Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Yakın Kızılötesi Spektroskopisi ile bebekler, Çocuk ve Yetişkin Bilişsel Fonksiyonları keşfetmek

19.4K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/1268

⸱

28 Temmuz 2009

 ,  ,  , 
1Department of Psychology, University of Michigan, Ann Arbor, 2Department of Psychology, University of Toronto Scarborough

Bu makalede

Özet

Burada Near Infrared Spektroskopisi (fNIRS), bilişsel sinirbilim kullanılan non-invaziv bir roman beyin görüntüleme sistemi, özellikle çocuğun beyin gelişimi eğitim işlevsel bir veri toplama ve analiz yöntemi açıklar. Bu yöntem, veri toplama ve verilerin yorumlanması ve bilimsel keşif için hayati analiz evrensel bir standart sağlar.

Özet

Fonksiyonel Infrared Spektroskopisi (fNIRS) gibi dil 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, bellek 11 gibi yüksek bilişsel süreçleri ile ilgili kortikal aktivasyon araştıran çalışmalar ve dikkat 12 civarında bir patlama devam içeren dünya çapında yetişkinler, çocuklar ve bebekler 3,4,13,14,15,16,17,18,19 tipik ve atipik biliş 20,21,22. Bilişsel sinirbilim fNIRS kullanarak çağdaş meydan onlar 23,24,25,26 evrensel olarak yorumlanabilir, ve böylece fonksiyonel organizasyon ve insan yüksek biliş altında yatan sinir sistemleri ile ilgili önemli bilimsel soruları önceden bu tür verilerin sistematik analizler elde etmektir.

Mevcut beyin görüntüleme teknolojileri, zamansal ve mekansal çözünürlükte ya da daha az güçlü. , Pozitron Emisyon Tomografi ve fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme (PET ve fMRI) iyi mekansal çözünürlüğe sahip ise Olaylarla İlgili Potansiyeller ve Magneto Ensefalografi (ERP ve MEG), mükemmel zamansal çözünürlüğe sahip. Oksi-hemoglobin tercihen 680 nm ve deoksi-hemoglobin tarafından emilir yakın-kızılötesi aralığı (700-1000 nm), non-iyonize dalga boylarında ışık kullanarak tercihen 830 nm (örneğin, gerçekten, çok dalga boylarını içine kablolu tarafından emilir Burada gösterilen fNIRS Hitachi ETG-400 sistemi) de iyi temporal çözünürlük (~ 5 saniye), radyasyon ve iyi uzaysal çözünürlük (~ 4 cm derinlik) kullanmadan, çünkü, fNIRS yüksek biliş çalışmaları için uygundur katılımcıların kapalı bir yapısı 27,28 olması gerekir. Sıradan bir sandalye (yetişkinler, çocuklar) rahatça oturarak veya hatta anne s tur (bebeklerde) otururken Katılımcılar kortikal aktivite tespit edilebilir. Özellikle, NIRS neredeyse sessiz, (bir masaüstü bilgisayar boyutunda) benzersiz taşınabilir ve katılımcılar ince hareketi tolere edebilir. Bu, mutlaka onun anahtar bileşenleri işaret dili konuşma üretim veya eller ağız hareketi biri olarak insan dili, sinir çalışması için, özellikle göz alıcı.

Hemodinamik yanıt lokalize olduğu yolu lazer üreten ve dedektörleri bir dizi. Dedektörleri geri kortikal yüzeyinden yansıyan miktarını tespit ederken Yayıcılar bilinen bir yoğunluk non-iyonize ışık yayarlar. Optodes birbirine yaklaştırır, daha fazla uzaysal çözünürlüğü daha ayrı optodes ise, daha derin penetrasyon. FNIRS Hitachi ETG-4000 sisteminin optimum penetrasyon / çözünürlük optode dizi 2cm.

Amacımız alanında standartlaştırmak yardımcı olmak ve ortak bir arka plana sahip, dünya çapında farklı fNIRS laboratuvarları etkinleştirmek için fNIRS veri edinme ve analiz yöntemi ortaya koymaktır.

Protokol

Bölüm 1: katılımcıya önce laboratuara gelen

  1. Oda katılımcıya rahatsız edici olabilir gereksiz makaleler ücretsiz olduğundan emin olun.
  2. Set-up ve deneysel protokol fNIRS Hitachi ETG-4000 sistem üzerinde yük.
  3. Deneysel paradigma set-up. Deneysel paradigmalar Eprime, Tanıtım, Psyscope veya bir Matlab tabanlı psikoloji araç kutusu dahil olmak üzere farklı sunum yazılımı ile programlanmış olabilir. Burada Matlab tabanlı psikoloji araç kutusu kullanın.
  4. Zamanlama veri analizi için önemli olan, bu nedenle deneysel paradigma veri toplama ile mükemmel zamanlanmış olmalıdır. FNIRS Hitachi ETG-4000, veri toplama ya da tam tersi tetiklemek için deneysel paradigma için izin yetenekleri tetikleme. FNIRS Hitachi ETG-4000 sunum programı tetikleme sınayın. Tetikleme, paralel dizi kullanarak veya USB portları yapılması olabilir. Burada paralel port üzerinden tetikleme göstermektedir.
  5. FNIRS çalışmaya başlamadan önce katılımcı arka plan tarama yapmak için önemlidir. Petitto laboratuvarda, katılımcı ya da ebeveynleri çalışmaya uygun standart anketlerle 29 doldurunuz sahip arka plan tarama yapıyoruz.

Katılımcı Geldi

  1. Oturumu yürütmek ve profesyonel bir şekilde katılımcılara tedavi için önemlidir. Katılımcı veya katılımcıların ebeveynleri / yasal vasiler, deney başlamadan önce bir onay formu imzalamanız gerekir. Bu önemli ve heyecan verici bu deneylerde onların zaman katılımcı teşekkür etmek hayati önem taşımaktadır.
  2. Katılımcı fNIRS test odasına rahat yakın oturmuştur. Bir bebek katılımcı, bir ebeveynin kucağında oturmuş olabilir.

Bölüm 2: Optodes yerleştirilmesi ve 10-20 sistemini kullanarak

Analiz yöntemi, tutarlı bir veri yorumlama sağlayan diğer bir bileşeni fNIRS kayıt protokol standardizasyon. Bu optode yerleştirme, katılımcı konumlandırma ve uyaran sunum yazılımı, tetikleme gerektirir. Probların doğru nöro-anatomik yerleşimi ve faiz (ROI) bölgeleri onay Her ikisi de, 10-20 sistemi 3,4,30 kullanılarak elde edilir . Ayrıca, prob dizi stereotaktik yerelleştirme Polhemus Fast Trak sistemi, her prob konumu 3,4 bulunan E vitamini kapsülleri ile yapılan katılımcının bir anatomik MR co-kayıt tarama üzerine 3D izleme bilgilerini çakıştırılarak katılımcının kafatası teyit edilmiştir . Optimal katılımcı konumlandırma gevşek vücut ya da sandalye ile temas etmeden asılı fiber optik, katılımcıların yerleştirerek uzanmış bir sandalyede rahat bir yer.

  1. Aşağıdaki baş ölçümleri bir mezura ile çekilen ve katılımcılara bilgi formunda yazılı:
    • Inion için nasion etrafında
    • Üstünden Inions için nasion
    • Kulak üstünden Kulak için
  2. Cerrahi bant, hedeflenen belirli yerleri işaretlemek için de kullanılabilir. Bu deneyde, Fp, T3/T4 F8/F7 işareti
  3. Optode diziler, deney amacıyla yönettiği 10-20 puanlık demirli özel optodes katılımcıların kafasına yerleştirilir.

Bölüm 4: Optode Array Test

  1. Hitachi ETG-4000 GUI Arabirimi ve prob test Giriş.
  2. Test sinyali: Once optodes katılımcılar 'kafa derisi üzerine yerleştirilir, sinyal kalitesi test edilir. Bir optode net bir sinyal yoksa, araştırmacılar optode ve kafa derisi bağlantı hafifçe saç kaldırmak. Optodes vesileyle bir alkollü bez ile silinmelidir gerekebilir.

Bölüm 5: Deney.

  1. Her zaman en az iki deneyci odasında bulunması gereken bir okuma fNIRS Hitachi ETG-4000 gerçek-zamanlı gözlemleme ve diğer katılımcı gözlemleyerek. Katılımcı odaklanmış bir video kameraya sahip yüksek post-hoc gözlemler için tavsiye edilir. FNIRS Hitachi ETG-4000 bir avantajı, video ve fNIRS sinyal senkronize ve co-kayıtlı olduğunu. Ilgili tüm bilgileri ve dosyaları içeren bir günlük tutulur.
  2. Deneysel hemodinamik paradigmalar binanın köklü bir yöntem vardır, yani tasarım ve Olay ile ilgili tasarımlar engelleyin. Son derlemede 31 daha eksiksiz bir açıklaması için bakınız.

Bölüm 6: Analiz

Bir kez tüm veri toplanan katılımcı katılmak için zaman ve istekli teşekkür etti ve laboratuar bırakır. FNIRS Hitachi ETG-4000 tarihinde yapılan analiz değildir, bunun yerine, bir analiz bilgisayara veri ihraç edilmektedir.

  1. Hemoglobin konsantrasyonları μV dönüşüm. Lazer gücünün zayıflaması (μV olarak ölçülür) toplanan ham zayıflama değerleri olarak bu değerler, oksijenli ve deoxygenated hemoglobin valu dönüştürülmesi gerekires. Bu değiştirilmiş Beer-Lambert denklemi kullanılarak yapılır.
  2. Değiştirilmiş Beer-Lambert uygulama iki adımda yapılır. Saçılma, ilk yol uzunluğu, sinyal hesaplanan bazal her dalga boyu (ΔA λ (t)) görev (görev I) sırasında ışık şiddeti optik yoğunluk karşılaştırılarak hesaplanır (zayıflama boyunca sabit olduğu varsayımı altında Ben bazal). Her dalga boyu için ΔA değerleri ve örneklenmiş bir zaman noktasında (t) değiştirilmiş Beer-Lambert denklemi çözmek için.
    Denklem 1 figure-protocol-1 Denklem 2 figure-protocol-2

λ 1 ∈ deoksi, 1 λ ∈ oksi 2 λ ∈ deoksi ve λ 2 ∈ oksi doku birim konsantrasyon mesafe başına emilimini kaybetti ışık kısmını ölçmek yok katsayıları için sabitlerdir. Çıkan C deoksi ve C oksi değerleri her t deoxygenated ve oksijenli hemoglobin konsantrasyonları.

Bölüm 7: Temsilci Sonuçlar

Birçok farklı özellikleri tipik hemodinamik yanıtı sonuçları. Oksi-hemoglobin yanıt olarak, karakteristik bir daldırma vardır. Bu dalış, nöronların bir bölge aktive eder ve mevcut oksijeni tüketir oluşur. Kan akımı arttıkça, oksijenli hemoglobin taşıyan, oksi-hemoglobin yanıtı istikrarlı bir devlet düzeyinde ilk başlangıç ​​seviyesinin üstünde hızla yükselir. Bölgede artık aktive edilirken, Oksi-hemoglobin sonraki 12-15 saniye içinde yanıt bozunur ve yavaşça bazal düzeylere geri düşer. Ilk başlangıç ​​seviyelerine geri dönen hemodinamik yanıt öncesinde gerçekleştirilen bir inişte bazen yoktur.

Kötü sonuçlar, düzgün bir kafa derisi veya aşırı hareketlilik üzerine oturtulmuş optodes form genellikle. Mikrovolt değerleri doyurabilecek ve farklı kanalların bir numarası, oksi-ve deoksi-yanıt koordineli bir biçimde hareket olarak sinyal gürültü Bu tür 'Flatling' denilen belirgindir.

GÖSTERİ: fiber optik Çalkalamalı.

İstatistiksel Analizler: Her katılımcı için ve her görev için her kanal için çıkarılan oksi ve deoksi-hemoglobin değerleri, sonra t-testleri, ANOVAs, korelasyon vb dahil olmak üzere, geleneksel istatistiksel analiz sunulacaktır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu çalışmada, insan biliş ve algı ile ilgili olarak, insan beyin fonksiyonu araştırmak için bir roman, non-invaziv fNIRS beyin görüntüleme teknolojisi kullanımı gösterdi. fNIRS beyin görüntüleme, özellikle klinisyenlerin temel bilimsel bulguları uygulamak için izin bebek ve çocuk bir gün araştırma laboratuarlarında yaygın olarak bulunabilir popülasyonları, doktor muayenehanesi ve okul sistemleri, non-invaziv beyin görüntüleme geleceği temsil edebilir klinik uygulamada beyin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların beyan edilecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Teşekkürler

Bu çalışma LAP (PI) hibeleri tarafından desteklenen:

Ulusal Sağlık R21 HD50558 Enstitüleri, 2005-07 ödüllendirildi; Ulusal

Sağlık R01 HD045822 Enstitüleri, 2004-09 ödüllendirildi; Dana Vakfı Hibe

Kanada Yenilikçilik Vakfı'nın ("CFI" hibe) ödüllendirildi; 2004-06 ödüllendirildi

2008-2012; Ontario Araştırma Fonu Hibe, 2008-2012 ödüllendirdi.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
ETG-4000Hitachi
MatlabMathworksPsychology toolbox

Kaynaklar

  1. Quaresima, V. J. Biomed. Opt. 10, 11012-11012 (2005).
  2. Watanabe, E. Neurosci. Lett. 256, 49-52 (1998).
  3. Kovelman, I. NeuroImage. 39, 1457-1471 (2008).
  4. Kovelman, I. Brain and Language. , (2008).
  5. Bortfeld, H. Developmental Neuropsychology. 34, 52-65 (2009).
  6. Petitto, L. A. The Cambridge Companion to Chomsky. , Cambridge University Press. England. (2005).
  7. Berens, M. S. Society for Research in Child Development, , (2009).
  8. White, K. S. Cognitive Neuroscience Society Annual Meeting, , (2008).
  9. Dubins, M. Cognitive Neuroscience Conference, , (2009).
  10. Dubins, M. H. Society for Research in Child Development. , (2009).
  11. Dubins, M. H. NeuroImage. , (2009).
  12. Ehlis, A. C. J. Biol. Psychol. 69, 315-331 (2005).
  13. Petitto, L. A. The Educated Brain. Fischer, K., Battro, A. , Cambridge University Press. England. (2008).
  14. Pena, M. Proc Natl. Acad. Sci. U. S. A.. 100, 11702-11705 (2003).
  15. Baird, A. A. NeuroImage. 16, 1120-1125 (2002).
  16. Taga, G. Proc. Nat.l Acad. Sci. U. S. A. 100, 10722-10727 (2003).
  17. Wilcox, T. Dev. Science. 11, 361-370 (2008).
  18. Otsuka, Y. NeuroImage. 34, 399-406 (2007).
  19. Watanabe, H. NeuroImage. 43, 346-357 (2008).
  20. Kameyama, M. NeuroImage. 29, 172-184 (2006).
  21. Arai, H. Brain. Cogn.. 61, 189-194 (2006).
  22. Grignon, S. Cognitive and Behavioral Neurology. 21, 41-45 (2008).
  23. Boas, D. A. Neuroimage. 23, S275-S288 (2004).
  24. Aslin, R. N., Mehler, J. J. of Biomed. Opt.. , 1-3 (2005).
  25. Plichta, M. M. NeuroImage. 35, 625-634 (2007).
  26. Schroeter, M. L. NeuroImage. 21, 283-290 (2004).
  27. Jobsis, F. F. Science. 198, 1264-1267 (1977).
  28. Villringer, A., Chance, B. Trends Neurosci. 20, 435-442 (1997).
  29. Kovelman, I. Bilingualism: Language & Cognition. 11, 203-223 (2008).
  30. Jasper, H. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 10, 370-371 (1958).
  31. Amaro, E. Brain Cogn. 60, 220-232 (2006).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Fonksiyonel Yak n K z l tesi SpektroskopifNIRS Veri ToplamaHemodinamik Yan t l mOptod Yerle tirme ProtokolUluslararas 10 20 SistemiBili sel Sinirbilim Y ntemleriBeyin Aktivitesi zlemeYak n K z l tesi I kOksijenli Hemoglobin AnaliziDeneysel Paradigma Tasar m
Yakın Kızılötesi Spektroskopisi ile bebekler, Çocuk ve Yetişkin Bilişsel Fonksiyonları keşfetmek
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.