Name: Optik Diffüz Korelasyon Spektroskopisi ile İnsan Beyninin Serebral Kan Akışı Nadayalı Dinlenme Durumu Fonksiyonel Bağlantısı (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-05-27T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 13 s
Description: Keşfedin, optik diffüz korelasyon spektroskopisi ile insan beyninde serebral kan akımına dayalı dinlenme durumu fonksiyonel bağlantısını değerlendirmeyi. Bu taşınabilir yöntem, başucu ve doğal ortam izleme için uygundur.

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

Yazarlar Ohio Üçüncü Sınır Ohio Görüntüleme Araştırma ve Yenilik Ağı (OIRAIN, 667750) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (No. 81771876) mali destek kabul etmek istiyorum.

Protokol Wright State Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylandı ve deney den önce her katılımcıdan bilgilendirilmiş onay alındı.
1. Konu hazırlığı
<ol><li>Konunun ölçümlerine başlamadan önce fd-fNIRS ve DCS sistemini en az 10 dakika ısınmak için (daha fazla ayrıntı için bölüm 2 ve 3'e bakın) güçlandırın. Kompakt DCS cihazı ile konu ölçümüörneği Şekil 1'degösterilmiştir.</li>
	<li>İlk olarak, her deneğin kafasındaki inion ile nasion arasındaki mesafeyi ölçmek için bir bant ölçüsü kullanın(Şekil 2A).</li>
	<li>Başlangıç noktası olarak nasion ile, mürekkep işaretçisi ile inion mesafenin% 10 olan konumu işaretleyin. Bu, EEG 10/20 montajının Fp1 ve Fp2 arasındaki noktayı gösterir (Şekil 2A).</li>
	<li>EEG 10/20 kapağı (Bkz. Malzeme Tablosu)kullanarak, işaretli nokta Fp1 ile Fp2 arasında olacak şekilde kapağı ayarlayın.</li>
	<li>Fp1 ve F7 (sol korteks) ile Fp2 ile F8 (sağ korteks) arasındaki noktayı işaretleyin. Bu, üst prefrontal korteks ile dorsolateral prefrontal korteks (DLFC) ile dLFC ve inferior prefrontal korteks (IFC) arasındaki sınırları temsil eder, sırasıyla, sol ve sağ hemisferler için(Şekil 2A).</li>
	<li>3D baskılı bir sonda kullanarak, çok modlu lifleri (MMF) yeni işaretlenmiş noktalara (Şekil 2C'deki"S" noktaları) yerleştirin ve her biri 785 nm lazer ışık kaynağına(Şekil 2B,C)bağlayın.</li>
	<li>Tek modlu lifleri (Kobİ'leri) MMF'den 2,75 cm uzağa yerleştirin. DLFC'ye ("DLFC,1" ve "DLFC,2") ve IFC'ye (yer "IFC") iki lif yerleştirilmelidir. SMF'nin yerleşimi korteksin her iki tarafında toplam altı SMF(Şekil 2c)için çoğaltılır.</li>
	<li>Korteksin her iki tarafına "Ds"yerine MMF'nin 1 cm altına başka bir SMF yerleştirin (kafa derisindeki kan akışının tespiti için) ve Kobİ'lerin her birini tek foton sayma makinelerine bağlayın(Şekil 2C).</li>
</ol>p sınıfı="jove_title">2. FD-fNIRS ayarları ve kalibrasyonu

<ol><li>Herhangi bir ışığı kapatın ve kalibrasyona hazırlanmak için FD-fNIRS sistemini açın. DİkKAT: Genel bir önlem olarak, ışık kaynaklarına ve lif çıkışlarına doğrudan bakmayın, çünkü bu göz hasarına neden olabilir. IR sensör kartı(Malzeme Tablosu)kullanın.</li>
	<li>Gürültüsüz çalışma sağlamak ve dedektörlerin zarar görmesini önlemek için dedektörlerin oda ışık seviyelerine gereksiz şekilde maruz kalmasını önleyebilirsiniz.</li>
	<li>Işık kaynaklarını ve dedektörleri sistemi çalıştırarak ve en az 10 dakika (tercihen, en iyi doğruluk ve stabilite için en az 20 dk ve 1 h maksimum) ışık açık, modülasyon ve dedektör voltajı ile çalıştırın.</li>
	<li>GUI tabanlı veri toplama yazılımlarını çalıştırın. "Otomatik sapma" düğmesine basarak dedektör kazancını ayarlayarak sensör ekive ve bir kalibrasyon fanatonuna (bilinen optik özellikleripolidiethylsiloxane tabanlı hayalet, Malzeme Tablosu'nabakın) sabitlenmiş olarak ayarlayın. Aşırı voltaj uyarısı yanıp sönerse, kazancı düşürün.</li>
	<li>Maksimum sinyali almak için dedektör kazancını ayarladıktan sonra, kaynak liflerden birini dedektörden kesin ve doğru akımın (DC) ilgili kaynak lifi için ölçüm süresi başına 20'den az olduğunu doğrulayın. Bu değerden büyükse, dedektör45'eaşırı oda ışığı sızıyor olabilir. Bu durumda, sistem kapatılmalıdır, o zaman odadaki herhangi bir fazla ışık bloke /kaldırıldı ve adımlar 2.4-2.5 tekrarlanır.</li>
	<li>Her kaynaktan ve dedektörden uygun sinyal seviyesini doğrulayın. Sistem bunu ölçüm döngüsü başına 100'ün üzerinde ve 1.500'ün altında olarak tanımlar.</li>
	<li>GUI'deki "Kalibrasyon" düğmesine basarak kalibrasyon gerçekleştirin. Sistem ölçümler alacak ve bilinen hayalet optik özelliklerini doğru ölçmek için kalibrasyon faktörleri uygulayacak. Bu kalibrasyon faktörleri kaydedilir ve in vivo ölçümlere otomatik olarak uygulanır.</li>
	<li>Standart bir hayalet üzerinde sistem performansının kaydını sağlayacak kalibrasyon verilerini kaydedin.</li>
</ol>3. DCS ayarları
DİkKAT: Genel bir önlem olarak, olası göz hasarını önlemek için ışık kaynaklarına ve lif çıkışlarına doğrudan bakmayın. IR sensör kartını kullanın (bkz. Malzemeler Tablosu).
<ol><li>Otomatik korelasyon eğrileri için doğru ham veri elde etmek ve dedektörlerin zarar görmesini önlemek için dedektörlerin (yani oda ışığının) gereksiz şekilde maruz kalmasını önleyin.</li>
	<li>DCS lazer ışık kaynaklarını ve SPCM'i (Bkz. Malzeme Tablosu)"açık" konuma getirerek ve en az 10 dakika (tercihen en az 20 dk ve optimum doğruluk ve stabilite için maksimum 1 saat) çalıştırarak ısıtın.</li>
	<li>Her dedektör ve yarı kantitatif gerçek zamanlı kan akışı değerleri için foton sayımlarını görüntüleyen GUI tabanlı DCS veri toplama yazılımını çalıştırın. Lif pozisyonunu, açısını (fiber yüzün cilt yüzeyine dik olması gerekir) ve veri toplama zamanlaması en az 5.000 sayım/s (gürültü oranına yeterli bir sinyal için) ve 1.000.000 sayım/s'nin altında (zararlı dedektörleri önlemek için)(Şekil 3A)bir sinyal elde etmek için ayarlayın.</li>
	<li>Her dedektörden yeterli foton sayımı düzeylerini (adım 3.3) foton sayısı düzeyini ve monitörde gösterilen gerçek zamanlı otomatik korelasyon eğrilerine yakın kontrol ederek doğrulayın.</li>
	<li>Monitörde görüntülenen otokorelasyon eğrisinin y-yolunu kontrol ederek herhangi bir ortam ışığı sızıntısı olmadan yeterli fiber teması doğrulayın. En uygun değer polarize olmadan ~1.5 'dir (Şekil 3B).</li>
	<li>Probun ve ölçümlerin, elastik bandı sıkarak hareket eserini sıkılaştırarak hareket eserine yatkın olmadığını, böylece harekete karşı koyacak kadar sıkı olduğunu ancak konuya rahatsızlık duymasını önleyecek kadar gevşek olduğunu doğrulayın. Kullanıcı ayrıca monitördeki otokorelasyon eğrilerini aynı anda kontrol etmelidir, bu da otokorelasyon eğrisinin daha uzun korelasyon süresi için 1'e gerilemesi (τ > 10 ms)(Şekil 3C).</li>
</ol>4. Veri toplama
<ol><li>8 dk ölçüm sırasında herhangi bir hareketi en aza indirmek için konu talimat.</li>
	<li>Işıkları kapatın ve nesnenin gözleri kapalı rahat bir pozisyonda oturduğundan emin olun.</li>
	<li>DCS probunun bitişiğindeki alnına FD-fNIRS sistemi optik probu yerleştirerek temel FD-fNIRS ölçümleri yapın. Ardından, FD-fNIRS edinme GUI'deki "Edinme" düğmesine basın. Bu veriler, dinamik optik parametre, CBFi17,20'nin sayısallaştırılması için kullanılacak statik optik özellikler, emme parametreleri ve saçılma parametreleri(μa, μ's)sağlayacaktır.</li>
	<li>FD-fNIRS ölçümleri tamamlandıktan sonra, DCS veri toplama GUI'deki "Çalıştır" düğmesine basarak optik DCS ölçümleri hakkında veri edinimi ne başlar. Maksimum 2 s tümleştirme süresine sahip toplam 8 dakika boyunca veri toplayın (her konu için sinyal-gürültü oranına bağlı olarak daha az tercih edilir).</li>
	<li>Gerekirse, denemeyi ilk denemeden 1 saat sonra tekrarlayın veya yorgunluk, uyarıcı veya sıcaklık gibi dış varyasyonları azaltmak için deneyi günün benzer bir saatinde tekrarlayın.</li>
</ol>5. Veri analizi
<ol><li>FD-fNIRS verileri için, eğim yöntemi 46,,47,4848,49,50,51,52,53ile işlenen optik emilim ve saçılma özelliklerini(μa, μ's)ayıklayın.</li>
	<li>DCS için, işlem sonrası gerekli olduğundan, sekiz kanalın her birinden otomatik korelasyon ham verilerini veri çözümleme yazılımına aktarın.</li>
	<li>CBF ile ilgili parametre nicelliğison değerlendirmelerde6,27,54ayrıntılı olarak açıklanır. Kısaca, normalleştirilmiş yoğunluklu otokorelasyon fonksiyonundan (g2 [r,τ]), Siegert ilişkisini kullanarak normalleştirilmiş diffüz elektrik alanı zamansal otokorelasyon fonksiyonunu (g1 [r,τ]) ayıklayın: g2 (r,τ) = 1 + β | g 1 (r,τ)| 2 . NOT: β sabit, tespit edilen uzamsal modların sayısı ile orantılı6,17,27,55,56, 0 ile 1 arasında değişmektedir ve (normalleştirilmiş) elektrik alanı otokorelasyon fonksiyonu g1takılarak elde edilir.</li>
	<li>Uyumdan kan akışına bağlı bir parametre (αDB)elde etmek için, g16,27,,54 için analitik çözümü kullanın ve verileri modele veya bozunma oranına sığdırın: BIRINCI DENKLEM NOT: Yukarıdaki denklemde ko ortadaki ışığın dalga sayısıdır, α doku kan hacmi fraksiyonu ile orantılı bir faktördür ve DB etkili Brownian katsayısıdır. αDB kan akımı indeksi (BFI)6,54 veya CBFi17olarak tanımlanabilir. Burada CBFi kullanılır.</li>
	<li>FD-fNIRS'den elde edilen optik parametreleri kullanarak modeli sığdırın. Sığacak ana parametreler CBFi ve β'dır. NOT: Şekil 3A analiz için yeterli olan temsili verileri gösterir. (1) otokorelasyon fonksiyonu 1,5 (β < 0.5) (yani, Şekil 3Bdurumunda , fonksiyonun ~1.2, β < 0.2, oda ışığı sızıntısı nedeniyle) veya (2) otokorelasyon eğrisi daha uzun korelasyon süresi için 1'e çürümezse (τ > 10 ms) (örneğin, Şekil 3Cdurumunda, hareket objesi, bu tür baş veya sonda hareketi, kullanılmaz verilere yol açar).</li>
	<li>Yavaş sürüklenme kaldırmak için ikinci dereceden polinom uyumu kullanarak sayısallaştırılmış sonuçları detrend(Şekil 4A).</li>
	<li>Mayer dalgaları gibi istenmeyen beyin frekanslarını kaldırmak için 0.009-0.080 Hz passbandı olan sıfır fazlı ikinci derece Butterworth filtresi kullanın (Şekil 4A).</li>
	<li>Korteksin her iki tarafındaki yüzeysel kafa derisi sinyallerini kaldırmak için kısa mesafe ölçümüne karşı her kanaldan artıkları elde etmek için doğrusal regresyon kullanın(Şekil 4B).</li>
	<li>Beyin bölgeleri arasındaki dinlenme durumu işlevsel bağlantısını belirlemek için her kanal çifti arasındaki Pearson korelasyon katsayısını hesaplayın(Şekil 5).</li>
	<li>Bağıntı değerini Fisher Z dönüşümünü kullanarak z değerine dönüştürün ve p değerini elde etmek için t-testi gerçekleştirin (Şekil 5). Birden çok karşılaştırma düzeltmesi için yanlış bulma oranı (FDR) kullanın.</li>
</ol>

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları beyan.

CBF olarak DCS tarafından ölçülen doğru RSFC tespit olup olmadığını belirlemek için, bilinen RSFC özellikleri ile beynin iki alan incelenmiştir. DLFC bölgeleri ile DLFC ve IFC arasında fonksiyonelbağlantının 57,58,59olarak varsayıldığı varsayılır.59 Bölge içi bağlantı genellikle daha yüksek olduğundan, sol ve sağ DLFC içindeki iki site arasındaki bağlantı seçildi. Ayrıca, bölgeler arası bağlantının daha zayıf olduğu bilindiğinde...

Beyin istirahat halindeyken, işlevsel olarak ilişkili bölgelerde spontan aktivitenin yüksek senkronizasyonunu gösterir, bu da yakın bir yerde veya uzaktan bulunabilir. Bu senkronize bölgeler işlevselağlar1 ,2,3,,4,5,6,7,8,,9olarak bilinir., Bu fenomen ilk olarak, serebral kan5,10oksijenlenmedüzeylerini gösteren kan oksijen seviyesine bağlı (BOLD) sinyalleri kullanılarak yapılan fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) çalışması ile ortaya çıkarıldı. RSFC anormallikleri gibi beyin bozuklukları ile ilişkili bulunmuştur11, Alzheimer12, ve depresyon13. Bu nedenle, RSFC sorun görev tabanlı değerlendirmeler icra sorun olan bozuklukları olan hastalar için değerli bir araçtır. Ancak, genç otistik çocuklar gibi birçok hasta, fMRI tarafından değerlendirilmesi için kötü adaylar, bu süre14,,15uzun bir süre için kapalı bir alanda hala kalan gerektirir gibi. Optik görüntüleme hızlı ve giyilebilir; bu nedenle, özellikle pediatrik popülasyon16, 17,,1818,19,20,2121,22,23,24olmak üzere hastaların çoğunluğu için uygundur. Bu avantajları kullanarak, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS), beyinde hemoglobin konsantrasyonu ve oksijen doygunluk parametreleri ölçmek için kullanılabilir, insanlarda RSFC ölçmek için kullanılır (pediatrik nüfus dahil4,8,25 ve otizm li hastalar11).
Optik diffüz korelasyon spektroskopisi (DCS), nispeten yeni bir optik teknik,serebralkan akışını ölçebilir, hangi metabolizma ile oksijen kaynağı ilişkilendiren önemli bir parametre 6,17,26,27,28,29. DCS tarafından ölçülen optik akış kontrastı oksijenasyon kontrastı30ile karşılaştırıldığında beyinde daha yüksek hassasiyete sahip olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, RSFC değerlendirmek için DCS kaynaklı CBF parametrelerinin kullanılması avantajlıdır.
DCS hareket eden kan hücrelerine karşı hassastır. Difüzyon fotonlar hareket eden kan hücrelerinden dağılım, bu zaman içinde dalgalanma tespit ışık yoğunluğu neden olur. DCS zaman ayarı merkezli yoğunluk otokorelasyon fonksiyonunu ölçer ve çürüme hızı optik parametrelere ve kan akışına bağlıdır. Bu değerler sonuçta serebral kan akımı indeksi elde etmek için kullanılır (CBFi). Daha hızlı hareket eden kan hücreleri ile yoğunluk otokorelasyon fonksiyonu daha hızlı çürür. Bu nedenle, doku yüzeyinin derinliklerindeki hareket le ilgili bilgiler zaman içinde yayılan ışık dalgalanmalarının ölçümlerinden (örneğin, beyinde) elde edilebilir27,31,32,33,,34,35.35 DCS kan oksijenasyon17,36ölçer yaygın olarak bilinen fNIRS tamamlayıcı bir tekniktir. Hem fNIRS hem de DCS milisaniye aralığında yüksek zamansal çözünürlüğe sahip optik beyin görüntüleme teknikleri olduğundan, optik görüntüleme kurulumları hareket yapılarına fMRI'den çok daha az duyarlıdır. Ayrıca çok küçük bebekler de dahil olmak üzere pediatrik popülasyonlarda fonksiyonel beyin görüntüleme için başarıyla kullanılmıştır16. Daha önce, yüzeyel kan akımı ölçümleri farelerde klinik öncesi çalışmalarda RSFC değerlendirmek için kullanılmıştır37. Burada, kan akımı parametreleri bir kanıtı-of-kavram çalışması38,39olarak dokuz sağlıklı yetişkin RSFC ölçmek için kullanılır.
Bu çalışmada, ticari bir FD-fNIRS sistemi ve özel DCS sistemi kullanılmaktadır(Bkz. Malzeme Tablosu). Şirket içinde inşa edilen DCS iki 785 nm, 100 mW, uzun tutarlılık uzunluğu sürekli dalga lazerler bir FC konektör ve sekiz tek foton sayma makineleri (SPCM) bir otomatik correlator bağlı birleştiğinde oluşur. Özel bir yazılım grafik kullanıcı arayüzü (GUI) da görüntülemek ve foton sayıları, otokorelasyon eğrileri ve gerçek zamanlı olarak her SPCM kanalının yarı kan akışını kaydetmek için bu sistem için özel olarak yapıldı. Bu sistemdeki parçalar genellikle DCS16,17,31,,32,40,42,43,44için kullanılır ve elde edilen sonuçlar da şirket içinde doğrulanmış ve yeni bir çalışmada39kullanılır .43

<table><tbody><tr><td>3D Baskılı Prob</td><td>Şirket İçi</td> N<td>/A</td><td>3D baskılı PLA probu (Craftbot, Craft benzersiz)</td></tr><tr><td>785nm, 100mW, CW, FC bağlantılı Lazer</td><td>CrystaLaser</td><td>DL785-100-S</td><td>DCS bileşeni (ışık kaynağı)</td></tr><tr><td>Otomatik korelasyon Correlator.com</td><td></td><td>Flex05-8ch</td><td>DCS bileşeni (PC'ye çıkış g2 eğrisi)</td></tr><tr><td>Veri Toplama GUI</td><td>Şirket içi</td><td>N/A</td><td>GUI, çalıştırmak için LabVIEW'de kodlanmıştır. DCS sistemi</td></tr><tr><td>Veri analiz yazılımı</td><td>RSFC sonuçlarını almak için kullanılan</td><td>kurum içi</td><td>N/A</td> Matlab kodu</tr><tr><td>EEG Elektrot Kapağı</td><td>OpenBCI</td><td>N/A</td><td>Standart 10/20 konumlu EEG ağ kapağı</td></tr><tr><td>Çok modlu fiber</td><td>OZ Optik</td><td>QMMJ-3,2.5-IRVIS-600/630-3PCBK-3</td><td>DCS bileşeni (kaynak fiber)</td></tr><tr><td>Oxiplex kalibrasyon fantomu</td><td>ISS</td><td>75019, 75020</td><td>2 PDMS seti Kalibrasyon Fantom</td></tr><tr><td>Oxiplex kas probu</td><td>ISS</td><td>86010</td><td>4 kanallı kas probu</td></tr><tr><td>Oxiplex Oksimetre</td><td>ISS</td><td>95205</td><td>FD-fNIRS (690nm, 830nm)</td></tr><tr><td>Güç ölçer</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>Lazer ışık gücü ayarlayıcı</td></tr><tr><td>Sensör kartı</td><td>Thorlabs</td><td>F-IRC1-S</td><td>lazer IR ışın görüntüleyici</td></tr><tr><td>Tek modlu fiber</td><td>OZ Optik</td><td>SMJ-3S2.5-780-5 / 125-3PCBK-3</td><td>DCS bileşeni (dedektör fiberi)</td></tr> <tr><td>Tek Foton Sayma Makinesi</td><td>Excelitas</td><td>SPMC-NIR-1x2-FC</td><td>DCS bileşeni (dedektör)</td></tr></tbody></table>

optik diffüz korelasyon spektroskopisi ile İnsan beyninin serebral kan akışı nadayalı dinlenme durumu fonksiyonel bağlantısı

Cerebral Blood Flow-Based Resting State Functional Connectivity of the Human Brain using Optical Diffuse Correlation Spectroscopy

Serebral oksijen kaynağı ile ilgili önemli bir hemodinamik parametre olduğu için, insan beyninin kapsamlı bir anlayış elde etmek için, kontrast kaynağı olarak serebral kan akımı (CBF) kullanımı istenir. Oksijenasyon kontrastına dayalı istirahat durumu düşük frekanslı dalgalanmaların işlevsel olarak bağlı bölgeler arasında korelasyon sağladığı gösterilmiştir. Sunulan protokol, insan beyninde kan akışı tabanlı istirahat durumu fonksiyonel bağlantısını (RSFC) değerlendirmek için optik diffüz korelasyon spektroskopisi (DCS) kullanır. İnsan frontal kortekste CBF tabanlı RSFC sonuçları, her iki kortekste de bölgeler arası RSFC'ye kıyasla intra-bölgesel RSFC'nin sol ve sağ kortekslerde anlamlı olarak daha yüksek olduğunu göstermektedir. Bu protokol, özellikle pediatrik popülasyonda insan beyin fonksiyonlarını incelemek için çok modal görüntüleme teknikleri kullanan araştırmacıların ilgisini çekebilir.

Fonksiyonel bağlantıyı ölçmek için DCS kullanmanın fizibilitesi başarıyla39olarak demostrated oldu. Dokuz deneğin prefrontal kortekslerinde istirahat durumu fonksiyonel bağlantısı ölçüldü. Sonuçlar (ortalama ± SD) sol (0.64 ± 0.25) ve sağ (0.62 ± 0.23) kortekslerin bölge içi bölgesinde daha yüksek korelasyon olduğunu göstermiştir, sol (0,32 ± 0,32), (0,34 ± 0,27) ve sağ (0,34 ± 0,29), (0,34 ± 0,26) kortekslerin bölgeler arası bölgesiile karşılaştırıldığında. (Şekil 5)...

Bu protokol, özel yapım diffüz korelasyon spektroskopi aleti kullanarak insan prefrontal korteksinde istirahat durumu fonksiyonel bağlantısının nasıl ölçültilebildiğini göstermektedir. Raporda ayrıca deneyin pratik yönleri ve verileri analiz etmek için ayrıntılı adımlar tartışılmaktadır.

Optik Diffüz Korelasyon Spektroskopisi ile İnsan Beyninin Serebral Kan Akışı Nadayalı Dinlenme Durumu Fonksiyonel Bağlantısı

To obtain a comprehensive understanding of the human brain, utilization of cerebral blood flow (CBF) as a source of contrast is desired because it is a ...

Bu protokol, istirahat durumunda beyin kan akışını değerlendirmek için değişken optik problar kullanır. Bu tekniğin önemli bir avantajı taşınabilirliğidir. Başucu izleme için çok uygun hale getirir.Giyilebilir prob, hem tanıhem de terapötik uygulamalar için deneklerin doğal ortamlarında istirahat durumu fonksiyonel bağlantı ölçümlerinin alınmasını sağlar. Bu protokol, istirahat durumu fonksiyonel bağlantı ölçümleri sırasında beyin kan akışını değerlendirmek için giyilebilir optik problar kullanır. Chien Poon'la prosedürü göstermek Ben Rinehart olacak, laboratuvarımdan yüksek lisans öğrencisi.Analize başlamadan en az 10 dakika önce, FD-fNIRS ve DCS'yi ışık modülasyonu ve dedektör gerilimi ile çalıştırın. Deneğin kafasındaki nasion ve inion arasındaki mesafeyi ölçmek için bir bant ölçüsü kullanın. Başlangıç noktası olarak nasion kullanarak, inion mesafe% 10 olan konumu belirlemek için bir mürekkep işaretçisi kullanın.EEG 10/20 kapağını konunun kafasına, işaretli nokta Fp1 ve Fp2 arasında olacak şekilde yerleştirin. Sol kortekste Fp1 ve F7 arasındaki noktayı ve sağ korteksteki Fp2 ile F8 arasındaki noktayı işaretleyin ve superior prefrontal korteks ile dorsolateral prefrontal korteks arasındaki sınırları ve dorsolateral prefrontal korteks ile sol ve sağ hemisferler için inferior prefrontal korteks arasındaki sınırları belirleyin. 3D baskılı bir sonda kullanarak, çok modlu lifleri 785 nanometre lazer ışık kaynağına bağlayın.Daha sonra korteksin her iki tarafındaki Ds konumundaki çok modlu liflerin bir santimetre altına tek modlu fiber yerleştirin ve tek modlu liflerin her birini tek tek foton sayma makinelerine bağlayın. Tek modlu lifleri çok modlu liflerden 2,75 santimetre uzağa yerleştirin ve sol ve sağ dorsal lateral prefrontal kortekslere bir lif ve inferior prefrontal kortekse bir lif yerleştirin. Ve yeni işaretlenmiş noktalar üzerinde çok modlu lifler yerleştirin.FD-fNIRS sistemini kalibrasyon ayarı için hazırlamak için, tüm ışıkları kapatın ve grafik kullanıcı arabirimi veri toplama yazılımını açın. Dedektör kazancını ayarlamak için otomatik sapma düğmesini tıklatarak sensör takılı ve bir kalibrasyon fanatonuna sabitlenmiş en iyi sinyali elde edin. Aşırı voltaj uyarısı yanıp sönerse, kazancı düşürün.Maksimum sinyal alındıktan sonra, arka plan ışık sızıntısı dedektör tarafından ölçülebilir böylece kaynak liflerden birini kesmek. Ve doğru akımın ilgili kaynak lifiçin ölçüm dönemi başına 20'den az olduğunu doğrulayın. Ardından, her kaynak ve dedektörde uygun sinyal seviyesi okumasını doğrulayın ve kalibrasyon'u tıklatın.Sistem ölçümler alacak ve bilinen hayalet optik özelliklerini doğru ölçmek için kalibrasyon faktörleri uygulayacak. Ardından, standart bir hayalet üzerinde sistem performansının kaydını sağlayacak olan kalibrasyon verilerini kaydedin. DCS'yi kurmak için, sistem lazer ışık kaynaklarını ve tek foton sayma makinelerini en az 10 dakika ısıtın.Grafik kullanıcı arabirimi sistemi satın alma yazılımında, saniyede en az 5,000 ve saniyede 1,000,000 sayısının altında olmak için grafik kullanıcı arabirimini kontrol ederek her bir fiberin kontamasını doğrulayın. Her dedektörden yeterli foton sayımı düzeylerinin alındığını doğrulamak için foton sayımı düzeyini ve neredeyse gerçek zamanlı otokorelasyon eğrilerini kontrol edin. Herhangi bir ortam ışığı sızıntısı olmadan yeterli bir fiber teması doğrulamak için, otomatik korelasyon eğrisinin y-kesesini kontrol edin.Polarize olmadan en uygun değer yaklaşık 1,5'tir. Prob ve ölçümlerin hareket objelerine yatkın olmadığını doğrulamak için elastik bandı sıkın, böylece harekete karşı koyacak kadar sıkı dır ancak konuya rahatsızlık duymayı önleyecek kadar gevşektir. Daha sonra, otomatik korelasyon eğrisinin daha uzun korelasyon süreleri için bire decays gibi otokorelasyon eğrileri kontrol edin.Daha sonra deneğin gözleri kapalı rahat bir pozisyonda oturduğunu doğrulayın. FD-fNIRS sistem optik probu DCS probubitişik alnına yerleştirin ve FD-fNIRS satın alma yazılımında Edinme'yi tıklatın. Bu veriler, dinamik optik parametrenin sayısallaştırılması için kullanılacak statik optik özellikler, emme parametreleri ve saçılma parametreleri sağlayacaktır.Tüm ekipman hazır olduğunda, ölçüm sırasında herhangi bir hareketi en aza indirmek ve ışıkları kapatmak için konu talimat. FD-fNIRS ölçümleri tamamlandıktan sonra DCS veri toplama arabiriminde Çalıştır'ı tıklatın ve en fazla iki saniyelik tümleştirme süresiyle toplam sekiz dakika boyunca veri toplayın. Bu temsili analizde, prefrontal kortekslerde istirahat durumu fonksiyonel bağlantısı dokuz denekte ölçüldü.sol ve sağ kortekslerin bölge içi bölgesinde, sol ve sağ kortekslerin bölgeler arası bölgesinden daha yüksek korelasyon gözlendi. Ayrıca, her iki korteksin inter ve bölgeler arası istirahat durum işlevlerini karşılaştıran T-test analizi bu değerler arasında anlamlı bir fark ortaya koymuştur. DcS parametrelerinin kabul edilebilir aralıklar içinde olduğunu doğrulamak önemlidir, çünkü bu adımların yeterince gerçekleştirilememesi kullanılamaz verilerin elde edilmesine neden olabilir.Diffüz korelasyon spektroskopisi kan akışının non-invaziv ölçüm sağlayabilir. Çeşitli uyarılar üzerinde istirahat veya aktif beynin fonksiyonel bağlantı çalışması için yararlı bir araç yapma. Kan akımının non-invaziv ölçümleri nörolojik hastalıklariçin tedavi ve tedavilerin değerlendirilmesi için yararlıdır.Bu işlemi gerçekleştirirken, her zaman uygun lazer güvenlik yönergelerine uyduğunuzdan emin olun.

cerebral-blood-flow-based-resting-state-functional-connectivity-human

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Biz oksijen metabolizmasının bir dizin tahmin etmek serebral kan akımı indeksi diffüz korelasyon spektroskopisi önlemler ile serebral hemoglobin oksijenasyon frekans etki yakın kızılötesi spektroskopi önlemler birleştirdi. Biz yenidoğan beyin sağlığı ve gelişimi değerlendirmek için bir başucu tarama aracı olarak bu önlemin programı test.

Bebeklerde Serebral Metabolizma ve Hemodinamiğin Noninvaziv Optik Ölçüm

Bu videoda, hafif travmatik beyin hasarı olan bir fare modelinde serebral kan akışını ölçmek için yaygın korelasyon spektroskopisi tekniğini gösteriyoruz.

Bir fare modelinde serebral kan akışını değerlendirmek için yaygın korelasyon spektroskopisi

Kaynak: Hage, B. D. et. al., Serebral kan akışını izlemek için fonksiyonel transkraniyal Doppler ultrason. J. Vis. Uzm.  (2021) Bu video, Doppler ultrasonun fonksiyonel olarak kullanımını göstermektedir. serebral kan akış hızını veya CBFV'yi gerçek zamanlı olarak ölçmek için görüntüleme aracı. Nefes tutma gibi görevler sırasında orta serebral arterdeki frekans değişimlerinin CBFV'deki değişiklikleri nasıl ortaya çıkardığını vurgulayarak beyin aktivitesi ve vasküler dinamikler hakkında bilgi...

Transkraniyal Doppler Ultrason ile Serebral Kan Akışının Fonksiyonel Görüntülenmesi

Kaynak: Nishidate, I.,  et al. In Vivo Sıçan Beyninin Serebral Hemodinamik ve Işık Saçılma Özelliklerinin Multispektral Diffüz Yansıma Görüntüleme Kullanılarak Eş Zamanlı Değerlendirilmesi. J. Vis. Uzm. (2017)Bu video, anestezi uygulanmış bir sıçanda serebral kan akışını, oksijen seviyelerini ve doku yapısı değişikliklerini analiz etmek için multispektral yaygın yansıma görüntülemenin kullanımını gösterir ve değişen koşullar altında beyin hemodinamiği ve morfolojisi hakkında bilgi sağlar.

Sıçan Serebral Kan Akımı ve Doku Yapısının Multispektral Diffüz Yansıma Görüntülemesi

Kaynak: Menezes Forti, R. et al. Diffüz Optik Spektroskopiler ile Nörokritik Hastaların Gerçek Zamanlı İzlenmesi. J. Vis. Uzm. (2020)Bu video, insanlarda serebral kan akışını ölçmek için Diffüz Korelasyon Spektroskopisinin (DCS) kullanımını göstermektedir. Sistemi hazırlamak, probu kalibre etmek, katılımcının alnına yerleştirmek, dağınık ışık verilerini elde etmek ve beyindeki kan akışı dinamiklerini yorumlamak için yoğunluk dalgalanmalarını analiz etmek için adımları ana hatlarıyla belirtir.

Bir İnsan Denekte Serebral Kan Akışını Ölçmek için Yaygın Korelasyon Spektroskopisi

Serebral hemodinamik ve in vivo sıçan beyin dokusunun ışık saçılım özelliklerinin aynı anda değerlendirilmesi, geleneksel bir çok bantlı dağınık yansıtıcılık görüntüleme sistemi kullanılarak araştınlır.

Serebral Hemodinamiğin ve Işık Saçılımının Eşzamanlı Değerlendirilmesi<em&gt; In Vivo</emÇokspektrumlu yaygın reflektans ımaging&#39;i kullanarak&gt; Sıçan Beyin

Burada, nörokritik hastaların serebral hemodinamiğini gerçek zamanlı olarak ve yatak başında diffüz optik kullanılarak invaziv olmayan bir şekilde izlemek için bir protokol sunulmuştur. Spesifik olarak, önerilen protokol, serebral oksijenasyon, serebral kan akışı ve serebral metabolizma hakkında gerçek zamanlı bilgileri tespit etmek ve görüntülemek için hibrit bir yaygın optik sistemler kullanır.

Diffüz Optik Spektroskopilerle Nörokritik Hastaların Gerçek Zamanlı İzlenmesi

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

Bu çalışma, serebral fonksiyonel bölgeler için serebral kan akışı (CBF) atlasını türetmek için manyetik rezonans görüntüleme-arteriyel spin etiketleme görüntülerini entegre etti. Tipik sağlıklı ve kronik serebral iskemi CBF atlaslarının karşılaştırılması, bölgesel CBF dağılımlarında önemli farklılıklar ortaya çıkardı ve fonksiyonel CBF'nin hızlı, noninvaziv değerlendirmelerinin tanı ve terapötiklerin değerlendirilmesine yardımcı olmasını sağladı.

Manyetik Rezonans Görüntüleme-Arteriyel Spin Etiketleme Kullanılarak Serebral Fonksiyonel Bölge Tabanlı Serebral Kan Akış Atlasının Yapımı ve Uygulaması

Bu çalışma, 27 yetişkinle 23 dakikalık bir blok tasarımlı yoga asana dizisi sırasında prefrontal korteks aktivitesini ölçmek için fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopisi (fNIRS) kullandı. Dinlenme durumu bağlantısı antrenmandan önce ve sonra kaydedildi. Bulgular, fNIRS'in hareket temelli araştırmalardaki etkinliğini vurgulamakta ve yoga asanalarının etkileri hakkında nörolojik bilgiler sağlamaktadır.

fNIRS Kullanarak Blok Tasarımlı Yoga Asana Uygulaması Sırasında Prefrontal Korteks Aktivitesinin Dinlenme Durumu Bağlantısı ve Nörogörüntülemesi

Keşfedin, optik diffüz korelasyon spektroskopisi ile insan beyninde serebral kan akımına dayalı dinlenme durumu fonksiyonel bağlantısını değerlendirmeyi. Bu taşınabilir yöntem, başucu ve doğal ortam izleme için uygundur.

Optik Diffüz Korelasyon Spektroskopisi ile İnsan Beyninin Serebral Kan Akışı Nadayalı Dinlenme Durumu Fonksiyonel Bağlantısı

Daha fazla video keşfet