Bioengineering
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脳血流ベースの安静状態機能性コネクティビティ(光学拡散相関分光法)
Chapters
Summary May 27th, 2020
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このプロトコルは、カスタムメイドの拡散相関分光法装置を用いて、ヒト前頭前野の安静状態機能接続性を測定する方法を示す。また、実験の実務上の側面や、データを分析するための詳細な手順についても説明します。
Transcript
このプロトコルは、安静状態の間に脳の血流を評価するために可変光学プローブを利用する。この手法の重要な利点は、その移植性です。ベッドサイドモニタリングに最適です。
ウェアラブルプローブは、診断および治療用途の両方の被験者の自然環境で安静状態機能接続測定を得ることを可能にする。このプロトコルは、休止状態機能接続測定中の脳血流を評価するために、ウェアラブル光学プローブを利用する。チエン・プーンとの手順を実証することは、私の研究室の大学院生であるベン・リネハートです。
分析を開始する少なくとも10分前に、FD-fNIRSとDCSの電源を光変調と検出器電圧でパワーアップします。巻尺を使用して、被検者の頭上の鼻とイニオンの間の距離を測定します。開始点としてナションを使用して、インク マーカーを使用して、開始までの距離の 10% の位置を指定します。
マークされたポイントがFp1とFp2の間になるように、被験者の頭の上にEEG 10/20キャップを置きます。 左皮質のFp1とF7の間の点と右皮質のFp2とF8の間の点をマークして、上前頭前野と側側前頭前野の境界、および左半球と右半球の下側前頭前野との境界をそれぞれ設定します。3D プリントプローブを使用して、マルチモードファイバーを 785 ナノメートルのレーザー光源に接続します。
次に、別のシングルモード繊維を、皮質の両側のDs位置にあるマルチモード繊維の1センチメートル下に配置し、シングルモード繊維のそれぞれを個々の単一光子計数機に接続します。シングルモード繊維をマルチモード繊維から2.75センチメートル離れ、左右の側側前頭前野に1本の繊維を配置し、下前頭前野に1本の繊維を配置します。マルチモード ファイバを新しくマークしたポイントに配置します。
FD-fNIRSシステムのキャリブレーションを準備するには、ライトをオフにして、グラフィックユーザーインターフェースのデータ収集ソフトウェアを開きます。自動バイアスボタンをクリックして検出器のゲインを調整し、センサーを取り付けてキャリブレーションファントムに固定して最適な信号を得ます。過電圧警告が点滅する場合は、ゲインを下げます。
最大信号が得られた後、バックグラウンド光漏れを検出器で測定できるように、いずれかのソースファイバを切断します。そして、対応するソースファイバの測定期間あたり、直流電流が20カウント未満であることを確認します。次に、すべてのソースと検出器で適切な信号レベルの読み出しを確認し、キャリブレーションをクリックします。
システムは測定を行い、キャリブレーション係数を適用して、既知のファントムの光学特性を正しく測定します。次に、標準ファントム上のシステムパフォーマンスの記録を提供するキャリブレーションデータをログに記録します。DCS をセットアップするには、システムのレーザー光源と単光子計数機を少なくとも 10 分間温めます。
グラフィック・ユーザー・インターフェース・システム取得ソフトウェアでは、グラフィカル・ユーザー・インターフェースを検査して、1 秒あたり少なくとも 5,000 カウント、1,000,000 カウント/秒未満を取得して、各ファイバーの接触を確認します。各検出器から十分なフォトン数レベルが得られていることを確認するには、フォトン数レベルとほぼリアルタイムの自己相関曲線を確認します。周囲光漏出のない十分なファイバ接触を確認するには、自己相関曲線の y-切片を確認します。
最適値は偏光子を使用せずに約1.5です。プローブと測定が動きアーティファクトになりやすいものではないことを確認するには、弾性バンドが動きに抵抗するのに十分なタイトですが、被写体に不快感を与えないように緩くなります。次に、自己相関曲線が1に減衰して相関時間が長くなるような自己相関曲線を確認します。
次に、被験者が目を閉じて快適な位置に座っていることを確認します。FD-fNIRS システムの光学式プローブを、DCS プローブの額に隣接して置き、FD-fNIRS 取得ソフトウェアの取得をクリックします。このデータは、動的光学パラメータの定量化に使用される静的光学特性、吸収パラメータ、および散乱パラメータを提供します。
すべての機器の準備ができたら、測定中の動きを最小限に抑え、照明を消すように被験者に指示します。FD-fNIRS 測定が完了したら、DCS データ収集インターフェースで「実行」をクリックし、最大 2 秒の統合時間で合計 8 分間データを収集します。この代表的な分析では、前頭前野における安静状態機能接続性を9人の被験者で測定した。
左右皮質の領域内領域では、左右の皮質の領域間領域を測定した場合よりも高い相関が認められた。また、両皮質の相互および地域間休止状態機能接続を比較したT検定分析は、これらの値間に有意な差を明らかにした。DCS パラメータが許容範囲内にあるか確認することは重要であり、これらの手順を適切に実行しないと、使用できないデータが取得される可能性があります。
拡散相関分光法は、血流の非侵襲的測定を提供することができる。様々な刺激に休息またはアクティブな脳の機能的な接続性を研究するための有用なツールにする。血流の非侵襲的な測定は、神経疾患の治療および治療の評価に有用である。
この手順を実行する場合は、必ず適切なレーザー安全ガイドラインに従ってください。
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