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

Aynı deneklerden aynı anda fMRI ve fNIRS sinyalinin toplanması son derece önemlidir çünkü fNIRS sinyalini nörogörüntülemede altın standart olan fMRI ile hizalamamıza izin verir. fNIRS hala gelişmekte olan bir metodolojidir ve daha derin beyin yapılarına ulaşamaz. Bu yüzden fMRI kayıtları bize fNIRS sinyalini daha iyi anlamamızı sağlar.

Aynı katılımcının beyninden fNIRS ve fMRI sinyallerini kaydetmeye yönelik önceki girişimler iki kayıt seansı gerektiriyordu. Ne yazık ki, bu iki seans, katılımcının aynı uyaranları tekrar tekrar gördüğü ve duyduğu anlamına gelir, bu da beynin tepki verme şeklini değiştirebilir. Protokolde, fMRI ve fNIRS sinyalleri sadece tipik yetişkinlerde hizalanmış olsa da, mevcut protokolün klinik ve gelişimsel popülasyonları test etmek için de genişletilebileceğini umuyoruz.

Bu, örneğin, nöropsikolojik eksiklikleri olabilecek bireylerden veri toplarken özellikle önemli olacaktır, çünkü fNIRS sinyalini en yüksek güvenle yorumlayabileceğiz. Bu eşzamanlı fNIRS ve fMRI kayıtlarının, özel popülasyonlar ve çocuklar için beyindeki sinir ağlarını anlamada özellikle önemli olacağına inanıyoruz. Hiç şüphe yok ki fMRI ve fNIRS sinyallerini aynı anda toplamak zordur, ancak tüm adımlar üzerinde çalışıyoruz ve protokolümüzün diğer laboratuvarların da aynı tür verileri toplamasını sağlayacağından eminiz.

Ana zorluklardan biri, katılımcının, özellikle de tam bir kafa fNIRS başlığı takarken tarayıcıda rahat olmasını sağlamak olacaktır. Prosedürü gösteren, laboratuvarımızın laboratuvar yöneticisi Virginia Chambers olacaktır. Katılımcı gerekli onay formlarını imzaladıktan ve görevler için talimatları aldıktan sonra, onları kontrol odasında bir sandalyeye oturmaya yönlendirin.

Alnın etrafına yumuşak bir ölçüm bandı sarın. Arkadaki en geniş kısma geçin ve başlangıç noktasına dönün. Ölçülen çevreye en yakın fNIRS alaborasını seçin.

Kısa mesafe dedektörü problarının tabanını, rondelanın fNIRS kapağının ağından geçen kısmının etrafından sıkıca kavrayın ve kaydırın. Net bir yüz alanı için kısa mesafe dedektörü kablosunun kapağın arkasına baktığından emin olun. Ardından, katılımcıdan şapkayı kışlık şapka takar gibi başının tepesinden aşağı doğru kaydırmasını ve çene kayışını rahat bir şekilde sıkmasını isteyin.

Arka kayışları sabitleyin. Kapağın güvenli bir şekilde takıldığından ve optode soketlerinin kafaya sağlam bastığından emin olun. Ardından, 10/20 sistem konumlarına göre önemli referans konumlarını işaretlemek için yeşil etiketler yerleştirin.

Saç derisi noktalarını kapaktaki noktalarla simetrik olarak hizalamak için bir ölçüm bandı kullanın. CZ noktasından kulak öncesi, inion ve nasion noktasına eşit mesafe sağlayın. Katılımcıya, kafasının 3 boyutlu bir modelini oluşturmak için sabit kalmasını söyleyin.

Ardından yapı uygulamasını bir tablet veya iPad'de başlatın. Yüksek çözünürlüklü renk, kızılötesi otomatik pozlama ve gelişmiş izleyici özelliklerinin kapalı olduğundan emin olun. Şimdi katılımcıyı ortada konumlandırın, başının tamamının ekrandaki 3B kareye sığdığından ve omuzlarının çerçevede minimum düzeyde göründüğünden emin olun.

3D tarayıcı ile kafa şeklini ve optodları taramak için konunun etrafında yürüyün. Tüm tarama tamamlandığında, 3D oluşturmayı başlatmak için ekranın sağ tarafındaki düğmeye basın. Optodların ve yeşil referans etiketlerinin doğru yerleştirilmesini sağlamak için işlemenin netliğini ve ayrıntı düzeyini doğrulayın.

Güvenlik ve gizlilik için 3D taramayı HIPAA korumalı sunucuya kaydedin. 3D model tamamlandıktan sonra yeşil etiketleri çıkarın ve katılımcıdan kulaklarına kulak tıkacı takmasını isteyin. Tarama odasında, 20 kanallı kafa bobininin tarayıcıya yerleştirildiğinden emin olun.

Katılımcının başının üst kısmını desteklemek için MRI kafa bobininin altına bir köpük yastık yerleştirin. Katılımcıya tarayıcı masasına rahatça oturmasını söyleyin. Optode rondelayı bir elinizle sabit tutarken, rondelanın ortasındaki saçları temizlemek için MRI güvenli bir aplikatör kullanın.

Ardından optodu rondelaya sabitlemek için sıkı bir baskı uygulayın. Katılımcıya yavaş ve dikkatli bir şekilde uzanmasını söyleyin. Katılımcının kafasının kafa bobini içinde rahatça durmasını sağlamak için fiber optik demetleri ayarlayın.

Dalga kılavuzundan gelen kabloların konumuna bağlı olarak, tarayıcı tablasını kaldırın. Konforu garanti etmek için katılımcının bacaklarının altına yumuşak bir yastık yerleştirin. Solunum kemerini katılımcının beline sarın.

Katılımcıya, fNIRS probu yerleşimini engellemediğinden emin olarak gürültü önleyici kulaklık takmasını söyleyin. Nabız oksimetresini deneğin sol işaret parmağına yerleştirin. Deneysel görevler için bir düğme kutusu kullanılıyorsa, deneğe baskın elle tutmasını söyleyin.

Düğme kutusunun nasıl kullanılacağına ilişkin net talimatlar sağlayın. Sıkma topunu veya düğme alarmını deneğin baskın olmayan eline yerleştirin ve katılımcıya nasıl kullanacağını söyleyin. Katılımcıdan basmasını isteyerek alarmı test edin.

Kafayı hizalamak için katılımcıyı tarayıcı deliğine birkaç santim kaydırın. Kafa bobininin üst kısmını konumlandırın. Ardından, mikrofonu ve aynayı ilgili bobin eklerine yerleştirin.

Optik fiberleri tutarken katılımcıyı yavaşça tarayıcı deliğine kaydırın. Tarayıcının bilgisayarında, çalışma için gerekli olan ilgili yapısal ve işlevsel dizileri seçin. Kafanın tarayıcı deliği içinde doğru şekilde konumlandırılıp konumlandırılmadığını doğrulayın ve başın üstünden beyinciğe kadar tam kapsama alanı sağladığından emin olun.

Katılımcıyla bilgisayar ekranının kafa bobini aynasından görülebildiğini onaylayın ve ilk yapısal taramayı çalıştırın. Denek düzeyinde fNIRS verileri, yanıp sönen dama tahtası blokları sırasında bilateral görsel korteks alanlarında denemeler arası dönemlere kıyasla artan aktivasyon gösterdi. Beyin aktivitesinin zaman izleri, yanıp sönen dama tahtasının sunumu sırasında HBO sinyalinde bir artış ve denemeler arası dönemlerde bir azalma gösterdi.

Yanıp sönen dama tahtası periyodu sırasında HBO verilerinin görselleştirilmesi, bireysel denek düzeyinde görsel korteks alanlarında bilateral aktivasyon gösterdi. Denek düzeyinde fMRI verileri, denemeler arası dönemlere göre yanıp sönen dama tahtası dönemlerinde birincil ve ikincil görsel kortekste daha kalın sinyal tepkisi gösterir Subkortikal düzeyde, talamusun lateral genikülat çekirdeğinde artmış aktivasyon gözlenir. Protokolümüzün en önemli zorluklarından biri, katılımcının tarayıcıda rahatça dinlenebilmesini sağlamaktır ve bu, öncelikle fNIRS sistemi ile birlikte gelen optode tipine göre belirlenecektir.

Protokol, belirli ilgi alanlarından ve çeşitli deneysel paradigmalardan veri toplamak için uyarlanabilir. Ayrıca, protokolün klinik ve gelişimsel popülasyonlarla nasıl kullanılacağına dair özel öneriler de sunuyoruz.