Het verkennen van cognitieve functies bij baby's, Kinderen & Volwassenen met Near Infrared Spectroscopy

Summary

Hier beschrijven we een dataverzameling en data-analyse methode voor functionele Near Infrared Spectroscopy (fNIRS), een nieuwe niet-invasieve beeldvorming van de hersenen dat gebruikt wordt in de cognitieve neurowetenschappen, met name in het bestuderen van kind ontwikkeling van de hersenen. Deze methode biedt een universele standaard van de data-acquisitie en-analyse van vitaal belang om gegevens te interpreteren en wetenschappelijke ontdekkingen.

Abstract

Een explosie van functionele Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) studies naar corticale activatie in relatie tot hogere cognitieve processen, zoals taal ^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,} geheugen ^11, en ​​de aandacht ¹² is aan de gang over de hele wereld met volwassenen, kinderen en zuigelingen ^{3,4,13,14,15,16,17,18,19} met typische en atypische cognitie ^20,21,22. De hedendaagse uitdaging van het gebruik van fNIRS voor de cognitieve neurowetenschappen is het bereiken van systematische analyses van gegevens zoals dat ze universeel interpreteerbaar ^23,24,25,26, en kunnen dus vooraf belangrijke wetenschappelijke vragen over de functionele organisatie en neurale systemen die ten grondslag liggen menselijke hogere cognitie.

Bestaande neuroimaging technieken zijn ofwel minder robuust tijdelijke of ruimtelijke resolutie. Event Related Potentials en Magneto encefalografie (ERP en MEG) hebben een uitstekende temporele resolutie, terwijl de Positron Emissie Tomografie en functionele Magnetische Resonantie Imaging (PET en fMRI), hebben een betere ruimtelijke resolutie. Met behulp van niet-ioniserende golflengtes van het licht in het nabij-infrarode bereik (700-1000 nm), waar oxy-hemoglobine bij voorkeur wordt geabsorbeerd door 680 nm en deoxy-hemoglobine wordt bij voorkeur opgenomen door 830 nm (bv, inderdaad, de zeer golflengten hardwired in de fNIRS Hitachi ETG-400 systeem hier afgebeeld), is fNIRS goed geschikt voor studies van hogere cognitie, omdat het zowel een goede temporele resolutie (~ 5s) zonder het gebruik van straling en een goede ruimtelijke resolutie (~ 4 cm diep), en heeft geen vereisen deelnemers worden in een gesloten structuur ^27,28. Deelnemers corticale activiteit kan worden beoordeeld, terwijl comfortabel zittend in een gewone stoel (volwassenen, kinderen) of zelfs zittend op de schoot van mama s (baby's). Met name NIRS is uniek draagbaar (de grootte van een desktop-computer), zo goed als stil, en kunnen tolereren een deelnemers subtiele beweging. Dit is met name bij uitstek geschikt voor de neurale studie van de menselijke taal, die noodzakelijkerwijs heeft als een van de belangrijkste componenten van de beweging van de mond in de spraak productie of de handen in gebarentaal.

De manier waarop de hemodynamische respons is gelokaliseerd wordt door een reeks van laser-zenders en detectoren. Emitters uitstoten een bekende intensiteit van de niet-ioniserende licht, terwijl detectoren detecteren de hoeveelheid gereflecteerd terug van de corticale oppervlak. De dichter bij elkaar de optodes, hoe groter de ruimtelijke resolutie, terwijl het verder uit elkaar de optodes, de grotere diepte van de penetratie. Voor de fNIRS Hitachi ETG-4000 systeem een ​​optimale penetratie / resolutie van de optode array is ingesteld op 2 cm.

Ons doel is om aan te tonen onze methode van het verwerven en analyseren van gegevens om fNIRS standaardiseren van het veld en in staat stellen de verschillende fNIRS laboratoria wereldwijd om een ​​gemeenschappelijke achtergrond hebben.

Protocol

Deel 1: Voorafgaand aan de deelnemer komen naar het lab Zorg ervoor dat de ruimte vrij is van vreemde voorwerpen die kunnen worden afgeleid aan de deelnemer. Set-up en load experimenteel protocol betreffende de fNIRS Hitachi ETG-4000-systeem. Set-up je experimentele paradigma. Experimentele paradigma's kunnen worden geprogrammeerd met verschillende presentatie-software, waaronder Eprime, Presentatie, Psyscope of een Matlab toolbox op basis van psychologie. Hier gebruiken we Matlab op b…

Discussion

In deze studie hebben we aangetoond dat het gebruik van een nieuwe, niet-invasieve fNIRS brain imaging-technologie om de menselijke hersenfunctie te onderzoeken in relatie tot de menselijke cognitie en perceptie. fNIRS beeldvorming van de hersenen kunnen vertegenwoordigen de toekomst van de niet-invasieve beeldvorming van de hersenen, in het bijzonder met de baby en het kind de bevolking, dat op een dag op grote schaal beschikbaar zijn in onderzoekslaboratoria, artsenpraktijken, en in de school-systemen, zodat clinici d…

Materials

Material Name	Typ	Company	Catalogue Number	Comment
ETG-4000		Hitachi
Matlab		The Mathworks		Psychology toolbox