Name: Bir Doğal Görev sırasında fNIRS Ölçümlerin fMRI Doğrulama (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Öğrenin, karmaşık motor görevler sırasında fMRI ve fNIRS ile fonksiyonel beyin aktivitesini karşılaştırma yöntemini. Bu teknik, doğal ortamlarda beyin fonksiyonlarını değerlendirmek için fNIRS'in güvenilir bir alternatif olduğunu göstermektedir.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu araştırma aşağıdaki finansman kaynakları tarafından kısmen desteklenmiştir: JSPS Grant-Aid Bilimsel Araştırma (C) 25350642 (AT), Bilim ve Teknoloji ve Kültür (SS ve YO) için Hayao Nakayama Vakfı araştırma bursu ve için Sağlık Oyunları Araştırma Robert Wood Johnson Vakfı (Hibe # 66729) (SB &amp; JAN) den hibe.

Katılım öncesinde, tüm denekler kurumsal kurallarına uygun olarak bilgilendirilmiş onam sağlamaktadır. Bu durumda, protokol Meiji Üniversitesi (Kanagawa, Japonya), (veri analizi için Yale Tıp Okulu transfer) Columbia Üniversitesi Tıp Merkezi ve Long Island Üniversitesi'nden bu çalışma için Brooklyn Campus kurumsal insan koruma programı tarafından kabul edildi. 1. Yazılım ve Fonksiyonel Nörogörüntüleme Donanım Modifikasyonu ve Geliştirme (fMRI ve fNIRS) <ol><li> FNIRS görüntüleme öncesinde fMRI kullanarak faiz çalışmalarının bölge için zamanlama, grafik ve müzik değiştirmek için DDR, StepMania, açık kaynak klon kullanarak yapılandırma dosyalarında (.sm) ayrıntılarını düzenleyerek oyunu Dance Dance Revolution (DDR) değiştirin . <ol><li> .sm Dosyasında değişkenleri belirtin: offset arka plan, müzik, (tarama zamanda müzik start), samplestart, samplelength, BPM ve bgchanges. Ok Patt belirtinERNS bir "1" değeri "0" veya "M" olarak tedbir başına okları tanımlayarak .sm dosyasındaki her tedbir için. Her tedbir için sola, yukarı, aşağı veya sağa düğmesine basılmasını tanımlayın. Bir ok için "1" kullanın boş için "0" kullanımı ve geri kalanı çağlarda bir maden için "M" kullanın. </li></ol></li><li> Oyun şarkısı "Kelebek" kullanarak, modifiye gibi konular oyun mekaniği yerleşik bir alternatif blok tasarımı kullanarak oynamak için izin (aslında Sony PlayStation için orijinal Dance Dance Revolution 3. Mix oyunu CD'sinde Smile.dk tarafından gerçekleştirilen ve mevcut) .sm yapılandırma dosyası. Arka plan grafiklerini zaman dinlenmek için (yeşil) oynamak için zaman oyuncuya belirten ve 30 sn dinlenme dönemleri ile alternatif 30 sn oyun süreleri (kırmızı; Şekil 1). </li></ol><img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/52116/52116fig1.jpg"> İncirure 1:. Paradigma Tasarım (A) DDR Grafik Kullanıcı Arayüzü. Ekranın altındaki oklar ekranın üst kısmına doğru hareket etti. Bu oklar basın düğmeye konularına belirtti. Oklar en iyi aksiyon alanı (ekranın üst kısmında gri oklar) ulaştığında, denekler doğru tuşa basarak yanıt verdi. Oyun süresi yeşil bir arka plan ile belirtilmiştir. Dinlenme süresi kırmızı bir arka plan ile belirtilmiştir. Gerisi süre boyunca, oklar "bomba" animasyonlar ile değiştirilmiştir. Bunlar oyun için saygı veya skor ile hiçbir işlevi vardı, ama geri kalan dönemini sırasında yer tutucu olarak hizmet için kullanılmıştır. (B) tarama için kullanılan blok tasarımı oyun 5 dakika toplam oluşuyordu ve dönemini dinlenme. ön tarama 30 sn oyun alternatif ve bloklar dinlenme ardından uzunluğu 10 sn idi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig1highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start='"3"&gt;'> Dinlenme ve aktif dönemleri arasında aksine özgüllüğünü sağlamak için çalışma başına alternatif aralığını beş kez tekrarlayın. <li> FMRI veri toplama durumunda, ayak düğmelerini kullanarak fMRI kayıtlarında sol hareketleri ve sağ ok düğmesine basılmasını kısıtlamak. düğme presler toplam sayısı, her iki görevler (Şekil 2) için eşit kalmalıdır. </li><li> Tarama prosedürü öncesinde, birkaç uygulama görüntüleme öncesinde çalışır konuları konulara oyunun esasları açıklamak ve bekleyin. Hareketli ok yolunun üstündeki özetlenen mükemmel bir zaman yakın olarak onların ayak gelen ok düğmesine basın konular talimat, ama mümkün olduğunca kafa hareketini en aza indirmek için. </li></ol><img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/52116/52116fig2.jpg"> Şekil 2:. FMRI için deney düzeneği (A) Denekler observi ise MRI tarayıcısı yatıyorduKonuyla yukarıdaki baş bobinine monte edilmiş bir ayna kullanarak yansıtılan interaktif bir ortam ng. Şekil 2B. Konular Oyun sırasında gerçek zamanlı olarak sağ veya sol ayak musluklar ile cevap izin iki düğmeden oluşan modifiye ayak platformu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig2highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 2. fMRI test ve analiz <ol><li> Bir 3D oyun için önce her konu için bir yapısal görüntü elde 10 dakika 38 saniye toplam tarama süresi, gradyan eko sekansı (SPGR) (124 dilim, 256 x 256, view = 220 mm alanı) şımarık. </li><li> Eko planar (EPI) T2 * -ağırlıklı gradient eko sekansı için aşağıdaki ayarları kullanarak tarama sırasında fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleri elde etmek: zaman yankı = 51 msn, tekrarlama zamanı = 3 sn flip açısı = 83 °. 192 x 192 mm alanı: Aşağıdaki boyutlara sahip beynin 27 ardışık eksenel dilim görüntü elde1.56 x 1.56 mm toplam çözünürlük ve 4.5 mm'lik bir z ekseni çözümü için bir 128 x 128 ızgara ile görüş. </li><li> Yukarıdaki paradigma kullanarak ancak hareket paraziti azaltmak için sadece sağ ve sol okları kullanarak oyunu oynamak için konuyu söyleyin. </li><li> MATLAB 7.0 uygulanan SPM8 5 kullanarak analizler fMRI BOLD sinyal gerçekleştirin. <ol><li> T2 * gevşeme artifakı en aza indirmek için EPI serisinin ilk 10 sn atın, işlevsel veriler en küçük kareler 6 parametreli 'sert gövde' mekansal dönüşüm yoluyla düzeltilmiş hareket vardır. </li><li> Yarım maksimum (FWHM) 8 mm tam genişlikte Gauss çekirdeği ile mekansal yumuşatma ardından 2 mm 3 çözünürlüğe sahip MNI (Montreal Nöroloji Enstitüsü) şablona realigned EPI taramaları Normale. </li><li> Konu seviyesini gerçekleştirin, genel lineer model (GLM) dinlenme durumuna karşı karşılaştırıldığında aktif durumunu (DDR) karşılaştırılması için istatistiksel parametrik haritaları oluşturmak için. Kullanarak istatistiksel analizler &lt;/ Li&gt; </li><li> Standart istatistiksel parametrik haritalama (SPM) kullanarak bireysel sonuçlarla grup analizi, ikinci düzey rasgele etkiler yaklaşımı gerçekleştirin. P &lt;100 voksellerin 0.01 ve küme boyutu eşiğinin bir eşik ile grup analizi sonuçlarına göre faiz bölgeyi edinin. </li><li> WFU PickAtlas aracı 13,14 elde edilen fonksiyonel küme ve üstün ve orta temporal girus anatomik maskesi arasındaki birlikte, gibi ilgi bölgeyi tanımlamak </li></ol></li></ol> 3. fNIRS Kurulum ve Veri Toplama <ol><li> 3 x 5 diziye düzenlenmiş optodes verileri kaydetmek için bir 22-kanal fNIRS topoğrafya sistemini kullanın. Her kaynak dedektör çifti için arası optode mesafesi 3 cm (Şekil 3A, B) 'dir. <ol><li> Orient sol temporal lob sol prefrontal kortekste gelen dizilmiş şekilde optik sensör dizisi içeren elastik kapak (Şekil 3A, B). Düşük aralıksız optode sağlayınEn ön pozisyonda uluslararası 10-10 sistemine 15 FPZ üzerinde odaklanmaktadır. Anatomik noktaları FPZ ve T7 arasındaki hattı ile paralel optodes alt satır aynı hizaya getirin. </li></ol></li><li> Konunun kafasına optik prob dizi sıkın ve güvenli bir şekilde askıları ve çene-kayışı kullanarak bağlanır sağlamak. Kaynak dedektör çiftleri kafasına sıkı ama tabi (Şekil 3C) rahatsız değil böylece Dikkat kafa yüzeyinden optodes yerinden dikkat edilmelidir. </li><li> Bilgisayar grafik kullanıcı arabirimini kullanarak 7.9 Hz bilgisayara Örnek ham analog optode kaynak dedektör çifti ışık verileri. </li></ol><img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/52116/52116fig3.jpg"> Şekil 3:. NIRS kayıtları için Optode kurulumu (A) kap ve ho birleştiğinde bükülebilir plastik ile donatılmış bir elastik tabakanın oluşurlding 3 cm optode sahipleri aralıklı. Sapanlar o kafasına sıkıca monte olmasını sağlamak için kapağa monte edilir. kap daha büyüktür ve bu çalışmada kullanılan (sarı olarak gösterilmiştir), 3 x 5 dizisi daha optodes sağlar, ancak süjelerin başlarına güvenli bir şekilde sabitlemek için gereklidir. (B) optode kapağı ve temporal lob sol prefrontal üzerinde konumlandırılmış. Sol temporal lob sol prefrontal alan üzerinde 3 x 5 Dizinin konusu sağlayan kapsama kafasına optode kapağının örneği. Sıkma askıları ve Chinstrap ile baş güvenli kapak gösteren kapağın (C) Optode yerleştirme. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig3highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="4"><li> Kayıt öncesinde üretici tarafından sağlanan sistem kontrol yazılımı kullanarak gürültü oranı Test, kalibrasyon ve sinyal gücü ve sinyal. Yüksek gürültü durumunda tespit edilen, raldır optodes ve LED kullanarak kanaldan herhangi müdahale saç plastik çubuk (Şekil 4) aydınlattı. </li></ol><img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/52116/52116fig4.jpg"> Şekil 4:.. Optode sinyallerinin Optimizasyon Saç optimum sinyal kalitesini sağlamak için kanal merkezinden saç yerinden bir ışıklı plastik aracını kullanarak her bir kanal taşındı <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig4highres.jpg" target="_blank">bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="5"><li> Elastik kapağın her kanalda kaynağı ve detektör optode yerle mekansal değerlerini belirlemek için bir 3D sayısallaştırma kalem kullanın. Hemen veri toplama ve oyun (Şekil 5) önce her konunun nasion, inion, Kulakçıklardan ve Cz mekansal koordinatlarını tanımlamak için sayısallaştırıcıyı kullanın. Kaynağı ile metin dosyalarını kaydedin ve tespitya da konumları others.txt ve anatomik koordinatları dosyalarını origin.txt için. </li></ol><img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/52116/52116fig5.jpg"> Şekil 5:.. Optode pozisyon kalibrasyonu manyetik sayısallaştırma aracı optode kanallarının baş ve pozisyon 10-20 yerlerinden yerleşimini belirlemek için kullanılmıştır <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig5highres.jpg" target="_blank">bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="6"><li> Yakalanan 3D MATLAB 7.0 içinde NIRS-SPM 16,17 (Şekil 6) kayıt seçeneğini kullanarak koordinatlarını işleyin. SPM ana menüden stand-alone mekansal kaydı seçin. Bir sonraki ekranda, "3D Digitizer ile" seçeneğini seçin ve ilgili iletişim kullanarak önceden kaydedilmiş başkalarını ve menşe metin dosyaları seçin. Yazılım diyaloğundan, "Registratio seçinn uzaysal temsil belirlemek için "(NFRI işlevini kullanın) </li></ol><img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/52116/52116fig6.jpg"> Şekil 6:. NIRS kalibrasyon verilerinin Örnek çıktı Dijitalleştirici veriler beynin spesifik bölgelerinde her bir kanal olasılığını belirlemek için kullanılmıştır. Bu konuda Kanal 22 superior temporal girus Orta temporal girus 0,4129 ve 0,47419 bir olasılık gösterdi. Kanal yayıcı ve detektör çiftleri arasındaki alan olarak tanımlanır. Şekilde kanalın 22 civarında daire bu konuda optode çiftleri kaydedilen sinyale katkıda alan bir yaklaşım temsil eder. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig6highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="7"><li> Tüm optode kanal pozisyonları sayısallaştırılmış ve her kanal s sağladığındaüretici tarafından sağlanan yazılım arayüzü GUI belirtildiği gibi ufficient sinyal gücü, stand ve DDR testleri hazırlanmak için (Şekil 7A, B) konuları isteyin. </li></ol><img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/52116/52116fig7.jpg"> Şekil 7:. Dance oyun sırasında fNIRS veri toplama (A) Konular NIRS makineye gergin olurken, standart dans oyunu mat blok paradigma kullanarak oyunu oynamak için stand. (B) Konuyla gerçek zamanlı olarak toplanan fon ekranda ham veriyi gösteren veri toplama alternatif görünümü. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig7highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 4. fNIRS Veri Toplama <ol><li> Önceki optodes kayıt fNIRS kurma, kısa bir girişle konuları sağlamakoynanışı ve fMRI test Oyunun aşinalık için uygulama izin vermek. </li><li> FNIRS testi için, fMRI için kullanılan tek sol ve sağ oklar kıyasla aşağı / yukarı oklar ilavesi ile fMRI test edilene benzer bir paradigma kullanın. Ok presleri toplam sayısı fMRI ile fNIRS görevleri arasında sadece desen farklıdır aynı olduğundan emin olun. </li><li> FNIRS testi (Şekil 7A) sırasında oyun için bir standart 4 düğme paspas düğmesi yanıt sistemini kullanın. </li><li> Oyun temelleri rahat bir kez denekler adım 1.2 olarak 30 sn dinlenme süreleri ile 30 saniye oyunu defa oynamak için talimat. Her konularla kez bu 5 dk oyunu tekrarlayın. <ol><li> Onların yüzünü ya da burun ve optodes yakın, özellikle saçlarını veya baş dokunmayın özellikle konuları söyleyin. Oyun sırasında kendi başının dönmesi, yawl veya pitch hareketlerini en aza indirmek için konuyu söyleyin. </li></ol></li></ol> 5. fNIRS Veri Analizi <ol> Bir sırasıyla ΔoxyHb, ΔdeoxyHb ve ΔtotalHb olarak oksijenli hemoglobin (Hb oksi-), oksijenden arındırılmış hemoglobin (deoksi-Hb) ve toplam hemoglobin (Hb toplam-) konsantrasyonu değişiklikleri yansıtan görece sinyalleri hesaplamak için değiştirilmiş Beer-Lambert yaklaşımını 18 kullanın keyfi birim (iM cm) aşağıdaki denklemler kullanılarak: ΔoxyHb = -1,4887 HESAPLAMA 780 + 0,5970 × HESAPLAMA 805 + 1,4847 × HESAPLAMA 830 × ΔdeoxyHb = 1,8545 x HESAPLAMA 780 + (-0,2394) HESAPLAMA x 805 + (-1,0947) x HESAPLAMA 830 ΔtotalHb = ΔoxyHb + ΔdeoxyHb; burada HESAPLAMA ilgili dalga boyunca ışık emilmesi olarak değişiklik gösterir. <li> 25 inci sırası Savitzky-Golay filtreden geçirilerek kişiden hemodinamik sinyallerin low-pass filtre ham veri ve19 ortalama. </li><li> Sıfıra ayarlanmış başlangıcı ile ortalama verilere temel düzeltme uygulayın. </li><li> Sinyalin standart sapma ile ortalama değerleri bölerek hemodinamik sinyal genliğini Normale görev öncesinde 10 saniye kaydedildi. </li><li> Seçin kanallar 3D sayısallaştırıcı bilgilere dayanarak analiz edilecek. Burada, kayıt işleminin çıkışına göre) Orta ve superior temporal girus% 80 veya daha fazla bir kayıt olasılığına sahiptir analiz için kullanmak için bir kanal kullanın. </li></ol> FMRI ve fNIRS İşaretlerin 6. Karşılaştırılması <ol><li> T&gt; 2.6 veya karşılık gelen P değerinin &lt;0.01 süper-eşik vokselleri belirlemek için SPM8 sonuçları işlevini kullanın. Anatomik bir bölge içinde bir küme tanımlamak için çakışan süper eşik vokselleri kullanılarak faiz (ROI) bölgesini belirleyin. <ol><li> Bu durumda, WFU seçin'in Atlas dahil AAL atlas kullanılarak üst ve orta temporal girus tanımlar. Thi içindes durumda, ortaya çıkan kümelenme koordinat (-66, -24, 0) ve pik T = 5.73 fNIRS bir zirve vokselden ile orta temporal girus bulunan 572 2 x 2 x 2 mm vokselleri vardır. </li></ol></li><li> Yukarıda adım 3.5.1 NIRS-SPM kullanarak koordinatları MNI dönüştürülür 3D dijital koordinatları kullanarak fNIRS verilerinden ilgi kanalını belirleyin. Bu durumda, bir çok denekte kanalı 22 aşama 6.1'de tanımlanan ROI aktivite en yüksek olasılık vardı. </li><li> 60 sn bloğu (aktif ve dinlenme, kombine) süresince fNIRS de fMRI için ROI ortalama, olay tetiklenen tepki ve karşılık gelen kanal belirlemek. </li><li> Her konu için, fMRI olay ortalama verileri tetikleyen oluşturmak için küme içinde voksellerden için kan oksijen seviyesi bağımlı (BOLD) ham sinyalleri ortalama. </li><li> Optimal fNIRS = b regresyon yöntemi tha böylece b değeri elde * fMRI kullanarak lineer regresyon kullanılarak fNIRS verileri eşleştirmek için fMRI verilerinin ölçekleme fMRI ve fNIRS karşılaştırt kök fNIRS -b * fMRI kare değeri minimize olduğu anlamına gelir. </li><li> İki grubun korelasyon fNIRS ve fMRI sinyalleri karşılaştırın. </li></ol>

<ol><li>Heinzel, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variability+of+%28functional%29+hemodynamics+as+measured+with+simultaneous+fNIRS+and+fMRI+during+intertemporal+choice%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Variability of (functional) hemodynamics as measured with simultaneous fNIRS and fMRI during intertemporal choice.</a> NeuroImage. 71, 125-134 (2013).</li>
<li>Cui, X., Bray, S., Bryant, D. M., Glover, G. H., Reiss, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+comparison+of+NIRS+and+fMRI+across+multiple+cognitive+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks.</a> Neuroimage. 54, 2808-2821 (2011).</li>
<li>Sato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+NIRS%E2%80%93fMRI+investigation+of+prefrontal+cortex+activity+during+a+working+memory+task%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A NIRS–fMRI investigation of prefrontal cortex activity during a working memory task.</a> Neuroimage. 83, 158-173 (2013).</li>
<li>Piper, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+wearable+multi-channel+fNIRS+system+for+brain+imaging+in+freely+moving+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">A wearable multi-channel fNIRS system for brain imaging in freely moving subjects.</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 64-71 (2014).</li>
<li>Funane, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+deep+and+shallow+tissue+layers%27+contribution+to+fNIRS+signal+using+multi-distance+optodes+and+independent+component+analysis%29%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of deep and shallow tissue layers' contribution to fNIRS signal using multi-distance optodes and independent component analysis).</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 150-165 (2014).</li>
<li>Tachtsidis, I., et al. Ch. 46. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTachtsidis%2C+I+%22Oxygen+Transport+to+Tissue+XXX+Vol.+645+Advances+in+Experimental+Medicine+and+Biology%22">Oxygen Transport to Tissue XXX Vol. 645 Advances in Experimental Medicine and Biology</a>. Liss, P., Hansell, P., Bruley, D. F., Harrison, D. K. , Springer. New York, NY. 307-314 (2009).</li>
<li>Scholkmann, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+continuous+wave+functional+near-infrared+spectroscopy+and+imaging+instrumentation+and+methodology%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology.</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 6-27 (2014).</li>
<li>Saager, R., Berger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+layer-like+hemodynamic+trends+in+scalp+and+cortex%3A+implications+for+physiological+baseline+suppression+in+functional+near-infrared+spectroscopy%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Measurement of layer-like hemodynamic trends in scalp and cortex: implications for physiological baseline suppression in functional near-infrared spectroscopy).</a> Journal Of Biomedical Optics. 13 (3), 034017-034017 (2008).</li>
<li>Takahashi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+skin+blood+flow+on+near-infrared+spectroscopy+signals+measured+on+the+forehead+during+a+verbal+fluency+task%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Influence of skin blood flow on near-infrared spectroscopy signals measured on the forehead during a verbal fluency task.</a> Neuroimage. 57, 991-1002 (2011).</li>
<li>Ono, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frontotemporal+oxyhemoglobin+dynamics+predict+performance+accuracy+of+dance+simulation+gameplay%3A+Temporal+characteristics+of+top-down+and+bottom-up+cortical+activities%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Frontotemporal oxyhemoglobin dynamics predict performance accuracy of dance simulation gameplay: Temporal characteristics of top-down and bottom-up cortical activities.</a> NeuroImage. 85, 461-470 (2014).</li>
<li>Tachibana, A., Noah, J. A., Bronner, S., Ono, Y., Onozuka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parietal+and+temporal+activity+during+a+multimodal+dance+video+game%3A+an+fNIRS+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Letters%22%5BJournal%5D)">Parietal and temporal activity during a multimodal dance video game: an fNIRS study.</a> Neuroscience Letters. 503 (2), 125-130 (2011).</li>
<li>Annual Society for Neuroscience Conference. Noah, J., Tachibana, A., Bronner, S. 2010 Nov 13-17, San Diego, CA, , (2010).</li>
<li>Maldjian, J. A., Laurienti, P. J., Burdette, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precentral+gyrus+discrepancy+in+electronic+versions+of+the+Talairach+atlas%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Precentral gyrus discrepancy in electronic versions of the Talairach atlas.</a> Neuroimage. 21, 450-455 (2004).</li>
<li>Maldjian, J. A., Laurienti, P. J., Kraft, R. A., Burdette, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+method+for+neuroanatomic+and+cytoarchitectonic+atlas-based+interrogation+of+fMRI+data+sets%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">An automated method for neuroanatomic and cytoarchitectonic atlas-based interrogation of fMRI data sets.</a> Neuroimage. 19, 1233-1239 (2003).</li>
<li>Chatrian, G. E., Lettich, E., Nelson, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ten+percent+electrode+system+for+topographic+studies+of+spontaneous+and+evoked+EEG+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+EEG+Technol%22%5BJournal%5D)">Ten percent electrode system for topographic studies of spontaneous and evoked EEG activity.</a> Am J EEG Technol. 25, 83-92 (1985).</li>
<li>Okamoto, M., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+cortical+projection+of+head-surface+locations+for+transcranial+functional+brain+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Automated cortical projection of head-surface locations for transcranial functional brain mapping.</a> Neuroimage. 26, 18-28 (2005).</li>
<li>Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIRS-SPM+statistical+parametric+mapping+for+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">NIRS-SPM statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 44, 428-447 (2009).</li>
<li>Cope, M., Delpy, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((System+for+long-term+measurement+of+cerebral+blood+and+tissue+oxygenation+on+newborn+infants+by+near+infra-red+transillumination%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+and+Biological+Engineering+and+Computing%22%5BJournal%5D)">System for long-term measurement of cerebral blood and tissue oxygenation on newborn infants by near infra-red transillumination.</a> Medical and Biological Engineering and Computing. 26 (3), 289-294 (1988).</li>
<li>Savitzky, A., Golay, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smoothing+and+differentiation+of+data+by+simplified+least+squares+procedures%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures.</a> Analytical Chemistry. 36 (8), 1627-1639 (1964).</li>
<li>Okamoto, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodal+assessment+of+cortical+activation+during+apple+peeling+by+NIRS+and+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Multimodal assessment of cortical activation during apple peeling by NIRS and fMRI.</a> NeuroImage. 21, 1275-1288 (2004).</li>
<li>Suzuki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prefrontal+and+premotor+cortices+are+involved+in+adapting+walking+and+running+speed+on+the+treadmill%3A+an+optical+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Prefrontal and premotor cortices are involved in adapting walking and running speed on the treadmill: an optical imaging study.</a> Neuroimage. 23, 1020-1026 (2004).</li>
<li>Boas, D. A., Elwell, C. E., Ferrari, M., Taga, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty+years+of+functional+near-infrared+spectroscopy%3A+introduction+for+the+special+issue%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Twenty years of functional near-infrared spectroscopy: introduction for the special issue.</a> NeuroImage. 85, 1-5 (2014).</li>
<li>Holtzer, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((fNIRS+study+of+walking+and+walking+while+talking+in+young+and+old+individuals%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journals+of+Gerontology+Series+A%3A+Biological+Sciences+and+Medical+Sciences%22%5BJournal%5D)">fNIRS study of walking and walking while talking in young and old individuals.</a> The Journals of Gerontology Series A: Biological Sciences and Medical Sciences. 66 (8), 879-887 (2011).</li>
<li>Suzuki, M., Miyai, I., Ono, T., Kubota, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activities+in+the+frontal+cortex+and+gait+performance+are+modulated+by+preparation.+An+fNIRS+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Activities in the frontal cortex and gait performance are modulated by preparation. An fNIRS study.</a> Neuroimage. 39, 600-607 (2008).</li>
<li>Shimada, S., Hiraki, K., Oda, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+parietal+role+in+the+sense+of+self-ownership+with+temporal+discrepancy+between+visual+and+proprioceptive+feedbacks%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">The parietal role in the sense of self-ownership with temporal discrepancy between visual and proprioceptive feedbacks.</a> Neuroimage. 24, 1225-1232 (2005).</li>
<li>Matsuda, G., Hiraki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sustained+decrease+in+oxygenated+hemoglobin+during+video+games+in+the+dorsal+prefrontal+cortex%3A+a+NIRS+study+of+children%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Sustained decrease in oxygenated hemoglobin during video games in the dorsal prefrontal cortex: a NIRS study of children.</a> Neuroimage. 29, 706-711 (2006).</li>
<li>Gregg, N. M., White, B. R., Zeff, B. W., Berger, A. J., Culver, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+specificity+of+diffuse+optical+imaging%3A+improvements+from+superficial+signal+regression+and+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroenergetics%22%5BJournal%5D)">Brain specificity of diffuse optical imaging: improvements from superficial signal regression and tomography.</a> Frontiers in Neuroenergetics. 2, 14(2010).</li>
<li>Kirilina, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+physiological+origin+of+task-evoked+systemic+artefacts+in+functional+near+infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">The physiological origin of task-evoked systemic artefacts in functional near infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 61, 70-81 (2012).</li>
<li>Strangman, G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+affecting+the+accuracy+of+near-infrared+spectroscopy+concentration+calculations+for+focal+changes+in+oxygenation+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Factors affecting the accuracy of near-infrared spectroscopy concentration calculations for focal changes in oxygenation parameters.</a> NeuroImage. 18, 865-879 (2003).</li>
</ol>

Bu yazı için Yayın ücretleri S himadzu tarafından sponsor.

fNIRS doğal faaliyetlerin nöral ögelerinden çalışma izin sözünü sahip bir fonksiyonel beyin görüntüleme tekniğidir. Bu tekniklerin geliştirilmesi aktif bir araştırma yönüdür. Biz burada bir dans video oyununda katılımı ile ilişkili ilgi tek bir bölgede fonksiyonel beyin aktivitesini kayıt için etkili olmuştur bir metodoloji özetlemektedir. fNIRS motor öğrenme paradigmalarını araştıran yayınların sayısı aynı anda beynin birden fazla bölgeye 20,21 fonksiyonel faaliyetlerin kayıt yeteneğine Hitachi ve Shimadzu (yanı sıra diğerleri) çok kanallı fNIRS birimlerinin tanıtılması ile son yıllarda hızla artmıştır . Biz fNIRS sinyallerinin anatomik özgüllüğünü belirlemek için de sinyallerin zamanlama ve amplitüd değişikliklerini motor hareket davranışsal performansına katkıda belirlemek için sinyalleri kullanmak mümkün olduğu daha önce gösterilmiştir <sup&gt; 11. Derginin Neuroimage güncel bir özel sayı NIRS teknolojisi mevcut uygulamalara odaklanmış ve motor öğrenme 22 özel çalışmalar bir dizi dahil. Hatta NIRS teknoloji bu kartopu ilgi, birkaç çalışma fMRI tarafından onaylanmış natüralist davranışların nöral mekanizmaları üzerinde odaklanmıştır. Bu özel bir konu ve çok sayıda diğer yayınlar 23-26 açıkça motorlu davranışları okuyan fNIRS gelecekteki rolünü tarif edilirken, protokol burada doğal davranışlardan fMRI ve fNIRS verileri karşılaştırmak için bir üniforma metodoloji doğrulamak için geliştirilmiştir açıklanan. Sonuçlar in-line buna daha önce eşzamanlı fMRI / fNIRS çalışmalarda 3&#39;te gösterilen temporal lobun bir entegrasyon alanında fNIRS gruplar ve fMRI sinyalleri arasında yüksek bir korelasyon ve sinyaller arasındaki korelasyonu olduğunu göstermektedir. Şekil 9 gösterir fNIRS aktivite içinde Temporal lob değil doğa zekâ tek kortikal olduğunuh diferansiyel oksi- ve deoxyHb absorbans chromofore, ama aynı zamanda temporal lobda bu etkinlik temporal lobda fMRI aktivitesi ile ilişkili değildir frontal lobda görülen oldukça farklıdır. Veri iki teknik arasında karşılaştırıldı izin çalışmanın birkaç kritik yönlerini vurgulamaktadır. Birincisi, optode yerleri kalibrasyonu kortikal anatomi ve sonuçların yorumlanmasını teyit önemli bir strateji olarak özetlenen edildi. modifikasyonlar biz yazılıma yapılan ve donanım bize hem prosedürler güçlü kortikal yanıtları elde etmek için optimize edilmiş bir blok tasarımı protokolü ile bizim paradigma senkronize izin verdi. Biz de gürültü oranı (optode yüzeyinden epilasyon) ve hareket ve yüz stimülasyon (denekler özellikle kendi kafasına veya yüz dokunmamaya talimatı verilmiştir) gibi eserler azalmasına yüksek sinyal sağlamak için önemli stratejiler özetlemektedir. Bu sonuçlar ve önceki çalışmaların sonuçları / FM eşzamanlı fNIRS soruşturmaRI görüntüleme prosedürleri sinyaller arasında yüksek bir korelasyon teorik olarak 1-3 tahmin onaylayın. Burada sunulan verilerin yorumlanması için bir sınırlama biz yüksek yoğunluklu kayıtları kullanarak bireysel kanal verilerinin çözünürlüğünü artırmak mümkündür göstermek NIRS kayıt optimizasyonu yeni teknikleri kullanmak koyamadık olmasıdır. Bu yüksek yoğunluklu tekniği de kortikal NIRS kan basıncı, kalp hızı ve diğer sistemik değişkenler 6,7,28 eserler kaldırmak diğer tekniklere ek olarak 27 sinyalleri yüzeysel bileşenleri ayırmak için kullanılır olmuştur. Aynı zamanda, bu prob yerleştirme gösterilmiş ve chromaphore seçimi gürültü oranı yüksek sinyal olması durumunda etkin şekilde kullanılabilir yanlış pozitif 29 ve NIRS sinyallerinin adaptif filtreleme kontrol etmek için de kullanılabilir. Biz blok tasarımı 10,11 sunulan paradigmalara ticari NIRS sistemlerini kullanarak burada ve daha önce istihdam var görevbüyük sinyallerle veri üretmiş ve sinyaller arasındaki benzerlikleri göstermek için daha fazla analiz tekniklerini veya donanım gerekli değildir. Bununla birlikte, burada sunulan veriler, NIRS, sinyal işlemede bu ve diğer tekniklerin kullanılması ile daha da geliştirilebilir mümkündür. Fonksiyonel NIRS Güncel metodolojiler fMRI tarama ihtiyacını yerine geçmez; Burada gösterdiği gibi daha çok, (EEG ve diğerlerine ek olarak), iki görüntüleme yöntemleri birbirini tamamlayacak şekilde kullanılabilir. FMRI taraması için kontrendikedir bireylerin bir grup halinde, fNIRS gibi Parkinson hastalığı olan bireyler için düşme riski önleme programları gibi bir eğitim programının faydalarını tespit etmek için tek uygun teknik ispat edebilir. Dahası, fNIRS da MR taraması yoluyla sağlanan anatomik detay bilgi eklemek için kullanılabilecek geleceğin yönlere bir numarası vardır. Yüksek yoğunlukta optode yerleştirilmesi ve artan optodes yüksek verecektirBOLD sinyal modelleme artan doğruluğu yanı sıra bağlantı ve temel bileşenler analizi için kullanılabilecek zamansal çözünürlük.

Burada anlatılan yöntemlerin amacı, fMRI (fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme) ve fNIRS (fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi) benzer multi-modal görevleri sinyalleri karşılaştırmak için bir çalışma protokolü geliştirmektir. Özellikle geleneksel fMRI tremor nedeniyle tarama, diskinezi veya birden fazla implante cihazları kontrendikedir bireyler ile kullanım için fonksiyonel bir görüntüleme prosedürü geliştirilmesi amaçlanmıştır. Birçok etkin eğitim ve rehabilitasyon programları düşme riski olan bireyler için mevcut olmakla birlikte, bu programların etkinliğini altında yatan nöral mekanizmaların henüz bir onay gelmedi. Genellikle, bu eğitim programlarına katılan bireylerin kontrendike belirtilen nedenlerden dolayı bulunmaktadır. Bu çalışma için bizim gerekçesi tüm vücut hareketlerini içeren doğal motorlu görevle ilişkili beyin aktivitesinin modellerini belirlemek için fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS) etkinliğini belirlemektir. Uzun vadeli hedefler damızlık için bir araç geliştirilmesini içermektediry değil sadece motor öğrenme paradigmaları değil, aynı zamanda geleneksel yöntemlerle bir natüralist tarzda gerçekleştirmek mümkün değildir görevleri daha geniş bir çeşitliliği için fNIRS uygunluğunu teyit etmek hizmet vermektedir. fNIRS etkinliği daha önce çok paradigmaları dokunarak klasik psikolojik ve basit parmak kullanarak eşzamanlı fNIRS ve fMRI fonksiyonel aktivite ölçülen sınırlı çalışmalarda fMRI BOLD (kan oksijen seviyesi bağımlı) sinyali kayıtları ile homolog bölgeler için (r = 0,77-0,94) ilişkili olduğu gösterilmiştir 1-3. Bu çalışmaların sonuçları fNIRS fMRI ile uyumlu azaltılmış çevresel görevle ilişkili kortikal aktiviteyi belirlemek için geçerli ve güvenilir olduğunu doğrulamaktadır. Ancak, fNIRS bir beyin yöntemi olarak fMRI üzerinde sayısız avantajlara sahiptir. fNIRS önemlisi, fMRI daha hareket artefakt çok daha az hassastır ve onlar doğal ortamda motor paradig kısıtlamak fMRI çalışmalarında aksine olur gibi konular davranmasına izin verirms 4. fNIRS ile ilişkili zamansal doğruluk nedeniyle artan örnekleme frekansı artan boyu ile sinirsel tepki fonksiyonlarının değişikliklerin belirlenmesi için izin verir. Son olarak, fNIRS maliyeti fMRI taraması daha düşüktür ve çalışmalar daha az maliyetle yapılacak sağlar. Ancak, son zamanlarda penetrasyon sınırlı derinliği sınırlı mekansal çözünürlükte ve dahil fMRI ile karşılaştırıldığında fNIRS dezavantajları gösterilmiştir vardır böyle yanlış pozitif tanıtabilirsiniz kan basıncı, kalp hızı ve kafa derisi kan akımı etkiler gibi bazı fizyolojik fenomenler kortikal hemodinamik sinyali 5-9. Metodolojileri ve sinyal işleme, yüksek yoğunluklu optode eğimleri sağlamak için donanım dahil NIRS özgü donanım gelişmeler, bir dizi şu anda geliştirilmektedir iken, fMRI ve fNIRS prosedürleri birbirini tamamlayacak izin karışık metodolojileri geliştirmek için hala önemlidir. Bu çalışma sınamak için hizmetnatüralist dans video oyunu görevi sırasında nişanlı nöral mekanizmaların belirlenmesi için fNIRS bir yöntem. Bu çalışmanın amacı fNIRS kullanarak görüntülü görevin bir natüralist sürümünü kullanarak deneklerin başka bir gruba fMRI kullanarak görüntülü bireylerin bir grup arasında beyin (üstün ve orta temporal girus) bir entegrasyon merkezi faaliyet karşılaştırmaktır. Grubumuz önce benzer interaktif oyun paradigmaları kullanarak bu bölgeyi araştırmış ve temporal lobda aktivite kortikal aktivasyon 10 uyarınca oksi- ve de-oxyHb kromoforlar hem tepki göstermiştir. Ayrıca, daha önce görev kortikal yük olup faaliyet kendisi 11 ile ilişkili sistemik tepkiler ile ilgili amplitüd ile modüle edilmiş olan, daha önce bu alanda yanıtlarını gösteren sistemik eserler için kontrol etmeye çalışmışlardır. Üstün ve orta temporal girus multi-modal duyusal uyaranlar entegrasyonu ile ilişkili aktivite bilinir ve biz daha önce varDance Dance Revolution (DDR) bizim fNIRS yayınların 10-12 ek pilot fMRI çalışmalarında oyun içinde aktif olmak için bu alanı gösterilen. Bu çalışmanın Bizim hipotezi kaydedildi kullanarak fNIRS olarak bu alanda fonksiyonel aktivite önemli ölçüde benzer ancak sınırlı dans oyunu protokolü fMRI kullanılarak kaydedilen fonksiyonel aktivite ile ilişkili olacağını idi. Burada açıklanan protokol fNIRS ve fMRI protokolleri hem de bir beyin paradigma olarak kullanılmak üzere nasıl bir dans video oyunu değiştirmek için içerir. Ancak genel prosedür, video oyun paradigma özgü değildir ve dil ve lokomotor görevleri içeren bir fMRI protokolü kısıtlamaları, gerçekleştirmek mümkün olmayan görevleri herhangi bir sayı için uygun olabilir. Bu protokol ayrıca daha fNIRS kullanarak gerçek-gerçek dünya görevleri sırasında ele alınabilir faiz (ROI) belirli bölgeleri geliştirmek için fMRI anatomik özgüllüğünü kullanmak için prosedürü açıklar.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Ekipman</td></tr><tr><td>Shimadzu OMM-3000</td><td><a href="http://www.shimadzu.com/an/lifescience/imaging/nirs/nirs_top.html" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Shimadzu</a></td><td></td><td>Bu çalışmada kullanılan OMM-3000, LABNIRS ile değiştirilmiştir</td></tr><tr><td>Polhemus Patriot 3D Digitizer</td><td><a href="http://polhemus.com/motion-tracking/all-trackers/patriot/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Polhemus</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GE Twin-Speed 1.5T MRI tarayıcı</td><td><a href="http://www3.gehealthcare.com/en/Products/Categories/Magnetic_Resonance_Imaging" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> General Electric</a></td><td></td><td>Twin-Speed 1.5 T tarayıcı kullanımdan kaldırılmıştır. Bu prosedürü tekrarlamak için bir dizi yeni tarayıcı mevcuttur</td></tr><tr><td colspan="4">Yazılım</td></tr><tr><td>Stepmania</td><td><a href="http://www.stepmania.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Stepmania</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td><a href="http://www.mathworks.com/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> MathWorks</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NIRS-SPM</td><td><a href="http://bispl.weebly.com/nirs-spm.html#/" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> BISPL</a></td><td></td><td></td></tr><tr><td>WFU Pick Atlas</td><td><a href="http://fmri.wfubmc.edu/software/PickAtlas" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> ANSIR</a></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

bir doğal görev sırasında fnirs Ölçümlerin fmri doğrulama

fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task

Bir dans video oyunu görevinde yakın kızılötesi spektroskopisi (fNIRS) ile kaydedilen beyin aktivitesini, fMRI (fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme) kullanılarak görevin küçültülmüş bir versiyonunda kaydedilen beyin aktivitesiyle karşılaştırmak için bir yöntem sunuyoruz. Son zamanlarda, fNIRS'in klasik psikofiziksel görevler ve basit parmak vuruş paradigmaları için fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme ile eşzamanlı olarak kaydedilenlere eşdeğer fonksiyonel beyin aktivitelerini doğru bir şekilde kaydedebildiği gösterilmiştir. Bununla birlikte, fNIRS'nin sıklıkla alıntılanan bir yararı, tekniğin, fMRI'nin kısıtlı ortamını kullanarak mümkün olmayan karmaşık, doğal davranışların sinirsel mekanizmalarını incelemeye izin vermesidir. Amacımız, fMRI prosedürlerinde elde edilen nöral kayıtları natüralist fNIRS deneylerinde ayrı ayrı elde edilenlerle karşılaştırmak için eşzamanlı olarak kaydedilen fNIRS ve fMRI sinyalleri arasında yüksek korelasyon gösteren önceki çalışmaların bulgularını genişletmekti. Özellikle, dans video oyunu Dance Dance Revolution'ın (DDR) hem fMRI hem de fNIRS görüntüleme prosedürleriyle uyumlu olacak şekilde değiştirilmiş bir versiyonunu geliştirdik. Bu metodolojide, temsili sonuçlar elde etmek için kullanılan tarama ve kalibrasyon prosedürlerinin yanı sıra her bir teknikle uyumluluk için yazılım ve donanımda yapılan değişiklikleri açıklıyoruz. Çalışmanın sonuçları, her iki modalitede de oksihemoglobinde göreve bağlı bir artış olduğunu göstermektedir ve fMRI bulgularını doğal bir görevde fNIRS kullanarak tekrarlamanın mümkün olduğunu göstermektedir. Bu teknik, natüralist, tam vücut aktivitelerine ve davranışlarına daha yakın bir yaklaşımda indirgenmiş bir dünya ortamını fNIRS ile kullanan fMRI görüntüleme paradigmalarını karşılaştırmak için bir metodolojiyi temsil eder. Bu tekniğin daha da geliştirilmesi, Parkinson hastalığı, geç demans durumları veya fMRI taraması için kontrendike olan manyetik duyarlılığı olan nörodejeneratif hastalıklar için geçerli olabilir.

Deney sonuçları, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) kullanarak üstün ve orta temporal girusların entegrasyon merkezlerinden elde edilen aktiviteyi fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi için yüksek korelasyona sahip göstermektedir (fNIRS) sinyalleri görevin natüralist sürümünde aynı alanı oluştururlar . Şekil 8 fMRI tarama prosedürü (mavi iz) ve fNIRS protokolü (kırmızı iz) 26 denekten 16 konulardan normalize ve ortalama ham verileri gösterir. Veri 0 zamanında tutturulmuş ve oyun etkileşimi aktif faz grafiğinde (etiketli görev) ilk 30 saniye içinde gerçekleşti. dikey kesikli çizgi görev ve dinlenme fazında başlangıcında kırmızı arka yeşil geçişi gösterir (geri kalanı olarak gösterilen) Her iki veri setleri görülen artmış değişkenlik ile dinlenme fazı aktif faz ve düşüş tepkiler artışlar göstermektedir fMRI sinyali. Karşılaştırmalar ilk reg tarafından izlerini arasında yapılmıştırKök, iki izleri arasındaki kare fark anlamına aza indirmek için fMRI sinyali basım ile. İki sinyal arasındaki korelasyon katsayısı 0.78 sonuçtaki ve korelasyon p değeri 0.03 idi. Şekil 9, tek bir denekten bindirilmiş kanal yerleri ile render beyni temsil etmektedir. Kanalları 1 ve 22 arasında izleri oksihemoglobin sinyalleri temsil eden bir katı çizgiler ile gösterilen ve deoksihemoglobinin sinyalleri temsil eden kesikli hatlarla gösterilen ortalama. Kırmızı ve mavi izleri sırasıyla oyun, müzik ve non-müzik iki varyasyonları temsil etmektedir. Kanal 1 gelen sinyaller ilgi bölgesi ile karşılaştırmak için bir kontrol örneği olarak hizmet vermektedir. Bu iki bölgede sinyalleri görev yanıtı bakımından farklıdır. <img alt="Şekil 8," src="/files/ftp_upload/52116/52116fig8.jpg"> Şekil 8:. Orta temporal girus gelen fNIRS ve fMRI sinyalleri arasındaki korelasyon fNIRS(Kırmızı) ve fonksiyonel manyetik rezonans (mavi) sinyalleri gölgeli kenarları ile temsil edilen her bir grup ortalama ± SEM için gösterilmiştir. İkisi arasındaki regresyon katsayısı 0.78 olup; p = 0.03. insert MNI pik aktivite ile fMRI faaliyet belirlenen ROI bir işleme koordinat göstermektedir (-66, -24, 0) bir küme boyutu = 571, zirve t = 5,73 ile. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig8highres.jpg" target="_blank">daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız Bu rakam.</a> <img alt="Şekil 9," src="/files/ftp_upload/52116/52116fig9.jpg"> Şekil 9: Temporal ve frontal lob Signals farklılıklar ΔoxyHb (düz çizgi) ve ΔdeoxyHb (noktalı çizgi) müzik ile iki şartı "gösteren dans oyunu, iki tek çalışmalarda tek bir konunun yanıtları (kırmızı) Zaman kurs. "ve" hiçbir müzik (mavi) "koşullar. Bu rakam, Ono ve diğerleri modifiye edilmiştir. 10.

fNIRS kullanılarak doğal bir görev sırasında kaydedilen fonksiyonel beyin aktivitesini fMRI sırasında kaydedilen aktivite ile karşılaştırmak için bir yöntem sunuyoruz.

Bir Doğal Görev sırasında fNIRS Ölçümlerin fMRI Doğrulama

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced ...

Bu prosedürün genel amacı, karmaşık bir motor görevi yerine getiren deneklerde fonksiyonel MRG ve fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopisi veya F nears kullanılarak elde edilen metodolojileri ve sonuçları karşılaştırmaktır. Bu, öncelikle her iki teknikte de kullanılabilecek bir paradigmanın geliştirilmesiyle gerçekleştirilir. İkinci adım, FMRI kullanarak işlevsel görüntüler elde etmek ve işlemektir.Ardından, F ns kullanarak işlevsel görüntüler elde edin ve işleyin. Son adım, karşılaştırılabilir beyin bölgelerindeki gözlemleri karşılaştırmaktır. Sonuç olarak, FMRI ve FN'S sonuçları, her bir metodolojiye katılan çalışma grupları arasında benzerdir.Bu tekniğin FMRI gibi mevcut yöntemlere göre en büyük avantajı, NERS'in harekete aşırı hassasiyet göstermeden doğal ortamlarda uygulanabilmesidir. Artefaktlar ve manyetik duyarlılık gibi dışlama kriterleri ilgili değildir. SM yapılandırma dosyalarının ayrıntılarını düzenleyerek oyun dansı duruş devrimini veya DDR'yi değiştirerek başlayın.Zamanlamayı, grafikleri ve müziği değiştirmek için DDR step mania'nın açık kaynaklı klonunu kullanma. Oyun şarkısı kelebeğini kullanarak, DO SM yapılandırma dosyasını, deneklerin oyun mekaniğinde yerleşik olarak bulunan alternatif bir blok tasarımı kullanarak oynayacağı ve 30. dinlenme süreleri ile 32 saniyelik oyun süresini değiştireceği şekilde değiştirin. Arka plan grafikleri, oyuncuya ne zaman yeşil oynayacağını ve ne zaman kırmızı gevşeyeceğini gösterecektir.FMRI veri toplama için, hareketleri katılımcının ayağını kullanarak sol ve sağ ok düğmelerine basmakla sınırlayın. Taramadan önce her iki görev için de düğmeye basma sayısının toplam sayısı eşit kalmalıdır. Kurumsal yönergelere uygun olarak bilgilendirilmiş onam alın ve MRG güvenliğini tarayın.Daha sonra deneğe oyunun temellerini açıklayın ve görüntülemeden önce birkaç alıştırma yapmasına izin verin Deneklere, hareket eden okun yolunun üst kısmında belirtilen mükemmel zamana en yakın olacak şekilde ayaklarıyla ilgili ok düğmesine basmalarını, ancak kafa hareketini mümkün olduğunca en aza indirmelerini söyleyin. Önce taramaya hazır olduğunuzda, oyundan önce yapısal bir görüntü elde edin. Ardından fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme elde edin.Deneğe hazırlanan paradigmayı kullanarak oyunu oynamasını söyleyin, ancak tarama tamamlandığında hareket artefaktını azaltmak için yalnızca sol ve sağ okları kullanın. İstatistiksel parametrik haritalama veya SPM yazılımı kullanarak FMRI cesur sinyal analizi gerçekleştirin. Ayrıca, ikinci seviye rastgele etkiler yaklaşımını kullanarak bireysel sonuçlarla grup analizi yapın.Daha sonra, fonksiyonel küme ile Wake Forest Üniversitesi'nden elde edilen üst ve orta temporal girusun anatomik maskesi arasındaki bağlantı olarak bir ilgi alanı tanımlayın. Yakın kızılötesi spektroskopisi için Atlas aracını seçin. Optos'tan üçe beş dizi halinde düzenlenmiş verileri kaydetmek için çok kanallı bir F nears topografi sistemi kullanın.Her kaynak dedektör çifti için birlikte çalışma mesafesi üç santimetre olmalıdır. Optik sensör dizisini içeren elastik kapağı, sol prefrontal korteksten sol temporal loba doğru hizalanacak şekilde yönlendirerek başlayın. En düşük yoldaki en ön opto'nun uluslararası 10 10 sisteminin FPZ'sine odaklandığından emin olun.Ardından, alt optos sırasını, anatomik yer işaretleri, FPZ ve T yedi arasındaki bir çizgiye paralel olarak hizalayın. Yerine oturduktan sonra, optik prob dizisini deneğin kafasına sıkın ve kayışlar ve çene kayışı kullanılarak güvenli bir şekilde takıldığından emin olun. Optoların kafa yüzeyinden yer değiştirmesine dikkat edilmelidir.Kaynak dedektör çiftleri kafaya sıkı oturmalı, ancak konu için rahatsız edici olmamalıdır. F nears testi için, FMRI ve F N'S görevleri arasında toplam ok basma sayısının aynı olduğundan ve yalnızca desenin farklı olduğundan emin olun. FMRI için kullanılan yalnızca sol ve sağ oklara kıyasla yukarı aşağı okların eklenmesiyle FMRI testine benzer bir paradigma kullanın.Merhaba. FN'nin testi sırasında oyun oynamak için standart bir dört düğmeli paspas düğmesi yanıt sistemi kullanın. Oyunun temellerini öğrendikten sonra, deneklere 32. oyun süreleri ve 32. dinlenme süreleri oynamalarını söyleyin. Bu beş dakikalık oyunu her konu için iki kez tekrarlayın.Ardından, kaynak ve dedektör opto konumlarının uzamsal değerlerini belirlemek için bir 3B sayısallaştırma kalemi kullanın. Elastik kapağın her kanalında, veri toplama ve oyun oynamadan hemen önce nasn Ian Oracles ve cz'nin koordinatlarını belirleyin. Kaynak ve dedektör konumlarıyla birlikte metin dosyalarını metin dosyalarına ve anatomik koordinatları kaynak metin dosyalarına kaydedin.Yakalanan 3D koordinatları, ana menüden nears SPM'deki kayıt seçeneğini kullanarak işleyin. Tek başına uzamsal kaydı seçin. Bir sonraki ekranda, 3D sayısallaştırıcı ile seçin ve ilgili diyaloğu kullanarak önceden kaydedilmiş diğerlerini ve kaynak metin dosyalarını seçin.Ardından, uzamsal temsili belirlemek için kayıt NFRI işlevini seçin F'S analizi için, 3B sayısallaştırıcı bilgilerine dayalı olarak analiz edilecek kanalları seçin. Kayıt işleminin çıktısına göre orta ve üst temporal girusta %80 veya daha fazla kayıt olasılığı olan bir kanal seçin. 2,6'dan büyük bir T değerinde veya 0,01'den büyük bir karşılık gelen P değerinde süper eşik voksellerini belirlemek için SPM sekizdeki sonuçlar fonksiyonunu kullanın.Ardından, çakışan süper eşik voksellerini kullanarak ilgilenilen bölgeyi belirleyin. Anatomik bir bölgenin içindeki bir kümeyi tanımlamak için, uyanık orman toplama atlasında bulunan A A L atlasını kullanarak üst ve orta temporal girusu tanımlayın. Bu durumda, ortaya çıkan küme, orta temporal girusta bulunan 572 2 x iki milimetre voksele sahiptir ve koordinat negatif 66, negatif 24 0 ve tepe T 5.73'e eşittir.F N'ler için. Çoğu konuda N'S SPM kullanılarak MNI koordinatlarına dönüştürülen 3D sayısallaştırılmış koordinatları kullanarak FN'nin verilerinden ilgilenilen kanalı belirleyin. Kanal 22, tanımlanan ilgi bölgesinde en yüksek faaliyet olasılığına sahiptir.FMRI için ilgilenilen bölgedeki ortalama olay tetiklenen yanıtı ve 62. aktif ve dinlenme bloğunun birleşik süresi boyunca F'ye yakın olan ilgili kanalı belirleyin. F ns verilerini en iyi şekilde eşleştirmek için FMRI verilerini ölçeklendirerek FMRI ve F nears'ı karşılaştırın. Doğrusal bir regresyon kullanarak, F ns eşittir B çarpı FMRI kullanın, burada regresyon yöntemi B değerini elde eder, böylece F Ns eksi B çarpı FMRI'nın kök ortalama kare değeri en aza indirilir.Son olarak, F ve FMRI sinyallerini iki grubun korelasyonu ile karşılaştırın. Bu şekil, FMRI tarama prosedüründen 16 denekten ve F Ns protokolünden 26 denekten normalleştirilmiş ve ortalaması alınmış ham verileri göstermektedir. Veriler sıfır zamanında sabitlendi ve oyun etkileşiminin aktif aşaması grafiğin ilk 30 saniyesinde gerçekleşti.Bu şekil, tek bir konudan üst üste bindirilmiş kanal konumlarına sahip bir beyin görüntüsünü temsil eder. Birinci ve 22. kanallardan gelen ortalama izler, oksihemoglobin sinyallerini temsil eden düz çizgiler ve deoksihemoglobin sinyallerini temsil eden çizgi çizgileri ile gösterilir. Kırmızı izler müzikle oynanmayı temsil eder ve mavi izler müzikle oynanmayla oynanmayı temsil eder, birinci kanaldan gelen sinyaller, ilgilenilen bölgeyle karşılaştırmak için bir kontrol örneği görevi görür.Bu iki bölgedeki sinyaller, geliştirilmesinden sonra görev yanıtına göre farklılık gösterir. Bu teknik, sistem sinirbilimi alanındaki araştırmacıların, sağlıklı normal deneklerde karmaşık motor görevlerle ilişkili sinirsel aktiviteyi keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, FMRI ve fne kullanılarak elde edilen sonuçların nasıl karşılaştırılacağını iyi anlamış olmalısınız.

fmri-validation-of-fnirs-measurements-during-a-naturalistic-task

Research

JoVE Journal

Behavior

Davranış

Bu makale, tüm vücut animasyon karakterleri, sanal sosyal etkileşimler gözlemleyerek sinirsel ilgisi araştırmak için fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ile birlikte kullanıldığı deneysel bir tasarım ortaya koymaktadır.

Sanal Sosyal Etkileşimleri Gözlem Sinir Bağlantılı Beyin Görüntüleme İncelenmesi

EEG deneylerinde kullanım geçmişi olan bir paradigmanın bir fMRI deneyine aktarılması düşünülür. Görsel tuhaf görevdeki görev taleplerinin manipüle edilmesinin farklı BOLD aktivasyon modelleriyle sonuçlandığı gösterilmiş ve fMRI deneylerinde görev tasarımının ne kadar önemli olduğu gösterilmiştir.

Beyin Görüntüleme Yöntemlerinin Arasında Bilişsel Görevler aktarma: fMRI Çalışmaları Görev Tasarım Etkileri ve Sonuçları Yorumlama

Dik motor görevler sırasında beyin aktivitesini izlemek, hareket bozukluklarının nöral kaynağını araştırırken çok değerlidir. Burada, 4 tip motor görev sırasında kas ve kinematik aktivitenin sürekli izlenmesi ile fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopiyi birleştiren bir protokol gösteriyoruz.

Motorlu Görevler sırasında Eşzamanlı Kinematik ve EMG İzleme ile Duyusal ve Motor Beyin Bölgeleri Fonksiyonel Yakın Kızılötesi Spektroskopisi

Laboratuvar dışında fiziksel kısıtlamalar olmadan beyin aktivitesini izlemek metodolojik zorluklar sunar. Ekolojik bir prospektif hafıza görevi sırasında beyin aktivitesini ölçmek için fibersiz, giyilebilir fonksiyonel bir Yakın Kızılötesi Spektroskopisi (fNIRS) sistemi kullanıldı. Bu sistemin, laboratuvar tabanlı olmayan deneyler sırasında beyin aktivitesini izlemek için kullanılabileceği gösterildi.

Gerçek dünya Bilişsel Görevler Beyin Aktivite Monitör lifsiz, Giyilebilir fNIRS kullanma

Taşınabilir Nörogörüntüleme yaklaşımlar (fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi) önceden ulaşılmaz bölgeleri beyinde incelenmesi için gelişmeler sağlar; Burada, kırsal Fildişi Sahili. Yenilik yöntemleri ve kültürel olarak uygun beyin görüntüleme iletişim kurallarının geliştirme ortamlarında önemli yoksulluk ve sıkıntı ile beynin gelişimi ve çocuk öğrenim çıktıları roman çalışma ruhsatı.

Kullanarak küresel çocuk gelişimi eğitimi için kızılötesi spektroskopi (NIRS) Nörogörüntüleme fonksiyonel beyin görüntüleme alanı yöntemleri: kırsal Sahra Güneyi Afrika

Bu protokol, eşzamanlı EEG ve fNIRS kayıtlarının nasıl gerçekleştirildirilebildiğini ve EEG ile fNIRS verileri arasındaki ilişkinin nasıl denetleniyi açıklamaktadır.

Flanker Görevi ile Eşzamanlı Elektroensefalografi ve Fonksiyonel Yakın Kızılötesi Spektroskopi Kayıtlarının Yapılması

Orijinal Çift Görev Ekranı'nı (DTS), spor kaynaklı hafif travmatik beyin hasarı olan sporcuları değerlendirebilen taşınabilir, düşük maliyetli bir önlem olarak geliştirdik. Gelecekteki klinik kullanım için orijinal DTS'yi revize ettik ve tek ve çift görev performansının sinirsel temellerini ölçmek için DTS'nin nörogörüntüleme uyumlu bir versiyonunu geliştirdik.

Çift Görev Ekranının Gözden Geçirilmiş ve Nörogörünti Uyumlu Sürümleri

Sensorimotor görevine sahip bir blok tasarımı kullanarak sürekli dalga fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi deneyinin analizini açıklıyoruz. Veri analizinin güvenilirliğini artırmak için nitel genel doğrusal model tabanlı istatistiksel parametrik haritalamayı ve çok kanallı karşılaştırmalı hiyerarşik karma modelleri kullandık.

Blok Tasarımı Uygulayan İşlevsel Yakın Kızılötesi Spektroskopi Deneyinden Nitel ve Karşılaştırmalı Kortikal Aktivite Veri Analizleri

Doğal öğrenme ortamında işbirlikçi öğrenme boyaları üzerinde fNIRS hiper tarama deneyleri yapma protokolü özetlenmiştir. Ayrıca, oksijenli hemoglobin (Oxy-Hb) sinyallerinin Beyinler Arası Senkronunu (IBS) analiz etmek için bir boru hattı sunulmuştur.

Açık Uçlu İşbirlikçi Öğrenmede Beyinler Arası Senkron: FNIRS-Hyperscanning Çalışması

Tüm kafa fNIRS kapsamı ile aynı deneklerden fMRI ve fNIRS sinyallerini aynı anda toplamak için bir yöntem sunuyoruz. Protokol üç genç yetişkinle test edilmiştir ve gelişimsel çalışmalar ve klinik popülasyonlar için veri toplama için uyarlanabilir.

Tüm kafa optode dizisi ve kısa mesafeli kanallar kullanılarak fMRI ve fNIRS ölçümlerinin eş zamanlı veri toplanması

Dünya çapında her 6 kişiden 1'inin yaşamları boyunca felç geçireceği ve rehabilitasyon mekanizmaları hala tam olarak anlaşılamayan uzun süreli sakatlığa neden olacağı tahmin edilmektedir. Bu çalışma, bir alt ekstremite robotik terapi seansı sırasında fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopisi (fNIRS) ile beyin aktivasyonunu değerlendirmek için bir protokol önermektedir.

Alt ekstremitenin fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopisi ve robot yardımlı çok eklemli işaretleme hareketlerini kullanan bir deney

Öğrenin, karmaşık motor görevler sırasında fMRI ve fNIRS ile fonksiyonel beyin aktivitesini karşılaştırma yöntemini. Bu teknik, doğal ortamlarda beyin fonksiyonlarını değerlendirmek için fNIRS'in güvenilir bir alternatif olduğunu göstermektedir.

Bir Doğal Görev sırasında fNIRS Ölçümlerin fMRI Doğrulama

Daha fazla video keşfet