC-PC justering av T1w og T2w bilder til MNI plass malen, innledende hjernen utvinning, avlesning forvrengning korreksjon, kryss-modal registrering av T1w og T2w i native volum plass, bias felt korreksjon og MNI ikke-lineær volumregistrering.
    2. Freesurfer rørledning. Utfør følgende trinn: Ned prøve T1w til 1mm med spline-interpolering og kjør recon-all for å generere overflater med hvit substans, som inkluderer finjustering av T2w til T1w-registrering ved hjelp av Freesurfers BBRegister-algoritme (se23 for ytterligere detaljer).
    3. PostFreeSurfer-rørledningen. Utfør følgende trinn: Konverter rekognoseringsutganger til GIFTI og NIFTI i opprinnelig volumrom, generer den endelige hjernemasken og det kortikale båndvolumet, generer myelinkart og utfør opprinnelig MNI ikke-lineær volumtransformasjon.
  2. Forhåndsbehandle funksjonsdataene
    1. fMRI Volum rørledning. Utfør følgende trinn: forvrengningskorreksjon, FLIRT-basert bevegelseskorreksjon, TOPUP-basert feltkartforbehandling ved hjelp av et spinnekkofeltkart, EPI-bildeforvrengningskorreksjon og EPI til T1w-registrering, ett-trinns spline-resampling til atlasrom (MNI), intensitetsnormalisering via fjerning av skjevhetsfelt og hjernemaskering.
    2. fMRI Overflaterørledning. Utfør følgende trinn for å tilordne volumtidsseriene til en kombinert overflate og volum, gråordinatrepresentasjon lagret i CIFTI-format: fMRI-båndkonstruksjon, overflateutjevning, subkortikal behandling og generering av tette tidsserier.
    3. Forbered dristige data. Beregn kvantitativ QC-statistikk som gjenspeiler bevegelse og dens kunstige egenskaper for å identifisere dårlige rammer. Se QuNex-dokumentasjonen for de tilgjengelige alternativene for å generere kvantitativ QC-statistikk. Denne statistikken inkluderer ofte fet tidsmessig signal-til-støy og bevegelsesskrubbestatistikk, for eksempel rammeforskyvningsterskel og bildeintensitet, normalisert rotmiddelkvadrert feil (RMSE) terskel. Avhengig av de studiespesifikke kriteriene, ignorer eller interpoler de identifiserte problematiske rammene.
    4. Trekk ut plagsomt signal. Trekk ut plagsomme signaler fra hjerneventrikler, hvit substans og grå substans for å utføre plagsom signalregresjon i påfølgende trinn.

9. fNIRS data forbehandling

MERK: fNIRS-dataene ble analysert etter beste praksis i fNIRS dataanalyse25 ved hjelp av NeuroDOT26, et åpen kildekode-miljø for analyse av optiske data fra rå lysnivåer på voxel-nivå kart over hjernefunksjon, som er medregistrert til anatomien til en bestemt deltaker eller et atlas. Alle trinnene beskrevet nedenfor kan utføres med NeuroDOT. Ytterligere dokumentasjon om de spesifikke innstillingene og parametrene for hvert av trinnene som er uthevet nedenfor, finner du i veiledningene og skriptene på https://github.com/WUSTL-ORL/NeuroDOT_Beta. Til slutt krever optode-til-hodebunnsregistrering å skaffe fNIRS optodekoordinatene i forhold til det underliggende hjernevevet, som kan gjøres ved hjelp av en 3D-digitalisator eller vitamin E-kapsler som fiducials hvis tilgjengelig. Begge metodene er beskrevet i denne delen, og referanser til de relevante programvarepakkene er gitt.

  1. Generering av et fagspesifikt hodenett og opprettelse av lysmodellen
    1. Segmenter T1w-bildet i de relevante vevstypene for å lage en segmentert hodemodell: hodebunn, hodeskalle, cerebrospinalvæske (CSF), grå substans og hvit substans. Bruk både T1w- og T2w-bilder, hvis tilgjengelig, siden hver av dem bidrar med utfyllende informasjon om de relevante vevstypene.
      MERK: Dette trinnet utføres i den nåværende protokollen med NeuroDOTs funksjon "Segment5R_fs", som tar som inngangsinformasjon fra Freesurfers volumetriske segmentering28. Andre ofte tilgjengelige programvarepakker for segmentering av hjernevev er SPM29 og AFNI30.
    2. Generer et hodenett fra den segmenterte hodemodellen ved hjelp av Mimics-programvarepakken via NeuroDOT. Hvis en 3D-digitaliserer brukes til å plassere optodeplasseringene på hodemodellen, følger du Fieldtrip-anbefalingene for optodelokalisering31. Alternativt, hvis vitamin E-kapsler brukes som fiducials for identifisering av koordinater for kildedetektorpar, identifiser manuelt posisjonene til kildene og detektorene i T1w-bildet (se32 for et eksempel).
    3. Plasser kilde- og detektorplasseringene oppnådd via 3D-digitalisatoren eller vitamin E-kapslene på de relevante stedene på nettet ved hjelp av NeuroDOT.
    4. Angi følgende parametere for å beregne sensitivitetsmatrisen for den emnespesifikke hodemodellen ved hjelp av NIRFAST-programvarepakken via NeuroDOT: voxelation oppløsning: 2; region etiketter: CSF, hvit, grå, bein, hud; absorpsjonskoeffisienter for regioner: CSF [0,004, 0,004], hvit [0,0167, 0,0208]; grå [0,018 0,0192], bein [0,0116, 0,0139], hud [0,74, 0,64]; spredningskoeffisienter for regioner: CSF [0,3, 0,3], hvit [1,1908, 1,0107]; grå [0,8359, 0,6726], ben [0,94, 0,84], hud [0,64, 0,74], brytningsindeks for regioner: CSF [1,4, 1,4], hvit [1,4, 1,4]; grå [1.4, 1.4], bein [1.4, 1.4], hud [1.4, 1.4].
      MERK: Protokollen bruker programvarepakken NIRFAST (versjon 9.1)33,34, som bruker en endelig-element fremoverlysmodell basert på diffusjonstilnærmingen til strålingstransportligningen. For å beregne lysmodellen baserer NIRFAST seg på tre typer informasjon: i) vevsgrenseformen, ii) den interne fordelingen av baseline optiske egenskaper og iii) plasseringen av kilder og detektorer på overflaten (se 35,36 for ytterligere detaljer). Monte Carlo-metoder kan brukes som et alternativ til å beregne løsninger på diffusjonsligningen for forskjellige vevstyper37,38.
    5. Visualiser et eksempel på målingens sensitivitet som en kvalitativ vurdering.
  2. Bearbeiding av rådata fra kildedetektormålingene
    1. Vis gjennomsnittlig lysnivå for hver kilde og detektor i en 2D-representasjon av bildematrisen. Fjern kildedetektorpar med større enn 7,5 % tidsmessig standardavvik36. Hvis dataene er innhentet med en bildefrekvens på minst 3 Hz, bruk hjerteeffektterskelen til å avvise kildedetektorparmålinger, siden god optode-hodebunnskobling vil vise egenskaper som er konsistente med pulsfrekvensen (~1 Hz).
    2. Fjern trenden for dataene for å fjerne den lineære trenden i hver måling. Høypassfilter (0,02 Hz cutoff) dataene for å fjerne lavfrekvent drift. I stedet for filtrering er et alternativ å legge til en driftfaktor i GLM som en regressor.
    3. Lavpassfilter (1 Hz) dataene for å fjerne hjertesvingninger.
    4. Beregn det globale overfladiske signalet ved å beregne gjennomsnittet av alle 8 mm kildedetektorparmålinger. Bruk kortdistansemålinger som et estimat av systemiske ikke-kortikale fysiologiske signaler da de primært prøver hodebunn og hodeskalle.
    5. Regress ut det globale signalet fra alle målinger39.
    6. Lavpassfilter dataene (0,5 Hz cutoff) for ytterligere å fokusere de gjenværende dataene rundt frekvensen av stimulansen og ned-sample dataene til 1 Hz 40,41,42 for å redusere beregningsbelastningen.
    7. Implementere bevegelsessensur ved hjelp av den globale variansen av tidsderiverte (GVTD) tidsforløp43. GVTD beregnes som rotmiddelkvadratet av de temporale derivatene over et sett med målinger eller voxels43. Implementer bevegelsessensurering eller -skrubbing ved å ekskludere tidspunktene som overskrider GVTD-støyterskelen.
  3. Rekonstruere lysmodellen og forhåndsprosesserte data til et funksjonelt neuroimaging volum
    1. Rekonstruer relative endringer i absorpsjon ved 785 nm og 830 nm basert på en regularisert inversjon av sensitivitetsmatrisen ved bruk av Tikhonov-regularisering og romlig variantregularisering44.
    2. Beregne relative endringer i hemoglobinkonsentrasjon via en spektral dekomponering av bølgelengdeavhengige absorpsjonsdata44,45.

10. fMRI/fNIRS oppgavefremkalte dataanalyser

  1. Kjør enkeltøkt GLM-analyse på første nivå (HRF-modellering, regresjon av fysiologiske signaler, inkludert kortdistanse fNIRS-målinger) for å vurdere hvordan hjerneaktivitet relaterer seg til den statistiske hypotesen for et gitt emne.
    MERK: Et alternativ til GLM er blokkgjennomsnitt, som unngår a priori antagelser om formen på HRF. Blokkgjennomsnitt tillater imidlertid ikke modellering av relevante konfunderende faktorer i fNIRS-signalet sammen med den hemodynamiske responsen på stimulansen.
  2. Kjør gruppe- eller andrenivå GLM-analyse for å kombinere estimater på første nivå av aktivering på tvers av.
  3. Trekk ut relevante effektestimater fra de enkelte GLM-filene og kombiner dem til gruppefiler.
  4. Beregn ønsket statistikk. En veletablert pakke for å kjøre permutasjonssamplingsmetoder for både uni- og multivariate GLM-modeller for statistisk inferens er FSL PALM46.
  5. Få helhjerne GLM beta estimater.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Denne delen presenterer representative fagspesifikke svar for den blinkende sjakkbrettoppgaven for både fMRI- og fNIRS-signaler. Først er representative rå fNIRS-data og kvalitetsvurderinger vist i figur 6 og figur 7 for å illustrere muligheten for det eksperimentelle oppsettet for å måle fNIRS-signaler i MR-miljøet. Et diagram over hele hodetoptodematrisen og sensitivitetsprofilen er vist i figur 8.

Figure 6
Figur 6. Representative fNIRS tidsseriedata etter båndpassfiltrering og overfladisk signalregresjon. Venstre kolonne viser data ved 785 nm og høyre kolonne viser data ved 830 nm. (A) fNIRS datatidsserier etter bruk av båndpassfilter (høypassfiltergrense: 0,02 Hz, lavpassfiltergrense: 0,5 Hz cutoff) og global signalregresjon. Y-aksen er loggskalert for å markere rekkevidden av lysnivåer for settet med kildedetektoravstander. Vertikale linjer indikerer tidspunkter hvor en ny blokk begynner i stimulusparadigmet. Grønne linjer indikerer starten på den blinkende sjakkbrettblokken og blå linjer indikerer starten på prøveperioden. (B) Spektrum av fNIRS-signalet etter bruk av båndpassfilteret (høypassfiltergrense: 0,02 Hz, lavpassfiltergrense: 0,5 Hz avskjæring) og global signalregresjon. Frekvenser under grensefrekvensen dempes betydelig. Spekteret viser en mye sterkere topp ved stimulusfrekvensen, det vil si ved starten av de blinkende sjakkbrettblokkene (0,033 Hz), i forhold til andre frekvenser. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 7
Figur 7. fNIRS datakvalitetsvurdering for et enkelt emne. (A) Gjennomsnittlige lysnivåer for et enkelt emne over hele fNIRS-datastrømmen. Hvite og gule farger fungerer som kvalitative vurderinger av optimal kobling for hver optode. (B) Signal-støy-forhold (SNR) på tvers av målinger for et enkelt emne over hele fNIRS-datastrømmen. Hvite og gule farger indikerer god SNR. Optoder som ligger på den øvre delen av fNIRS-hetten over sensorimotoriske regioner har en tendens til å ha lavere SNR (vanligvis på grunn av tett hår eller en løstsittende hette). (C) Den tidsmessige variansen i alle 100 kildedetektorpar brukes til å evaluere og optimalisere datakvaliteten. Par med varians under 7,5 % (rød linje) beholdes for videre analyse. (D) Målinger som tilfredsstiller støyterskelen (dvs. varians over 7,5 %). For denne deltakeren anses 97% av optodene som akseptable. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 8
Figur 8. Oppsett av helhodeoptoderekke og følsomhetsprofil. (A) Optode array-oppsett med 32/30 kilder/detektorer som resulterer i 100 kanaler med helhodedekning og 30 mm separasjon og 8 kortdistansekanaler med 8 mm separasjon. (B) Sensitivitetsprofil for optodematrisen gitt de angitte parametrene for Tikhonov-regularisering (0,01, 0,1). Enhet representerer prosent av det flate feltet. Områder med høy konfidensverdi har vanligvis en flat feltverdi høyere enn ~0,5%-1% Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Etter dataforbehandling ble fNIRS- og fMRI-responser for den blinkende sjakkbrettoppgaven estimert ved hjelp av et standard rammeverk for generell lineær modell (GLM). Designmatrisen ble konstruert ved hjelp av utbrudd og varighet av hver stimuluspresentasjon som var innviklet med en kanonisk HRF. For fNIRS vises delta-HbO-resultatene gitt at oksyhemoglobinsignalet (ΔHbO) viser et høyere kontrast-støy-forhold sammenlignet med deoksyhemoglobin (ΔHbR) eller totalt hemoglobin (ΔHbT) 44,47. Subjektnivå fNIRS data viser økt aktivering i bilaterale visuelle cortex områder under blinkende sjakkbrettblokker sammenlignet med inter-trial perioder. Tidsspor av hjerneaktivitet i visuell cortex viser en økning av HbO-signal under presentasjonen av det blinkende sjakkbrettet og en reduksjon i perioder mellom prøveperioder (figur 9A). Denne hemodynamiske økningen som respons på blinkende sjakkbrettperioder observeres ikke i et ikke-relatert hjerneområde (figur 9B). Som forventet viser visualisering av HbO-dataene under den blinkende sjakkbrettperioden bilateral aktivering i visuelle cortex-områder (figur 9C).

Figure 9
Figur 9. Tidsspor av fNIRS HbO-responser under det eksperimentelle paradigmet. Tidsspor vises for (A) aktivitet i visuell cortex under en blinkende sjakkbrettblokk, (B) aktivitet i synsbarkområdet mellom blinkende sjakkbrettblokker, og (C) aktivitet i et ikke-relatert hjerneområde under en blinkende sjakkbrettblokk. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 10
Figur 10. Representative enkeltemne fNIRS HbO-svar i den blinkende sjakkbrettperioden. Kart over blokkgjennomsnittdata (HbO) fra starten av det blinkende sjakkbrettet vist for tre emner. Data inkluderer 10 s blinkende sjakkbrettperiode og 5 s etter for å vurdere hjerneaktivering som respons på stimulansen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

FMRI-data på subjektnivå viser større fet signalrespons i primær og sekundær visuell cortex under de blinkende sjakkbrettperiodene i forhold til periodene mellom forsøkene (figur 11A). På subkortikalt nivå observeres økt aktivering i thalamusens laterale genikulære kjerne (LGN), noe som forventes siden LGN mottar visuell inngang fra netthinnen (figur 11B).

Figure 11
Figur 11. Representative enkeltemne fMRI-aktiveringsestimater i løpet av den blinkende sjakkbrettperioden. (øverste rad) Aktiveringsestimater (beta) for tre personer hentet fra statistisk analyse på første nivå og viser bilateralt engasjement av primære og sekundære visuelle cortexområder i løpet av den blinkende sjakkbrettperioden. (nederste rad) Subkortikale aktiveringsestimater som viser engasjement av lateral geniculate nucleus (LGN) i løpet av den blinkende sjakkbrettperioden, som fungerer som en kvalitativ vurdering av at fMRI-dataene samles inn som forventet med 20-kanals hodespole. Den røde pilen peker på plasseringen av LGN på hjernekartet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Samlet illustrerer disse resultatene at det er mulig å implementere dagens protokoll for å samle inn samtidige fMRI- og fNIRS-signaler med en voksen populasjon. Protokollen tillater totalt 40 min skanningstid og gir full hodedekning av fNIRS-dataene. Vi har diskutert datainnsamling med et visuelt blinkende sjakkbrettparadigme, men protokollen er også anvendelig for andre eksperimentelle paradigmer. Vi anbefaler å vurdere sensitivitetsprofilen til fNIRS-arrayet på forhånd for å sikre maksimal sensitivitet på tvers av relevante kanaler til de underliggende kortikale interesseområdene.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne protokollen for samtidig datainnsamling av fMRI- og fNIRS-signaler bruker en fNIRS optodearray med hele hodet og kortdistansekanaler for å måle og regredere ut de systemiske ikke-kortikale fysiologiske signalene. Kritiske trinn i denne protokollen inkluderer modifikasjon og utvikling av fNIRS-utstyret for innsamling av fNIRS-signaler i MR-miljøet. Så vidt vi vet, er det ikke noe nøkkelferdig kommersielt system som er fullt optimalisert for å fange samtidige fMRI- og fNIRS-målinger ved hjelp av en fNIRS-matrise med hele hodet. Den nåværende protokollen adresserer dette gapet og vil være spesielt relevant for de forskerne som er interessert i en helhodesammenligning av de to signalene, selv om den lett kan modifiseres for studier som undersøker bestemte regioner av interesse.

Protokollen skisserer i detalj viktige modifikasjoner på fNIRS-utstyret, inkludert fNIRS cap-forberedelse med innsatser for å lagre vitamin E-kapsler, hetteforbedringer for å øke komforten i frontale områder og justerbarhet på baksiden av hodet, og en skreddersydd MR-sikker bro for å bringe fNIRS optiske fibre på skannerbordet. En av hovedutfordringene når man gjennomfører en samtidig fMRI/fNIRS-studie er å sikre at oppsettet gjør at deltakerne kan hvile komfortabelt i skanneren. Det nåværende oppsettet med voksne tillater skanneøkter i gjennomsnitt ca. 40 minutter, som inkluderer både funksjonelle og strukturelle skanninger. Hvor lenge deltakerne kan hvile komfortabelt i skanneren, bestemmes først og fremst av hvilken type optoder som følger med fNIRS-systemet. Den nåværende protokollen bruker et NIRx NIRScout XP-system som har lavprofil optodes med en flat overflate, noe som gjør at de fleste voksne kan hvile komfortabelt i skanneren for hele varigheten av studien. Til slutt inkluderer protokollen også trinn for tidsmessig justering av de to datastrømmene via triggersynkronisering på tvers av modaliteter, fNIRS cap-plassering, deltakeroppsett og signalopptak.

Begrensninger og potensielle utfordringer
Det kan være nødvendig å endre protokollen for å passe til spesifikasjonene til det tilgjengelige fNIRS-instrumentet. Et viktig første skritt er å sjekke med fNIRS-leverandøren for å sikre at optodene og optiske fibrene er egnet for datainnsamling i MR-miljøet. fNIRS-systemer vil sannsynligvis variere med hensyn til type caps og optoder. Godt tilpassede lokk og lavprofil optoder med flat overflate anbefales. Alternativt har tidligere arbeid beskrevet bruk av skreddersydde støttesystemer for å unngå å legge press på fNIRS optodes32.

Et annet aspekt som sannsynligvis vil variere mellom fNIRS-enheter, er utløsersystemet som er tilgjengelig for signalsynkronisering på tvers av modaliteter. Den nåværende protokollen bruker en parallellportreplikatorboks for å motta TTL-pulsene fra skanneren og sende utløsere til fNIRS-anskaffelsesprogramvaren. Gitt at dette er et viktig skritt for å sikre synkronisering på tvers av modaliteter, bør forskeren konsultere sin fNIRS-leverandør om det anbefalte systemet for signalsynkronisering.

Til slutt bruker den nåværende protokollen 8 kortdistansekanaler, som for øyeblikket bare er tilgjengelige for et begrenset antall fNIRS-systemer. Hvis kortdistansekanaler ikke er tilgjengelige, er et alternativ å implementere noen av de nyere analytiske tilnærmingene for identifisering og fjerning av det systemiske fysiologiske signalet 18,25,48,49,50,51. For en nylig kvantitativ sammenligning av tilgjengelige korreksjonsteknikker, se52.

Anvendelser av protokollen for testing av utviklingsmessige og kliniske populasjoner
Protokollen kan modifiseres for datainnsamling av fMRI- og fNIRS-signaler med utviklings- og kliniske populasjoner. Potensielle justeringer som er nødvendige for disse populasjonene, inkluderer cap-størrelser (siden capsene er alders- og hodestørrelsesspesifikke), tillegg av en treningsøkt for å gjøre deltakeren kjent med skannermiljøet, og inkludering av kortere skanneøkter - som alle er spesielt relevante når du tester spedbarn og små barn. Videre er fordelene ved å bruke kortdistansekanaler hos spedbarn og små barn fortsatt uklare53, selv om tidligere studier har vist at 10 mm avstandskanaler ser ut til å fange ekstracerebral hemodynamikk hos spedbarn53,54. Monte Carlo-simuleringer av fotontransport indikerer at forskjellige optimale kildedetektoravstander er nødvendig for korte separasjonskanaler hos voksne og nyfødte som en funksjon av alder og optodeplassering i hodebunnen55. Imidlertid er det behov for ytterligere forskning for å skape standardiserte tilnærminger for å utføre kort separasjonsregresjon hos spedbarn og små barn. Til slutt må studier som er avhengige av auditiv stimuli av god kvalitet, nøye vurdere de tilgjengelige systemene for levering av lyd i MR-skanneren. Aktive støyreduserende hodetelefoner som for tiden brukes hos voksne, kan lett bli forskjøvet på grunn av hodebevegelser når de brukes med våkne spedbarn og småbarn. I slike tilfeller bør spedbarnsspesifikke hodetelefoner brukes. Alternativt kan spedbarn delta i en treningsøkt før skanningen for å minimere hodebevegelse, selv om dette alternativet kanskje bare fungerer for eldre spedbarn.

Konklusjon
Protokollen tillater samtidig datainnsamling av fMRI- og fNIRS-signaler. I motsetning til tilgjengelige metoder implementerer den en fNIRS-array med hele hodet og inkluderer kortdistansekanalmålinger. Videre beskrives to ulike metoder for optode-til-hodebunn samregistrering av fNIRS signaler: i) vitamin E kapsler festet til hver optode på fNIRS caps og ii) en 3D struktursensor som muliggjør digitalisering av optode plasseringer med hensyn til fiducial markører på hodet. Den nåværende protokollen kan enkelt tilpasses for å samle inn data fra bestemte interesseområder og på tvers av en rekke eksperimentelle paradigmer. Selv om den nåværende protokollen er testet med unge voksne, er det også gitt forslag til hvordan man kan tilpasse den til bruk med utviklings- og kliniske populasjoner. Denne protokollen vil være spesielt relevant for de som er interessert i å validere fNIRS områdenivåaktiveringer og funksjonell tilkobling mot fMRI over hele levetiden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Publiseringsavgifter for denne artikkelen er sponset av NIRx. Forfatterne har ikke noe annet å avsløre.

Acknowledgments

Denne forskningen ble støttet av følgende finansieringskilder: Et NARSAD Young Investigator Award Grant fra Brain and Behavior Research Foundation (Grant #29736) (SSA), et Global Grand Challenges Grant fra Bill og Melinda Gates Foundation (Grant #INV-005792) (RNA) og et Discovery Fund Grant fra Department of Psychology ved Yale University (RNA). Forfatterne ønsker også å anerkjenne Richard Watts (Yale Brain Imaging Center) for hans støtte under datainnsamling og Adam Eggebrecht, Ari Segel og Emma Speh (Washington University i St. Louis) for deres hjelp i 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 Methodology Cerebral Blood Oxygenation Functional Brain Activation Area-level Activations Functional Connectivity Whole-head FNIRS dekning kortdistansemålinger Optode-til-hodebunnen Co-registrering
Samtidig datainnsamling av fMRI- og fNIRS-målinger ved bruk av en helhodeoptoderekke og kortdistansekanaler
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