Explorar las funciones cognitivas en bebés, niños y adultos con Espectroscopia de Infrarrojo Cercano
Summary
Aquí se describe un método de recolección de datos y análisis de datos para funcionales espectroscopia de infrarrojo cercano (fNIRS), una novela de sistema no invasivo usa imágenes del cerebro en la neurociencia cognitiva, especialmente en el estudio del desarrollo del cerebro del niño. Este método proporciona un estándar universal de adquisición de datos y el análisis fundamental para la interpretación de datos y descubrimientos científicos.
Abstract
Una explosión de funcionales espectroscopia de infrarrojo cercano (fNIRS) estudios de investigación de la activación cortical en relación con los procesos cognitivos superiores, tales como el lenguaje 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, memoria 11, y la atención 12 está en marcha en todo el mundo los adultos involucran, niños y bebés 3,4,13,14,15,16,17,18,19 con la cognición típicos y atípicos 20,21,22. El reto actual de la utilización de fNIRS de la neurociencia cognitiva es lograr un análisis sistemático de estos datos que son universalmente interpretable 23,24,25,26, y por lo tanto puede avanzar importantes cuestiones científicas sobre la organización funcional y los sistemas neurales que subyacen a la cognición humana superior.
Las tecnologías de neuroimagen han resolución espacial o temporal sea menos robusto. Eventos relacionados encefalografía Potenciales y Magneto (ERP y MEG) tienen una resolución temporal excelente, mientras que la tomografía por emisión de positrones y resonancia magnética funcional (fMRI y PET) tienen una mejor resolución espacial. El uso no ionizantes longitudes de onda de la luz en el rango del infrarrojo cercano (700-1000 nm), donde es preferentemente oxihemoglobina absorbe 680 nm y deoxi-hemoglobina es preferentemente absorbida por 830 nm (por ejemplo, de hecho, las longitudes de onda muy cableado en la fNIRS Hitachi ETG-400 del sistema se muestra aquí), fNIRS es muy adecuado para el estudio de la cognición superior porque tiene una buena resolución temporal (~ 5 años) sin el uso de la radiación y la buena resolución espacial (~ 4 cm de profundidad), y no exigir a los participantes a estar en una estructura cerrada 27,28. Actividad cortical participantes pueden ser evaluados, cómodamente sentados en una silla ordinaria (adultos, niños) o incluso sentado en el regazo de mamá s (niños). Cabe destacar que NIRS es el único portátil (del tamaño de una computadora de escritorio), prácticamente en silencio, y puede tolerar un movimiento sutil participantes. Esto es particularmente excepcional para el estudio neuronal del lenguaje humano, que necesariamente tiene como uno de sus componentes clave del movimiento de la boca en la producción del habla o de las manos en el lenguaje de señas.
La forma en que se localiza en la respuesta hemodinámica es un conjunto de emisores láser y detectores. Emisores emiten una intensidad conocida de no ionizantes luz, mientras que los detectores de detectar la cantidad reflejada desde la superficie cortical. Cuanto más cerca estén los optodes, mayor es la resolución espacial, mientras que los más alejados de la optodes, la mayor profundidad de la penetración. Para el fNIRS Hitachi ETG-4000 la penetración óptima del sistema / resolución de la matriz optode se encuentra a 2 cm.
Nuestro objetivo es demostrar nuestro método de adquisición y análisis de datos fNIRS para ayudar a estandarizar el campo y permitir que los laboratorios de todo el mundo fNIRS diferentes para tener un fondo común.
Protocol
Discussion
En este estudio, hemos demostrado el uso de una novela, no invasiva, la tecnología de imagen cerebral para investigar fNIRS funcionamiento del cerebro humano en relación con la cognición y la percepción humanas. fNIRS imágenes del cerebro puede representar el futuro de la imagen cerebral no invasiva, especialmente con las poblaciones de lactantes y niños, que algún día podría estar ampliamente disponible en los laboratorios de investigación, consultorios médicos, y en el sistema escolar permite a los médicos…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por becas de LAP (PI):
Institutos Nacionales de Salud R21 HD50558, otorgado 2005-07; Nacional
Institutos Nacionales de Salud R01 HD045822, otorgado 2004-09; Dana beca de la Fundación,
otorgado 2004-06, la Fundación Canadiense para la Innovación ("TPI" de subvención), otorgado
2008-2012, de Ontario Research Fund Grant, otorgado 2008-2012.
Materials
| Material Name | Tipo | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| ETG-4000 | Hitachi | |||
| Matlab | The Mathworks | Psychology toolbox |
Riferimenti
- 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).
