Este artigo apresenta um protocolo de investigação de crianças destinado a melhorar a qualidade dos dados, reduzindo o movimento da cabeça durante pediátrica magnetoencefalografia (MEG). Temos famílias de familiarizar com o ambiente de MEG, treinar crianças permanecem ainda usando um simulador de MEG, e corrigir para artefatos de movimento residual da cabeça usando um sistema de detecção de movimento da cabeça em tempo real.
Magnetoencefalografia (MEG) é uma técnica de neuroimagem não-invasivo que mede diretamente a campos magnéticos produzidos pela atividade elétrica do cérebro humano. MEG é tranquila e menos provável de induzir claustrofobia em comparação com a ressonância magnética (MRI). É, portanto, uma ferramenta promissora para investigar a função cerebral em crianças pequenas. No entanto, análise de dados de MEG de populações pediátricas é muitas vezes complicada por artefatos de movimento da cabeça que surgem como consequência a exigência de uma matriz de sensor espacialmente fixo que não é aposta para a cabeça da criança. Minimizar os movimentos da cabeça durante sessões de MEG pode ser particularmente desafiador, pois as crianças são muitas vezes incapazes de permanecer ainda durante tarefas experimentais. O protocolo aqui apresentada visa reduzir artefatos de movimento da cabeça durante a MEG pediátrica de digitalização. Antes de visitar o laboratório de MEG, famílias são dotadas de recursos que explicam o sistema MEG e os procedimentos experimentais em linguagem simples, acessível. Uma sessão de familiarização de MEG é conduzida durante o qual as crianças estão familiarizadas com ambos os pesquisadores e os procedimentos de MEG. Então, eles são treinados para manter sua cabeça ainda enquanto deitado dentro de um simulador de MEG. Para ajudar as crianças se sintam à vontade no ambiente de MEG romance, todos os procedimentos são explicados através da narrativa de uma missão espacial. Para minimizar o movimento da cabeça devido à inquietação, crianças são treinadas e avaliados usando paradigmas experimentais divertidas e envolvente. Além disso, artefatos de movimento residual da cabeça da criança são compensados durante a sessão de aquisição de dados usando um movimento de cabeça em tempo real, sistema de rastreamento. Implementar estes procedimentos amigáveis é importante para melhorar a qualidade dos dados, minimizando taxas de atrito participantes em estudos longitudinais e garantindo que as famílias tenham uma experiência de pesquisa positivo.
Magnetoencefalografia (MEG) é uma técnica de neuroimagem funcional não-invasivo que mede campos magnéticos produzidos pela atividade elétrica do cérebro humano1,2. MEG oferece excelente resolução temporal e resolução espacial superior em comparação com Eletroencefalografia (EEG), devido à falta de sinal, mancha os tecidos biológicos entre as fontes do cérebro e os sensores. Além disso, a MEG não implica a exposição a ruídos, radiação ou campos magnéticos. Tempo de instalação é rápido e os participantes podem ser acompanhados por um pai ou cuidador durante todo o teste. Tomados em conjunto, estas características tornam a MEG uma ferramenta promissora para investigar o desenvolvimento da atividade cerebral típicos e atípicos em crianças jovens2.
Para medir respostas do cérebro usando o MEG, participantes da pesquisa devem inserir suas cabeças para um capacete habitação uma matriz fixa de sensores supercondutores. É fundamental que os participantes mantém suas cabeças ainda em toda a MEG de gravação, como mudanças na posição de cabeça em relação as sensores ambos degradam a distribuição do sinal de neuromagnetic e impedem a estimativa fonte exata. Estimativa fonte imprecisos, inevitavelmente, leva a inferências estatísticas imprecisas em poder da fonte, conectividade funcional e de análises de rede3.
Minimizar o movimento da cabeça pode ser particularmente desafiador durante avaliação pediátrica de MEG para um número de razões. Primeiro, avaliar as crianças em um sistema de MEG adulto é problemático, pois cabeças infantis são muito menores do que os dos adultos, e o espaço aumentado entre o capacete e o couro cabeludo da criança permite o movimento da cabeça irrestrito. Em segundo lugar, o ambiente de MEG a novela — uma máquina grande trancado dentro de uma sala sem janelas magneticamente blindada — pode ser intimidante para as crianças, e movimento da cabeça pode ser uma consequência da ansiedade. Em terceiro lugar, sem formação, crianças podem não totalmente compreender ou cumprir com a obrigação de manter-se ainda para a duração do experimento. Finalmente, as crianças que têm uma capacidade limitada de tolerar o tédio podem achar que alguns experimentos de MEG demorem muito ou são entediantes, resultando em artefatos de movimento de agitação e cabeça.
Para enfrentar o desafio de longa data de movimento da cabeça em investigação pediátrica de MEG, este artigo apresenta hardware recente e avanços metodológicos que são implementados no protocolo MEG crianças usado no cérebro KIT-Macquarie Research Laboratory ( Macquarie University, Sydney, Austrália). Conforme descrito em um artigo anterior deste laboratório4, os problemas inerentes à utilização de um capacete de tamanho adulto folgadas dewar foram abordadas através da instalação de um primeiro mundo, sistema de MEG pediátrico toda a cabeça com um capacete sob medido dewar para melhor ajuste as cabeças das crianças entre aproximadamente três a seis anos de idade. Esta adaptação de hardware melhora a relação sinal-ruído, como os sensores são fisicamente mais perto, em média, para couro cabeludo5,6 a criança. Mais recentemente, o laboratório de pesquisa do cérebro de KIT-Macquarie desenvolveu vários procedimentos novos e inovadores para superar os antecedentes acima do movimento da cabeça e, consequentemente, melhorar a qualidade dos dados.
Todos os procedimentos no presente protocolo são explicados através de uma narrativa em que o participante de criança se engaja ativamente em uma missão no espaço”astronauta”. Esta narrativa garante que a experiência de investigação da criança MEG é não só menos intimidante, mas também excitante. Implementar estes procedimentos em um protocolo de MEG para crianças é importante para melhorar a qualidade dos dados, minimizando taxas de atrito participantes em estudos longitudinais e assegurar que as famílias tenham uma experiência positiva em sua participação de pesquisa.
Nos últimos anos, MEG foi estabelecida como uma técnica de neuroimagem não-invasiva valiosa para investigar os mecanismos neurais subjacentes cérebro desenvolvimento1. Contudo, os movimentos da cabeça no scanner constituem uma barreira notória para obtenção de boa qualidade dados de MEG, particularmente ao avaliar populações pediátricas. Para superar este problema, este artigo apresentou um protocolo de investigação pediátrico MEG que se baseia nos procedimentos descritos em trabalho anterior do cérebro KIT-Macquarie Research Laboratory 4.
Os procedimentos críticos incluem (1) fornecendo crianças com MEG recursos de familiarização do qual eles podem aprender sobre o experimento de MEG antes de visitar o laboratório, que incluem uma pesquisa crianças artigo7 explicando o sistema de MEG e o blindagem magnética (MSR), de sala de um story-board delineando 10 passos simples para completar a experiência de MEG (complementar a Figura 1) e uma folha de informações de MEG para pais e cuidadores (complementar a Figura 2); (2) precedendo a sessão de aquisição de MEG com uma sessão de familiarização, onde as crianças estão familiarizadas com os procedimentos de MEG e são treinadas para manter suas cabeças ainda enquanto deitado dentro de um simulador de MEG; (3) usando paradigmas experimentais passivas ou “gamified” para minimizar o movimento da cabeça devido ao tédio e inquietação; e (4) acompanhamento contínuo os movimentos da cabeça durante a aquisição de dados on-line usando um sistema de movimento de cabeça em tempo real (ReTHM)9. Dados obtidos de ReTHM podem ser usados para realizar a correção off-line de artefatos de movimento da cabeça quando pre-processamento dos dados de MEG.
A aquisição de dados de alta qualidade MEG depende criticamente a criança se sentindo à vontade no novo ambiente de MEG. Para fomentar este sentido de facilidade, os investigadores são incentivados a dedicar tempo para familiarizar as crianças e suas famílias com o ambiente de MEG e procedimentos antes de iniciar a aquisição de dados. Isto pode ser conseguido através do oferecimento de crianças e seus pais recursos MEG que explicam os procedimentos de MEG, em linguagem simples, acessível. Além disso, as famílias podem ser convidadas a visitar o laboratório de MEG antes da sessão de aquisição de dados para atender os pesquisadores e praticar os procedimentos de teste de MEG. Através do treinamento no simulador de MEG, as crianças aprendem implicitamente a importância de manter suas cabeças ainda enquanto deitado a MEG. Enquanto a familiarização de MEG requer tanto os pesquisadores e as famílias para se dedicar mais tempo para o processo de coleta de dados, as vantagens da melhoria da qualidade de dados de MEG, bem como minimizando o tempo e o custo da realização de dados subsequentes de MEG sessões de aquisição, sem dúvida compensa essa desvantagem. Além disso, desempenho e conformidade durante a sessão de familiarização podem ser usados para indicar se a criança é ou não é adequada para o convidou para uma sessão de aquisição de dados real do MEG.
Para minimizar o movimento da cabeça em scanner devido à agitação, é preferível usar um paradigma experimental passivo que não requer instruções, atenção evidente ou participação ativa. Por exemplo, uma resposta evocada confiável pode ser obtida com um excêntrico auditivos paradigma12, segundo o qual o participante ouve passivamente uma sequência de tons auditivos enquanto entretidos por um vídeo em silêncio. Para estudos que exigem uma resposta evidente, o pesquisador deve procurar incorporar a tarefa experimental em uma envolvente paradigma do estilo de jogo11. Isto melhora a cooperação e minimiza a inquietação durante a tarefa. Em experiências visuais, o uso de um olho-tracker compatível com MEG implica pouco tempo de instalação adicionais, mas é necessário garantir que as crianças têm fixado na posição do estímulo visual13.
Qualquer artefatos de movimento da cabeça residual podem ser corrigidos para o uso de rastreamento de movimento de cabeça em tempo real. Por exemplo, dados obtidos de ReTHM podem ser armazenados no arquivo de gravação de MEG e usados para compensar o movimento da cabeça durante a aquisição de dados de forma que cabeça-de-sensor de localização pode ser restaurada para o nível pré-movimento para permitir uma fonte ideal reconstrução que é essencial para dados de nível de fonte subsequentes analisa14.
A implementação do presente protocolo visa melhorar a qualidade dos dados de MEG pediátricas, minimizar taxas de atrito participantes em estudos longitudinais e garantir que as famílias tenham uma agradável experiência de participação de pesquisa de MEG, com o objectivo geral de melhorar a nossa compreensão do desenvolvimento inicial do cérebro em populações típicos e atípicos.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pelo Conselho australiano de pesquisa concede CE110001021, DP170103148 e DP170102407. Wei ele foi apoiado por uma bolsa de pesquisa Universidade Macquarie (MQRF, projeto de íris: 9201501199). Hannah Rapaport foi apoiada pelo programa de treinamento de pesquisa do governo australiano (RTP) e o Macquarie University Research Excellence bolsa (MQRES). Robert A Seymour foi apoiado por bolsas de doutoramento da Universidade de Aston, Birmingham, UK e Universidade de Macquarie, Sydney, Austrália. Paul F. Sowman foi apoiada pelo National Health e Medical Research Council (1003760) e o Conselho australiano de pesquisa (DE130100868). Os autores reconhecem a colaboração com o Instituto de tecnologia de Kanazawa e a Yokogawa Electric Corporation no estabelecimento do cérebro KIT-Macquarie Research Laboratory.
5 marker Coil set | Kanazawa Institute of Technology (KIT) and Yokogawa Electric Corporation, Japan | PQ11MKA | |
Fastrak Digitizer – 3D | Polhemus Cochester, VT, USA | 1A0383-001 | Pen digitizer |
Magnetoencephalography (MEG) | Kanazawa Institute of Technology (KIT) and Yokogawa Electric Corporation, Japan | PQ1160C | |
MEG simulator | Fino, NSW, Australia | ||
MoTrack system | Psychological Software Tools, PA, USA | MTK-09314-1307 | Motion tracking system |
Polyester caps | Speedo | N/A | product code: SPE11733.435 |