L'exploration des fonctions cognitives chez les bébés, enfants et adultes avec la spectroscopie proche infrarouge
Summary
Nous décrivons ici une méthode de collecte de données et d'analyse des données fonctionnelles Proche spectroscopie infrarouge (fNIRS), un roman non-invasive du système d'imagerie cérébrale utilisées en neurosciences cognitives, en particulier dans l'étude du développement du cerveau des enfants. Cette méthode fournit un standard universel d'acquisition de données et d'analyse indispensable à l'interprétation des données et la découverte scientifique.
Abstract
Une explosion de fonctionnelles Proche spectroscopie infrarouge (fNIRS) études portant sur l'activation corticale en relation avec les processus cognitifs supérieurs, tels que la langue 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, mémoire 11, 12 et l'attention est en cours dans le monde entier adultes impliquant les enfants et les nourrissons à la cognition 3,4,13,14,15,16,17,18,19 typiques et atypiques 20,21,22. Le défi contemporain de l'aide pour les neurosciences cognitives fNIRS est de réaliser des analyses systématiques de ces données qu'elles sont universellement interprétable 23,24,25,26, et donc peut avancer des questions scientifiques importantes sur l'organisation fonctionnelle et les systèmes neuronaux sous-jacents humaine cognition supérieure.
Technologies existantes ont neuroimagerie soit moins robuste résolution temporelle ou spatiale. Événement Potentiels et magnéto-encéphalographie (ERP et MEG) ont une excellente résolution temporelle, tandis que la tomographie par émission de positons et l'imagerie par résonance magnétique (TEP et IRMf) ont une meilleure résolution spatiale. L'utilisation non ionisants longueurs d'onde de la lumière dans le proche infrarouge (700-1000 nm), où l'oxyhémoglobine est préférentiellement absorbée par 680 nm et désoxy-hémoglobine est préférentiellement absorbée par 830 nm (par exemple, en effet, les longueurs d'onde très câblées dans l'fNIRS Hitachi GTE-400 système illustré ici), fNIRS est bien adapté pour les études de cognition supérieure, car il a à la fois bonne résolution temporelle (~ 5s) sans l'utilisation des rayonnements et une bonne résolution spatiale (profondeur ~ 4 cm), et ne exigent que les participants à être dans une structure fermée 27,28. L'activité corticale participants peuvent être évalués tout confortablement assis dans une chaise ordinaire (adultes, enfants) ou même assis sur les genoux de maman s (bébés). Notamment, la SPIR est uniquement portables (de la taille d'un ordinateur de bureau), pratiquement silencieux, et peut tolérer un mouvement participants subtile. Ceci est particulièrement remarquable pour l'étude neurales du langage humain, qui a nécessairement comme une de ses principales composantes du mouvement de la bouche dans la production de la parole ou les mains dans le langage des signes.
La façon dont la réponse hémodynamique est localisée est par un réseau d'émetteurs laser et les détecteurs. Les émetteurs émettent une intensité connue des non-ionisantes lumière tandis que les détecteurs de détecter la quantité réfléchie par la surface corticale. Le rapprochement entre l'optodes, plus la résolution spatiale, tandis que les plus éloignés de la optodes, la plus grande profondeur de pénétration. Pour la fNIRS Hitachi GTE-4000 un système optimal de pénétration / la résolution du tableau optode est réglé sur 2 cm.
Notre objectif est de démontrer notre méthode d'acquisition et d'analyse des données fNIRS pour standardiser le terrain et permettent différents laboratoires dans le monde entier fNIRS pour avoir un fond commun.
Protocol
Discussion
Dans cette étude, nous avons démontré l'utilisation d'un roman, une technologie non invasive fNIRS imagerie cérébrale pour étudier le fonctionnement du cerveau humain par rapport à la cognition humaine et la perception. l'imagerie cérébrale fNIRS peut représenter l'avenir de l'imagerie cérébrale non invasive, en particulier avec les populations infantile et juvénile, qui pourraient un jour être largement disponibles dans les laboratoires de recherche, les bureaux des médecins, et dans …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par des subventions aux LAP (PI):
National Institutes of Health R21 HD50558, décerné 2005-07; national
Institutes of Health R01 HD045822, décerné 2004-09; Dana Foundation Grant,
décerné 2004-06; Fondation canadienne pour l'innovation («CFI» de subvention), décerné
2008-2012; Le Fonds ontarien de recherche sur Grant, décerné 2008-2012.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| ETG-4000 | Hitachi | |||
| Matlab | The Mathworks | Psychology toolbox |
References
- Quaresima, V. . J. Biomed. Opt. 10, 11012-11012 (2005).
- Watanabe, E. . Neurosci. Lett. 256, 49-52 (1998).
- Kovelman, I. . NeuroImage. 39, 1457-1471 (2008).
- Kovelman, I. . Brain and Language. , (2008).
- Bortfeld, H. . Developmental Neuropsychology. 34, 52-65 (2009).
- Petitto, L. A. . The Cambridge Companion to Chomsky. , (2005).
- Berens, M. S. . , (2009).
- White, K. S. . , (2008).
- Dubins, M. . , (2009).
- Dubins, M. H. . Society for Research in Child Development. , (2009).
- Dubins, M. H. . NeuroImage. , (2009).
- Ehlis, A. C. . J. Biol. Psychol. 69, 315-331 (2005).
- Petitto, L. A., Fischer, K., Battro, A. . The Educated Brain. , (2008).
- Pena, M. . Proc Natl. Acad. Sci. U. S. A.. 100, 11702-11705 (2003).
- Baird, A. A. . NeuroImage. 16, 1120-1125 (2002).
- Taga, G. . Proc. Nat.l Acad. Sci. U. S. A. 100, 10722-10727 (2003).
- Wilcox, T. . Dev. Science. 11, 361-370 (2008).
- Otsuka, Y. . NeuroImage. 34, 399-406 (2007).
- Watanabe, H. . NeuroImage. 43, 346-357 (2008).
- Kameyama, M. . NeuroImage. 29, 172-184 (2006).
- Arai, H. . Brain. Cogn.. 61, 189-194 (2006).
- Grignon, S. . Cognitive and Behavioral Neurology. 21, 41-45 (2008).
- Boas, D. A. . Neuroimage. 23, S275-S288 (2004).
- Aslin, R. N., Mehler, J. . J. of Biomed. Opt.. , 1-3 (2005).
- Plichta, M. M. . NeuroImage. 35, 625-634 (2007).
- Schroeter, M. L. . NeuroImage. 21, 283-290 (2004).
- Jobsis, F. F. . Science. 198, 1264-1267 (1977).
- Villringer, A., Chance, B. . Trends Neurosci. 20, 435-442 (1997).
- Kovelman, I. . Bilingualism: Language & Cognition. 11, 203-223 (2008).
- Jasper, H. . Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 10, 370-371 (1958).
- Amaro, E. . Brain Cogn. 60, 220-232 (2006).
