Esplorare le funzioni cognitive in neonati, bambini e adulti con Near Infrared Spectroscopy
Summary
Qui si descrive una raccolta di dati e metodo di analisi dei dati funzionali per Near Infrared Spectroscopy (fNIRS), un romanzo non invasivo sistema di imaging del cervello utilizzata in neuroscienze cognitive, in particolare nello studio del cervello sviluppo del bambino. Questo metodo fornisce uno standard universale di acquisizione ed analisi dei dati vitali per l'interpretazione dei dati e le scoperte scientifiche.
Abstract
Un'esplosione di funzionali Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) studi che hanno valutato l'attivazione corticale in relazione ai processi cognitivi superiori, come il linguaggio 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, memoria 11, 12 e attenzione è in corso in tutto il mondo che coinvolgono adulti, bambini e neonati 3,4,13,14,15,16,17,18,19 con cognizione tipico e atipico 20,21,22. La sfida contemporanea di utilizzare fNIRS di neuroscienze cognitive è quello di raggiungere analisi sistematica di tali dati che sono universalmente interpretabili 23,24,25,26 e, quindi, possono avanzare importanti questioni scientifiche circa l'organizzazione funzionale e di sistemi neurali alla base della cognizione umana più alta.
Tecnologie esistenti neuroimaging hanno o meno robusta risoluzione temporale o spaziale. I potenziali evento correlati e Magneto encefalografia (ERP e MEG) hanno un'eccellente risoluzione temporale, mentre la Tomografia ad Emissione di Positroni e risonanza magnetica funzionale (PET e fMRI) hanno una migliore risoluzione spaziale. Utilizzando non ionizzanti lunghezze d'onda della luce nel vicino infrarosso (700-1000 nm), dove ossi-emoglobina è preferenzialmente assorbita da 680 nm e deossi-emoglobina è preferenzialmente assorbita da 830 nm (per esempio, infatti, le lunghezze d'onda molto cablata in il fNIRS Hitachi ETG-400 sistema illustrato qui), fNIRS è adatto per gli studi di maggiore cognizione, perché ha sia una buona risoluzione temporale (~ 5s) senza l'uso di radiazioni e una buona risoluzione spaziale (~ 4 cm di profondità), e non richiedono ai partecipanti di essere in una struttura chiusa 27,28. I partecipanti attività corticale può essere valutata stando comodamente seduti in una sedia normale (adulti, bambini) o addirittura seduti in grembo mamma s (neonati). In particolare, NIRS è l'unico portatile (delle dimensioni di un computer desktop), praticamente in silenzio, e può tollerare un movimento sottile partecipanti. Ciò è particolarmente eccezionale per lo studio neurali del linguaggio umano, che ha necessariamente come uno dei suoi componenti chiave del movimento della bocca nella produzione di discorso o le mani nel linguaggio dei segni.
Il modo in cui è localizzata la risposta emodinamica viene da una serie di emettitori laser e rivelatori. Emettitori emettono una nota di intensità non ionizzanti luce mentre rilevatori di rilevare la quantità riflessa dalla superficie corticale. I più vicini alla optodes, maggiore è la risoluzione spaziale, mentre la più lontani del optodes, la maggiore profondità di penetrazione. Per la fNIRS Hitachi ETG-4000 sistema ottimale penetrazione / risoluzione dell'array optode è impostato a 2 cm.
Il nostro obiettivo è quello di dimostrare il nostro metodo di acquisizione e analisi dei dati fNIRS per standardizzare il campo e permettono diversi laboratori fNIRS tutto il mondo per avere uno sfondo comune.
Protocol
Discussion
In questo studio, abbiamo dimostrato l'utilizzo di una, il romanzo non invasiva tecnologia di imaging del cervello fNIRS per indagare la funzione del cervello umano in relazione alla cognizione umana e la percezione. brain imaging fNIRS può rappresentare il futuro della non-invasiva di imaging cerebrale, in particolare con le popolazioni neonato e bambino, che un giorno potrebbe essere ampiamente disponibili nei laboratori di ricerca, studi medici ', e nei sistemi scolastici che permette ai medici di applicare …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dalle concessioni di LAP (PI):
National Institutes of Health R21 HD50558, premiato 2005-07; Nazionale
Institutes of Health R01 HD045822, premiato 2004-09; Dana Foundation Grant,
assegnato 2004-06; Fondazione canadese per l'innovazione ("TPG" sovvenzione), premiato
2008-2012; L'Ontario Research Fund Grant, premiato 2008-2012.
Materials
| Material Name | Typ | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| ETG-4000 | Hitachi | |||
| Matlab | The Mathworks | Psychology toolbox |
Referenzen
- 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).
