שיטות דימות מוחי שדה שימוש פונקציונלי ליד דימות מוחי ספקטרוסקופית אינפרא אדום (NIRS) לחקר התפתחות הילד גלובלית: כפריים אפריקה שמדרום לסהרה
Summary
גישות הדמייה נייד (פונקציונלי ליד ספקטרוסקופית אינפרא אדום) לספק ההתקדמות בחקר המוח באזורים נגישים בעבר; . הנה, כפרי חוף השנהב. חדשנות בשיטות ופיתוח של פרוטוקולים דימות מוחי המתאים מבחינה תרבותית מאפשרת לימוד הרומן פיתוח של המוח תוצרי הלמידה של ילדים בסביבות עם עוני משמעותי, מצוקה.
Abstract
גישות הדמייה נייד מספקים בפיתוחים חדשים בחקר תפקוד המוח והתפתחות המוח עם אוכלוסיות נגישים בעבר במיקומים מרוחקים. הנייר הזה מציג את ההתפתחות של שדה הדמיה ליד ספקטרוסקופית אינפרא אדום (fNIRS) הפונקציונלית במחקר של הילד שפה, קריאה, התפתחות קוגניטיבית באווירה כפרית בכפר של חוף השנהב. חדשנות בשיטות ופיתוח של פרוטוקולים דימות מוחי המתאים מבחינה תרבותית מאפשרים מבט בפעם הראשונה לתוך תוצאות הלמידה של ילדים בסביבות understudied ופיתוח של המוח. מאמר זה מדגים פרוטוקולים להובלת ודן מקים מעבדה ניידת, שיקולים עבור שדה מול מעבדת הדמייה, והסכמה מתנות מדריך לפיתוח דימות מוחי הליכים ובניית משמעותי לטווח ארוך שיתופי פעולה עם שותפים מקומיים הממשלה ומדע. שיטות דימות מוחי נייד ניתן ללמוד על התפתחות הילד מורכבת בהקשרים שונים, כולל ההשפעה של עוני משמעותי מצוקה על התפתחות המוח. פרוטוקול המובאת כאן פותחה לשימוש בחוף השנהב, המקור העיקרי של העולם של קקאו, איפה דוחות של הילד העבודה במגזר קקאו והם נפוצים. ובכל זאת, מעט מאוד ידוע על ההשפעה של העסקת ילדים על התפתחות המוח והלמידה. שיטות דימות מוחי שדה יש את הפוטנציאל להניב תובנות חדשות בסוגיות דחופות, לבין ההתפתחות של ילדים ברחבי העולם.
Introduction
הדמיה fNIRS נייד מספק את היכולת ללמוד תפקוד המוח והתפתחות מחוץ למעבדה, בהגדרות נגישים בעבר או עם אוכלוסיות understudied. רוב הידע בתחום מדעי המוח הקוגניטיביים נובע הדמיה מחקרים שנערכו הגדרות מעבדה באוניברסיטה או בבית החולים, במדינות מערביות בעיקר. על ידי עיצוב, זה תורם בעיה רק לעתים רחוקות-מדוברת-של-מחקר: רוב מה ידוע על המוח מבוססת על מחקרים עם משתתפים שעבורם מעבדה הגדרות במדינות המערב (בעיקר) נגישים. כלומר, רוב להפרעת כרוך המשתתפים גרים בסמיכות סביר מעבדת הדמייה ואין להם את הזמן ואת המשאבים הדרושים להשתתף במחקר. כמקצוע, מדעי המוח הקוגניטיביים שואפת להבין את המוח ואת הגורמים המעצבים את התפתחותו — כולל השפעת החזקים של הילד איכות הסביבה והחיים שלהם המוקדם-חוויות1,2,3. שיטות קידום יכולת של השדה ללמוד פיתוח במגוון פולר של החוויה האנושית באופן דרמטי יכול לקדם את ההבנה של הקשר המורכב בין התפתחות המוח חוויות החיים לעצב אותם.
מאמר זה מציג עבור שדה דימות מוחי, אשר פותחה לשימוש כפריים אפריקה שמדרום לסהרה, במיוחד בדרום חוף השנהב פרוטוקול. מטרת תוכנית מחקר זו שדה דימות מוחי היה להבין פיתוח הקריאה של הילדים בסביבה עם סיכון גבוה של אנאלפביתיות. אחוזי אוריינות הנוער (15-24 שנים) של חוף השנהב הוא 53%, למרות המחירים הרשמה של בית הספר היסודי 93%4. חוף השנהב היא המקור העיקרי של העולם של קקאו, ויש המשוערת 1.3 מיליון פועלים הילד הסקטור החקלאי קקאו5. ובכל זאת, מעט מאוד ידוע על ההשפעה של העסקת ילדים על מוח פיתוח ולמידה, במיוחד ללמוד לקרוא. החלת את הכלים העדכניים ביותר של מדעי המוח הקוגניטיביים, קרי, שיטות דימות מוחי נייד, יכולות להניב תובנות לתוך תוצאות הלמידה של הילדים. לדוגמה, שדה דימות מוחי עם fNIRS תוכל לאפשר זיהוי תקופות התפתחותיות שבמהלכו ממוקד תוכניות חינוכיות או התערבויות אולי יש השפעות מקסימלי על תוצאות הלמידה של הילדים.
דימות מוחי fNIRS הוא מתאים היטב עבור עבודת שדה. בדומה דימות תהודה מגנטי תפקודי (fMRI), fNIRS מודד של המוח בגרימת תגובה6. עם זאת, fNIRS משתמש סדרה של אור פולטות optodes, גלאי אור יותר מאשר יצירת שדות אלקטרו-מגנטיים. אין הגבלות על מתכת או ליד אזור הבדיקה, אין סיכוך חשמלי הוא הכרחי, כמו במקרה של אלקטרואנצפלוגרם (EEG). יתרון מפתח של fNIRS הוא שלה ניידות (קרי, מערכות מסוימות ייתכן ייכנסו למזוודה) וקלות השימוש. fNIRS הוא גם קל לשימוש עם ילדים; הילד הוא יושב בנוחות בכסא במהלך הניסוי, מערכת fNIRS סובלנית תנועה בהשוואה fMRI. לעומת ה-fMRI, fNIRS מספק גם אמצעים נפרדים של דם לא מחומצן (HbR), המוגלובין מחומצן (HbO) במהלך ההקלטה, בהשוואה ל fMRI אשר מניב אמצעי רמת צפיפות (מודגש) של חמצן דם משולב. fNIRS יש רזולוציה טמפורלית מעולה ל fMRI: דגימה המחירים יכול להשתנות בין ~ 7-15 הרץ. fNIRS יש רזולוציה מרחבית טובה: fNIRS’ עומק הקלטה של קליפת המוח האנושי הוא פחות מה-fMRI, מדידת כ 3-4 ס מ עומק, אשר הוא מתאים היטב לומד פונקציות בקליפת המוח, במיוחד אצל תינוקות וילדים בעלי גולגלות דק יותר מאשר מבוגרים3,7,8,9,10.
פרוטוקול דימות מוחי שדה זה מתאר שיקולים עבור נסיעה עם והגדרת מעבדת הדמייה נייד בהקשרים נמוך-משאב. הפרוטוקול מדגיש גם אופי שיתופי פעולה משמעותית, לטווח ארוך עם שותפים מקומיים המדע ועל דרכים שבו בגישה זו מגישה לבנות מדע המקומי קיבולת חיונית. פרוטוקול דימות מוחי עבור איסוף וניתוח נתונים המוח fNIRS סוללה של שפה, קריאה ומשימות קוגניטיבית, הוא הפגין כולל המלצות עבור יצירת נהלים מתאימים תרבותית מדעת מחקרי הדמיה. בעוד פרוטוקול זה מיועד לחקר התפתחות קוגניטיבית עם ילדים בגילאי בית הספר היסודי ב חוף השנהב כפריים, הפרוטוקול הוא מאוד רלוונטי למחקר דימות מוחי בכל שדה בסביבות מאתגרות, נמוך-משאב, יכול להיות מותאם רומן הקשרים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה הציג פרוטוקול דימות מוחי שדה מתאים נמוך-משאב בהקשרים במיקומים מרוחקים. מראש מפתח של פרוטוקול דימות מוחי זה שדה בפעם הראשונה את היכולת לחקור את תפקוד המוח, התפתחותה, היה ממלא מקום (או לעולם לא-לפני למד) הקשרים. השלבים הקריטיים של פרוטוקול זה כוללות נסיעה עם הקמת מעבדה ניידים מתאימים ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה בוצע דרך קרן ג’ייקובס מוקדם לאחווה הקריירה ק’ Jasinska (מלגת מספר: 2015 118455). המחברים גם רוצים להכיר Blahoua אקסל, פאבריס Tanoh, אריאן אמון, ברייס, ולהחזיר איווט Foto לסיוע שלהם לאיסוף נתונים ותמיכה שדה. תודה המשפחות והילדים של Moapé, Ananguié, אפרי Becouefin שלהם להשתתפות בתוכנית מחקר זו ואירוח חם של הכפרים מיוחדת.
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 |
References
- 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).
