एक फ्लैंकर टास्क के साथ समवर्ती इलेक्ट्रोएंसेफलोग्राफी और कार्यात्मक निकट-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी रिकॉर्डिंग का आयोजन
Summary
वर्तमान प्रोटोकॉल में समवर्ती ईईजी और fNIRS रिकॉर्डिंग करने और ईईजी और fNIRS डेटा के बीच संबंधों का निरीक्षण करने के तरीके का वर्णन किया गया है।
Abstract
समवर्ती ईईजी और fNIRS रिकॉर्डिंग तंत्रिका और हीमोडायनामिक संकेतों के बीच संबंधों का निरीक्षण करके संज्ञानात्मक प्रसंस्करण के तंत्रिका तंत्र की पूरी समझ हासिल करने का एक उत्कृष्ट अवसर प्रदान करती है। ईईजी एक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल तकनीक है जो कॉर्टेक्स की तेजी से न्यूरोनल गतिविधि को माप सकती है, जबकि fNIRS मस्तिष्क सक्रियण का अनुमान लगाने के लिए हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं पर निर्भर करता है। ईईजी और fNIRS न्यूरोइमेजिंग तकनीकों का संयोजन अधिक सुविधाओं की पहचान कर सकता है और मस्तिष्क के कामकाज से जुड़ी अधिक जानकारी प्रकट कर सकता है। इस प्रोटोकॉल में, एक फ्लैंकर टास्क के दौरान पैदा-विद्युत क्षमता और हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं की समवर्ती रिकॉर्डिंग के लिए जुड़े ईईजी-fNIRS माप किए गए थे। इसके अलावा, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर प्रणाली की स्थापना के लिए महत्वपूर्ण कदम के साथ-साथ डेटा अधिग्रहण और विश्लेषण की प्रक्रियाओं को विस्तार से प्रदान किया गया और चर्चा की गई । यह उम्मीद की जाती है कि वर्तमान प्रोटोकॉल ईईजी और एफएनआईआरएस संकेतों का उपयोग करके विभिन्न संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं में अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की समझ में सुधार के लिए एक नया अवसर प्रशस्त कर सकता है।
Introduction
इस अध्ययन का उद्देश्य फ्यूज्ड ईईजी और fNIRS न्यूरोइमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके फ्लैंकर टास्क में अंतर्निहित तंत्रिका सक्रियण पैटर्न को प्रकट करने के लिए एक कार्य प्रोटोकॉल विकसित करना है। दिलचस्प बात यह है कि समवर्ती fNIRS-EEG रिकॉर्डिंग प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में हीमोडायनामिक संकेतों और फ्लैंकर टास्क से जुड़े पूरे मस्तिष्क के विभिन्न घटना से संबंधित क्षमता (ईआरपी) घटकों के बीच संबंधों के निरीक्षण के लिए अनुमति देती है।
मस्तिष्क1,2,2,3में सूचना प्रसंस्करण कहां और कब हो रहा है, इसकी समझ में सुधार करने के लिए कार्यात्मक निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (fNIRS), इलेक्ट्रोएंसेफलोग्राफी (ईईजी), और कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई) सहित विभिन्न नॉनइनवेसिव न्यूरोइमेजिंग तौर-तरीकों का एकीकरण आवश्यक है। इसके अतिरिक्त, स्थानीय तंत्रिका गतिविधि और हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं में बाद के परिवर्तनों के बीच संबंधों की जांच करने के लिए fNIRS और ईईजी को मिलाने की क्षमता है, जिसमें ईईजी और fNIRS मानव मस्तिष्क संज्ञानात्मक कार्य के तंत्रिका तंत्र को प्रकट करने में पूरक हो सकते हैं। fNIRS एक संवहनी आधारित कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग तकनीक है जो मस्तिष्क सक्रियण का अनुमान लगाने के लिए हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं पर निर्भर करती है। fNIRS सेरेब्रल कॉर्टेक्स में सापेक्ष ऑक्सीहेमोग्लोबिन (एचबीओ) और डिऑक्सीहेमोग्लोबिन (एचबीआर) एकाग्रता परिवर्तन ों को मापता है, जो संज्ञानात्मक प्रसंस्करण3,,4,,55,6,,7के अध्ययन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। न्यूरोवैस्कुलर और न्यूरोमेटाबोलिक युग्मन तंत्र8के अनुसार, संज्ञानात्मक प्रसंस्करण से जुड़ी स्थानीय तंत्रिका गतिविधि का परिवर्तन आम तौर पर 4-7 सेकंड की देरी के साथ स्थानीय रक्त प्रवाह और रक्त ऑक्सीजन में बाद के परिवर्तन ों के साथ होता है। यह दिखाया गया है कि न्यूरोवैस्कुलर युग्मन की संभावना एक शक्ति ट्रांसड्यूसर है, जो तंत्रिका गतिविधि की तेज गतिशीलता को धीमी हीमोडायनामिक्स9के संवहनी इनपुट में एकीकृत करता है। विशेष रूप से, fNIRS का उपयोग ज्यादातर ललाट पालि में न्यूरोवैस्कुलर गतिविधि का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है, विशेष रूप से प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स जो उच्च संज्ञानात्मक कार्यों के लिए जिम्मेदार है, जैसे कार्यकारी कार्य10,,11,,12,तर्क और योजना13,निर्णयलेने 14,और सामाजिक अनुभूति और नैतिक निर्णय15। हालांकि, fNIRS द्वारा मापी गई हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाएं केवल अप्रत्यक्ष रूप से तंत्रिका गतिविधि को कम लौकिक संकल्प के साथ कैप्चर करती हैं, जबकि ईईजी तंत्रिका गतिविधियों के अस्थायी ठीक और प्रत्यक्ष उपायों की पेशकश कर सकती है। नतीजतन, ईईजी और fNIRS रिकॉर्डिंग का संयोजन अधिक सुविधाओं की पहचान कर सकता है और मस्तिष्क के कामकाज से जुड़ी अधिक जानकारी प्रकट कर सकता है।
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि ईईजी और एफएनआईआरएस संकेतों का बहु-मॉडल अधिग्रहण विभिन्न संज्ञानात्मक,कार्यों16,,17,,18,,19,20,,21,,22 या मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस23,,24अंतर्निहित मस्तिष्क सक्रियण का निरीक्षण करने के लिए आयोजित किया गया है । विशेष रूप से, समवर्ती ईआरपी (घटना से संबंधित क्षमता) और fNIRS रिकॉर्डिंग घटना से संबंधित श्रवण oddball प्रतिमान1के आधार पर किया गया था, जिसमें fNIRS P300 घटक की उपस्थिति के बाद कई सेकंड frontotemporal प्रांतस्था में हीमोडायनामिक परिवर्तन की पहचान कर सकते हैं । होरोविट्ज एट अल ने एक अर्थ प्रसंस्करण कार्य25के दौरान fNIRS संकेतों और P300 घटक के एक साथ माप का भी प्रदर्शन किया। दिलचस्प बात यह है कि एक साथ ईईजी और fNIRS रिकॉर्डिंग के आधार पर पिछले अध्ययनों से पता चला है कि Oddball उत्तेजनाओं के दौरान P300 fNIRSसंकेतों 26के साथ एक महत्वपूर्ण संबंध का प्रदर्शन किया । यह पता चला कि बहु-मॉडल उपायों में घटना से संबंधित प्रतिमान26के आधार पर व्यापक संज्ञानात्मक तंत्रिका तंत्र को प्रकट करने की क्षमता है । oddball कार्य के अलावा, ईआरपी घटक N200 से जुड़े फ्लैंकर कार्य भी एक महत्वपूर्ण प्रतिमान है, जिसका उपयोग स्वस्थ नियंत्रण और विभिन्न विकारों वाले रोगियों के साथ संज्ञानात्मक क्षमता का पता लगाने और मूल्यांकन की जांच के लिए किया जा सकता है। विशेष रूप से, N200 एक नकारात्मक घटक था जो पूर्वकाल सिंगुएटेड कॉर्टेक्स ललाट27 और बेहतर लौकिक प्रांतस्था28से 200-350 एमएस को चोट करता है। हालांकि पिछले अध्ययनों ने फ्लैंकर टास्क29में बेहतर ललाट कॉर्टेक्स और अल्फा दोलन के बीच संबंध की जांच की, N200 आयाम और फ्लैंकर टास्क के दौरान हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं के बीच संबंध का पता नहीं लगाया गया है।
इस प्रोटोकॉल में, मानक ईईजी कैप के आधार पर एक घर में बने ईईजी/fNIRS पैच का उपयोग समवर्ती ईईजी और fNIRS रिकॉर्डिंग के लिए किया गया था । ईईजी कैप में जुड़े एफएनआईआरएस ऑप्टोड्स के प्लेसमेंट के माध्यम से समर्थन के साथ ऑप्टोड्स/इलेक्ट्रोड की व्यवस्थाएं हासिल की गई थीं । ई-प्राइम सॉफ्टवेयर द्वारा उत्पन्न समान उत्तेजनाओं के साथ एक साथ ईईजी और fNIRS डेटा अधिग्रहण किए गए थे। हम परिकल्पना करते हैं कि फ्लैंकर कार्य से जुड़े ईआरपी घटक प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं के साथ एक महत्वपूर्ण संबंध प्रदर्शित कर सकते हैं। इस बीच, संयुक्त ईआरपी और fNIRS रिकॉर्डिंग बढ़ाया सटीकता के साथ मस्तिष्क सक्रियण पैटर्न की पहचान करने के लिए कई संकेत संकेतक निकाल सकते हैं । परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, fNIRS सेटअप और ईईजी मशीन को घटना से संबंधित फ्लैंकर कार्य के अनुरूप जटिल तंत्रिका अनुभूति तंत्र को प्रकट करने के लिए एकीकृत किया गया था।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में, संयुक्त ईईजी और fNIRS रिकॉर्डिंग पूरे मस्तिष्क के तंत्रिका संकेतों और प्रीफ्रंटल प्रांतस्था की समवर्ती हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं को रिकॉर्ड करके एक घटना से संबंधित फ्लैंकर प्रतिमा…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग क्लस्टर (एचपीसीसी) में भाग में किया गया था, जिसे मकाऊ विश्वविद्यालय के सूचना और संचार प्रौद्योगिकी कार्यालय (आईसीटीओ) द्वारा समर्थित किया जाता है। इस अध्ययन को MYRG2019-00082-FHS और MYRG 2018-00081-FHS द्वारा मकाऊ में मकाऊ विश्वविद्यालय से अनुदान, और भी विज्ञान और प्रौद्योगिकी विकास कोष, मकाऊ एसएआर (FDCT 0011/2018/A1 और FDCT 025/2015/A1) द्वारा वित्त पोषित द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| EEG cap | EASYCAP GmbH | – | – |
| EEG system | BioSemi | – | – |
| fNIRS system | TechEn | – | CW6 System |
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