حقل نيورويماجينج أساليب استخدام وظيفية قرب Neuroimaging مطيافية الأشعة تحت الحمراء (التقارير) لدراسة وضع الطفل العالمي: أفريقيا جنوب الصحراء الريفية
Summary
النهج نيورويماجينج المحمولة (الوظيفية قرب مطيافية الأشعة تحت الحمراء) تقديم سلف لدراسة الدماغ في مناطق يصعب الوصول إليها سابقا؛ وهنا الريفية كوت ديفوار. تصاريح الابتكار في الأساليب ووضع بروتوكولات neuroimaging الملائمة ثقافيا للرواية دراسة التنمية في الدماغ ونتائج التعلم للأطفال في بيئات مع الفقر كبيرة والشدائد.
Abstract
النهج نيورويماجينج المحمولة تقديم سلف جديدة لدراسة وظيفة المخ ونمو الدماغ مع السكان كان يتعذر الوصول إليها وفي مواقع نائية. تبين هذه الورقة وضع التصوير “قرب الأشعة تحت الحمراء الطيفي” (فنيرس) الفنية الميدانية لدراسة الطفل اللغة، والقراءة، والنمو المعرفي في أجواء قرية ريفية من كوت ديفوار. الابتكار في الأساليب، ووضع بروتوكولات neuroimaging ملائمة ثقافيا تسمح نظرة أول مرة في التنمية في الدماغ ونتائج التعلم للأطفال في بيئات المداريين. هذه الورقة يوضح البروتوكولات لنقل وإعداد مختبر متنقل، ويناقش الاعتبارات للحقل مقابل neuroimaging المختبر، ويقدم دليلاً لتطوير neuroimaging موافقة الإجراءات وبناء مجد الطويل الأجل التعاون مع شركاء محليين في الحكومة والعلم. يمكن استخدام أساليب نيورويماجينج المحمولة لدراسة سياقات التنمية الطفل المعقدة، بما في ذلك أثر الفقر كبيرة والشدائد على نمو الدماغ. تم وضع بروتوكول المقدمة هنا للاستخدام في كوت ديفوار، المصدر الرئيسي في العالم للكاكاو، وفيها تقارير عن الأطفال العمال في قطاع الكاكاو شائعة. ومع ذلك، يعرف الكثير عن أثر عمالة الأطفال في نمو الدماغ والتعلم. أساليب نيورويماجينج الميدانية قد يحتمل أن تسفر عن رؤى جديدة في مثل هذه القضايا الملحة، ونماء الأطفال على الصعيد العالمي.
Introduction
تصوير فنيرس المحمولة يوفر القدرة على دراسة وظيفة المخ والتنمية خارج المختبر، في الأماكن التي يتعذر الوصول إليها سابقا أو مع السكان المداريين. الكثير من المعارف في مجال علم الأعصاب المعرفي يأتي من التصوير دراسات أجريت في إعدادات مختبر جامعة أو مستشفى، في البلدان الغربية أساسا. حسب التصميم، وهذا يسهم نادراً ما تحدث من مشكلة في البحث: كثيرا ما هو معروف عن الدماغ يستند إلى دراسات مع المشاركين الذين يتم إعدادات المختبر في البلدان الغربية (في الغالب) موجوداً. فمعظم نيورويماجينج البحوث ينطوي على المشاركين الذين يعيشون بالقرب من معمل neuroimaging معقولة، ويكون كل من الوقت والموارد اللازمة للمشاركة في دراسة. كتخصص، وعلم الأعصاب المعرفي يهدف إلى فهم الدماغ والعوامل التي تحدد شكل تطورها – بما في ذلك آثار قوية لبيئة الطفل وحياتهم المبكرة تجارب1،،من23. يمكن دفع الأساليب التي تعزز القدرة في الميدان لدراسة التنمية في مجموعة أكثر اكتمالا من الخبرة البشرية هائلة فهم العلاقة المعقدة بين نمو الدماغ وتجارب الحياة التي تشكلها.
وتعرض هذه الورقة بروتوكول لميدان نيورويماجينج، التي تم تطويرها للاستخدام في المناطق الريفية أفريقيا جنوب الصحراء، على وجه التحديد جنوب كوت ديفوار. وكان الهدف من هذا البرنامج البحوث الميدانية neuroimaging لفهم التنمية القراءة للأطفال في بيئة شديدة الخطورة الأمية. معدل محو الأمية الشباب (15-24 سنة) كوت ديفوار هو 53%، على الرغم من معدلات انتساب المدارس الابتدائية في 93%4. كوت ديفوار هي المصدر الرئيسي في العالم للكاكاو، وهناك ما يقدر 1.3 مليون طفل عامل في القطاع الزراعي الكاكاو5. ومع ذلك، يعرف الكثير عن أثر عمالة الأطفال في نمو الدماغ والتعلم، وعلى وجه التحديد تعلم القراءة. تطبيق أحدث أدوات علم الأعصاب الإدراكية، أي الأساليب neuroimaging المحمولة، يمكن أن تسفر عن معلومات قيمة إلى نتائج التعلم للأطفال. على سبيل المثال، يمكن السماح نيورويماجينج الميدانية مع فنيرس تحديد الفترات النمائية التي تستهدف البرامج التعليمية أو التدخلات قد آثار القصوى على نتائج التعلم للأطفال.
نيورويماجينج فنيرس مناسبة تماما لإجراء بحوث ميدانية. مشابهة للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (الرنين المغناطيسي الوظيفي)، فنيرس تدابير الاستجابة الفسيولوجية للدماغ6. ومع ذلك، يستخدم فنيرس سلسلة من الضوء التي تنبعث منها أوبتوديس وكاشفات الضوء بدلاً من توليد الحقول الكهرومغناطيسية. لا توجد قيود على المعدن في أو بالقرب من منطقة التجارب، ولا يحمي الكهربائية اللازمة، كما هو الحال للمخ (EEG). ومن مزايا رئيسية فنيرس هو قابلية (أي، بعض النظم قد تناسب في حقيبة) وسهولة الاستخدام. فنيرس أيضا سهل الاستخدام مع الأطفال؛ الطفل بشكل مريح يجلس على كرسي أثناء التجربة وتتسامح النظام فنيرس حركة جيد مقارنة بالرنين المغناطيسي الوظيفي. وبالمقارنة مع الرنين المغناطيسي الوظيفي، فنيرس كما يوفر تدابير منفصلة deoxygenated (HbR) والهيموغلوبين اﻷوكسيجين (HbO) أثناء التسجيل، مقارنة بالرنين المغناطيسي الوظيفي التي تعطي مقياس مستوى كثافة (غامق) أكسجين دم مجتمعة. فنيرس وقد الأزمنة متفوقة بالرنين المغناطيسي الوظيفي: أخذ العينات معدلات يمكن أن تختلف بين ~ 7-15 هرتز-فنيرس قد القرار المكانية جيدة: عمق فنيرس للتسجيل في قشرة البشرية هو أقل من الرنين المغناطيسي الوظيفي، قياس حوالي 3 إلى 4 سم في العمق، ومناسبة تماما لدراسة وظائف القشرية، لا سيما مع الأطفال الرضع والأطفال الذين لديهم أرق الجماجم من البالغين3،،من78،،من910.
يحدد هذا البروتوكول neuroimaging الميدانية الاعتبارات للسفر مع وإعداد مختبر neuroimaging محمولة في الظروف منخفضة الموارد. كما يبرز البروتوكول الطبيعة الأساسية لعلاقات تعاون طويلة الأجل وذات مغزى مع الشركاء المحليين العلم والطرق التي يعمل هذا النهج على بناء القدرات المحلية في مجال العلم. ويتجلى في بروتوكول نيورويماجينج لجمع وتحليل بيانات الدماغ فنيرس من بطارية للغة، والقراءة، والمهام المعرفية، بما في ذلك التوصيات المتعلقة بإنشاء إجراءات الموافقة المستنيرة المناسبة ثقافيا للتصوير للبحث. بينما تم تصميم هذا البروتوكول للنمو المعرفي للبحث مع المدارس الابتدائية الذين تتراوح أعمارهم بين الأطفال في المناطق الريفية كوت ديفوار، البروتوكول ارتباطاً وثيقا لأي دراسة ميدانية نيورويماجينج في البيئات الصعبة، منخفضة الموارد، ويمكن تكييفها للرواية سياقات.
Protocol
Representative Results
Discussion
قدمت هذه الورقة بروتوكول neuroimaging ميدانية مناسبة للظروف منخفضة الموارد في المواقع النائية. تقدم هذا البروتوكول neuroimaging الميدانية الرئيسية هو أول مرة القدرة على دراسة وظيفة المخ والمداريين تطورها في (أو ابدأ-قبل درس) السياقات. وتشمل الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول السفر مع وإعداد مختبر مت?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
أمكن هذا البحث من خلال “زمالة مؤسسة جاكوبس الوظيفي المبكر” إلى ك. جاسينسكا (عدد الزمالات: 118455 عام 2015). الكتاب ترغب أيضا في أن تقر بلاها إكسيل، فابريس تانو وآمون آريان، كانغا برايس وصورتي إيفيت لمساعدتها في جمع البيانات والدعم الميداني. خاص بفضل الأسر والأطفال من Moapé، Ananguié، أفيري، وبيكويفين للمشاركة في هذا البرنامج البحثي وكرم الضيافة القرى.
Materials
| LIGHTNIRS Main Unit Pack 120V | Shimadzu | 292-34000-42 | Component of the fNIRS system |
| HOLDER ASSY, ALL- CAP | Shimadzu | 594-07618-01 | Component of the fNIRS system |
| LIGHTNIRS connection cable | Shimadzu | 567-10976-11 | fNIRS system component |
| Fiber set for LIGHTNIRS, 1m (8 sets) | Shimadzu | 567-11350-01 | fNIRS system component |
| Dell Latitude Laptop | Shimadzu (from Dell) | 220-97322-00 | Master computer to run fNIRS applications |
| PATRIOT SEU (System Electronics Unit) | POLHEMUS | 1A0453-001 | PATRIOT System component |
| Power Supply | POLHEMUS | 2C0809 | PATRIOT System component |
| Power Supply cord | POLHEMUS | 17500B-BLK | PATRIOT System component |
| RS-232 null modem cable | POLHEMUS | 1C0288 | PATRIOT System component |
| USB cable | POLHEMUS | 1C0289 | PATRIOT System component |
| RX2 Sensor 10' cable | POLHEMUS | 4A0492-20 | PATRIOT System component |
| TX2 Source 10' cable | POLHEMUS | 4A0506-20 | PATRIOT System component |
Riferimenti
- Dawson, G., Ashman, S. B., Carver, L. J. The role of early experience in shaping behavioral and brain development and its implications for social policy. Dev Psychopathol. 12 (4), 695-712 (2000).
- Blair, C., Raver, C. C. Poverty, Stress, and Brain Development: New Directions for Prevention and Intervention. Acad Pediatr. 16 (3 Suppl), S30-S36 (2016).
- Jasińska, K. K., Petitto, L. A. How age of bilingual exposure can change the neural systems for language in the developing brain: A functional near infrared spectroscopy investigation of syntactic processing in monolingual and bilingual children. Dev Cogn Neurosci. 6c, 87-101 (2013).
- Statistics, U. I. f. . Côte d’Ivoire. , (2017).
- University, T. . 2013/14 Survey Research on Child Labor in West African Cocoa Growing Areas. , (2015).
- Cui, X., Bray, S., Bryant, D. M., Glover, G. H., Reiss, A. L. A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks. Neuroimage. 54 (4), 2808-2821 (2011).
- Quaresima, V., Bisconti, S., Ferrari, M. A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults. Brain Lang. 121 (2), 79-89 (2012).
- Jasińska, K. K., Berens, M. S., Kovelman, I., Petitto, L. A. Bilingualism yields language-specific plasticity in left hemisphere’s circuitry for learning to read in young children. Neuropsychologia. 98, 34-45 (2016).
- Jasińska, K. K., Petitto, L. A. Development of neural systems for reading in the monolingual and bilingual brain: new insights from functional near infrared spectroscopy neuroimaging. Dev Neuropsychol. 39 (6), 421-439 (2014).
- Petitto, L., et al. The “Perceptual Wedge Hypothesis” as the basis for bilingual babies’ phonetic processing advantage: new insights from fNIRS brain imaging. Brain Lang. 121 (2), 130-143 (2012).
- Jasper, H. H. Report of the Committee on Methods of Clinical Examination in Electroencephalography. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 10 (2), 370-371 (1958).
- Shalinsky, M. H., Kovelman, I., Berens, M. S., Petitto, L. A. Exploring Cognitive Functions in Babies, Children & Adults with Near Infrared Spectroscopy. Journal of visualized experiments. (29), (2009).
- Tadel, F., Baillet, S., Mosher, J. C., Pantazis, D., Leahy, R. M. Brainstorm: a user-friendly application for MEG/EEG analysis. Comput Intell Neurosci. 2011, 879716 (2011).
- Tak, S., Ye, J. C. Statistical analysis of fNIRS data: A comprehensive review. Neuroimage. 85, Part 1, 72-91 (2014).
- Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. NIRS-SPM: statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy. Neuroimage. 44 (2), 428-447 (2009).
- Huppert, T. J. T. J., Diamond, S. G. S. G., Franceschini, M. A. M. A., Boas, D. A. D. A. HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain. Appl Opt. 48 (10), D280-D298 (2009).
- Huppert, T. J. Commentary on the statistical properties of noise and its implication on general linear models in functional near-infrared spectroscopy. Neurophotonics. 3 (1), 010401 (2016).
- Rosso, A. L., et al. Neuroimaging of an attention demanding dual-task during dynamic postural control. Gait Posture. 57, 193-198 (2017).
- Jang, K. E. K. E., et al. Wavelet minimum description length detrending for near-infrared spectroscopy. Journal of Biomedical Optics. 14 (3), 034004-034004 (2009).
- Worsley, K. J., Friston, K. J. Analysis of fMRI time-series revisited–again. Neuroimage. 2 (3), 173-181 (1995).
- Friston, K. J., Josephs, O., Rees, G., Turner, R. Nonlinear event-related responses in fMRI. Magn Reson Med. 39 (1), 41-52 (1998).
- Sun, J. Y. Tail Probabilities of the Maxima of Gaussain Random-Fields. The Annals of Probability. 21 (1), 34-71 (1993).
- Sun, J. Y., Loader, C. R. Simultaneous Confidence Bands for Linear-Regression and Smoothing. The Annals of Statistics. 22 (3), 1328-1345 (1994).
- Molfese, P. J., Glen, D., Mesite, L., Pugh, K., Cox, R. . Organization of Human Brain Mapping. , (2015).
- Singh, A. K., Okamoto, M., Dan, H., Jurcak, V., Dan, I. Spatial registration of multichannel multi-subject fNIRS data to MNI space without MRI. Neuroimage. 27 (4), 842-851 (2005).
- Krosin, M. T., Klitzman, R., Levin, B., Cheng, J., Ranney, M. L. Problems in comprehension of informed consent in rural and peri-urban Mali, West Africa. Clinical Trials. 3, (2006).
- Leach, A. An evaluation of the informed consent procedure used during a trial of a Haemophilus influenzae type B conjugate vaccine undertaken in The Gambia, West Africa. Soc Sci Med. 48, (1999).
- Molyneux, C. S., Peshu, N., Marsh, K. Understanding of informed consent in a low-income setting: three case studies from the Kenyan Coast. Soc Sci Med. 59, (2004).
- Oduro, A. R. Understanding and retention of the informed consent process among parents in rural northern Ghana. BMC Med Ethics. 9 (1), 1-9 (2008).
- Tindana, P. O., Kass, N., Akweongo, P. The Informed Consent Process in a Rural African Setting:: A Case Study of the Kassena-Nankana District of Northern Ghana. IRB. 28 (3), 1-6 (2006).
- Lloyd-Fox, S., et al. fNIRS in Africa & Asia: an Objective Measure of Cognitive Development for Global Health Settings. The FASEB Journal. 30 (1 Supplement), (2016).
- Storrs, C. . Nature News. , (2018).
- Lloyd-Fox, S., et al. Functional near infrared spectroscopy (fNIRS) to assess cognitive function in infants in rural Africa. Sci Rep. 4, 4740 (2014).
- Papademetriou, M. D., et al. Optical imaging of brain activation in Gambian infants. Adv Exp Med Biol. 812, 263-269 (2014).
