Questo articolo introduce un protocollo di ricerca adatti progettato per migliorare la qualità dei dati riducendo il movimento della testa durante pediatrica magnetoencefalografia (MEG). Abbiamo famiglie di familiarizzare con l’ambiente di MEG, formare i bambini rimangono ancora utilizzando un simulatore di MEG, e correggere per artefatti di movimento della testa residua utilizzando un sistema di rilevazione di movimento della testa in tempo reale.
Magnetoencefalografia (MEG) è una tecnica non invasiva neuroimaging che direttamente misura campi magnetici generati dall’attività elettrica del cervello umano. MEG è tranquillo e meno probabile indurre claustrofobia confrontato con risonanza magnetica (MRI). È pertanto uno strumento promettente per lo studio di funzione del cervello in bambini in giovane età. Tuttavia, l’analisi dei dati di MEG da popolazioni pediatriche è spesso complicata da artefatti di movimento della testa che sorgono come conseguenza il requisito per una serie di sensori nello spazio fisso che non vi siano attaccata alla testa del bambino. Riducendo al minimo i movimenti della testa durante le sessioni di MEG può essere particolarmente impegnativo come bambini piccoli spesso sono in grado di rimanere ancora durante compiti sperimentali. Il protocollo qui presentato mira a ridurre artefatti di movimento della testa durante pediatrica MEG scansione. Prima di visitare il laboratorio di MEG, le famiglie sono fornite con le risorse che spiegano il sistema di MEG e le procedure sperimentali in un linguaggio semplice e accessibile. Una sessione di familiarizzazione di MEG è condotto durante la quale i bambini sono a conoscenza con i ricercatori e le procedure di MEG. Quindi sono addestrati per tenere la testa ancora mentre siete sdraiati all’interno di un simulatore di MEG. Per aiutare i bambini a sentirsi a proprio agio nel romanzo ambiente MEG, tutte le procedure sono spiegate attraverso la narrazione di una missione spaziale. Per ridurre al minimo movimento della testa a causa di inquietudine, i bambini sono addestrati e valutati utilizzando paradigmi sperimentali divertente e coinvolgente. Inoltre, artefatti di movimento della testa residua bambini vengono compensate durante la sessione di acquisizione di dati utilizzando un movimento della testa in tempo reale sistema di tracciamento. L’implementazione di queste procedure adatti è importante per migliorare la qualità dei dati, riducendo al minimo tasso di abbandono partecipante in studi longitudinali e garantire che le famiglie hanno un’esperienza di ricerca positiva.
Magnetoencefalografia (MEG) è una tecnica di neuroimaging funzionale non invasivo che misura i campi magnetici generati dall’attività elettrica del cervello umano1,2. MEG offre un’eccellente risoluzione temporale e risoluzione spaziale superiore confrontato con l’elettroencefalografia (EEG) a causa della mancanza di segnale sbavature dai tessuti biologici tra le fonti di cervello ed i sensori. Inoltre, MEG non comporta l’esposizione a rumori forti, radiazioni o campi magnetici. Tempo di set-up è rapido e i partecipanti possono essere accompagnati da un genitore o un operatore sanitario durante test. Prese insieme, queste caratteristiche rendono MEG uno strumento promettente per indagare lo sviluppo tipico e atipico della funzione del cervello in bambini in giovane età2.
Per misurare le risposte del cervello utilizzando MEG, i partecipanti alla ricerca deve inserire le loro teste in un casco alloggiamento una matrice fissa di sensori superconduttori. È fondamentale che i partecipanti mantiene le loro teste ancora in tutta la MEG registrazione, come cambiamenti nella posizione della testa rispetto i sensori entrambi degrada la distribuzione del segnale neuromagnetic e ostacolare la stima accurata origine. Stima di origine inesatte porta inevitabilmente a inferenze statistiche imprecise in fonte di alimentazione, connettività funzionale e analisi di rete3.
Riducendo al minimo movimento della testa può essere particolarmente impegnativo durante la valutazione di MEG pediatrica per una serie di motivi. In primo luogo, valutare i bambini piccoli in un sistema di MEG adulto è problematico, come le teste dei bambini sono molto più piccole di quelli degli adulti, e lo spazio aumentato tra il casco e il cuoio capelluto del bambino permette di muovere la testa senza vincoli. In secondo luogo, l’ambiente romanzo di MEG — una macchina di grandi dimensioni chiuso dentro una stanza senza finestre magneticamente schermata — può essere intimidatorio per i bambini piccoli, e movimento della testa può essere una conseguenza dell’ansia. In terzo luogo, senza formazione, i bambini possono non completamente capire o assolvere l’obbligo di rimanere ancora per tutta la durata dell’esperimento. Infine, i bambini che hanno una limitata capacità di tollerare la noia possono trovare che alcuni esperimenti di MEG prendono troppo a lunghi o sono noiosi, conseguente irrequietezza e testa artefatti di movimento.
Per affrontare la sfida di vecchia data di movimento della testa nella ricerca pediatrica di MEG, questo articolo presenta hardware recente e avanzamenti metodologici che sono implementati nel bambino-amichevole MEG protocollo utilizzato presso il KIT-Macquarie Brain Research Laboratory ( Università di Macquarie, Sydney, Australia). Come descritto in una carta precedente da questo laboratorio4, i problemi legati all’uso di un casco da adulto di dimensioni larghi dewar sono stati risolti installando una prima mondiale, sistema di MEG pediatrica tutta la testa con un casco su misura dewar per meglio adattarsi le teste dei bambini piccoli tra circa tre-sei anni di età. Questo adattamento di hardware migliora il rapporto segnale-rumore, come i sensori sono fisicamente più vicino, in media, al cuoio capelluto5,6 del bambino. Più recentemente, il laboratorio di ricerca del cervello di KIT-Macquarie ha sviluppato diverse procedure nuove e nuove per superare i suddetti antecedenti di movimento della testa e quindi per migliorare la qualità dei dati.
Tutte le procedure descritte in questo protocollo sono spiegate attraverso una narrazione in cui il partecipante di bambino si impegna attivamente in una “missione spaziale astronauta”. Questa narrazione assicura che l’esperienza del bambino MEG ricerca è non solo meno intimidatorio, ma anche emozionante. L’implementazione di queste procedure in un protocollo di MEG adatti è importante per migliorare la qualità dei dati, riducendo al minimo tasso di abbandono partecipante in studi longitudinali e garantire che le famiglie hanno un’esperienza positiva nella loro partecipazione di ricerca.
Negli ultimi anni, MEG è stata stabilita come una tecnica di neuroimaging non invasiva prezioso per indagare i meccanismi neurali alla base del cervello di sviluppo1. Tuttavia, i movimenti della testa in scanner posa una famigerato barriera all’ottenimento di buona qualità dati MEG, particolarmente nel valutare le popolazioni pediatriche. Per ovviare a questo problema, questo articolo ha presentato un protocollo di ricerca pediatrico di MEG che si basa su procedure descritte in un articolo precedente dal KIT-Macquarie Brain Research Laboratory 4.
Le procedure critiche includono (1) fornire i bambini con MEG familiarizzazione risorse da cui possono imparare circa l’esperimento MEG prima di visitare il laboratorio, che includono un bambino-amichevole ricerca articolo7 che spiega il sistema di MEG e il schermati magneticamente camera (MSR), una storia-Pensione delineando 10 semplici passi per completare l’esperimento MEG (complementare figura 1) e un foglio informativo di MEG per genitori e tutori (complementare figura 2); (2) precedenti la sessione di acquisizione di MEG con una sessione di familiarizzazione, in cui i bambini sono familiarità con le procedure di MEG e sono addestrati a mantenere le loro teste ancora mentre siete sdraiati all’interno di un simulatore di MEG; (3) utilizzando paradigmi sperimentali passive o “gamified” per ridurre al minimo il movimento della testa a causa di noia e agitazione; e (4) rilevamento movimenti della testa in corso durante l’acquisizione dei dati online utilizzando un sistema di movimento della testa in tempo reale (ReTHM)9. I dati ottenuti da ReTHM utilizzabile per condurre in linea correzione di artefatti di movimento della testa quando la pre-elaborazione dei dati di MEG.
L’acquisizione di dati di alta qualità MEG dipende in modo critico il bambino a sentirsi a proprio agio nell’ambiente romanzo di MEG. Per favorire questo senso di facilità, i ricercatori sono incoraggiati a dedicare tempo a familiarizzare i bambini e le loro famiglie con MEG ambiente e procedure prima di iniziare l’acquisizione dei dati. Questo può essere raggiunto attraverso offerta bambini e loro genitori risorse di MEG che spiegano le procedure di MEG in un linguaggio semplice e accessibile. Inoltre, le famiglie possono essere invitate a visitare il laboratorio di MEG prima della sessione di acquisizione dati per incontrare i ricercatori e praticare le procedure di prova di MEG. Attraverso la formazione sul simulatore di MEG, i bambini imparano in modo implicito l’importanza di mantenere le loro teste ancora mentre siete sdraiati nel MEG. Mentre la familiarizzazione di MEG richiede i ricercatori e le famiglie a dedicare ulteriore tempo per il processo di raccolta di dati, i vantaggi del miglioramento della qualità dei dati MEG, come pure riducendo al minimo i tempi e costi di condurre i dati successivi MEG sessioni di acquisizione, probabilmente supera questo inconveniente. Inoltre, prestazioni e conformità durante la sessione di familiarizzazione può essere utilizzati per indicare se il bambino è o non è adatto per invitare nuovamente per una sessione di acquisizione di dati MEG effettiva.
Per ridurre al minimo movimento della testa in scanner a causa di inquietudine, è preferibile utilizzare un paradigma sperimentale passivo che non richiede istruzioni, evidente attenzione o partecipazione attiva. Ad esempio, un’affidabile risposta evocata può essere ottenuta con un oddball uditiva paradigma12, per cui il partecipante ascolta passivamente una sequenza di toni uditive mentre intrattenuti da un video in silenzio. Per gli studi che richiedono una risposta evidente, il ricercatore dovrebbe mirare ad incorporare l’attività sperimentale in un coinvolgente gioco in stile paradigma11. Ciò migliora la cooperazione e minimizza irrequietezza durante l’attività. In esperimenti di visual, l’uso di MEG-compatibile eye-tracker comporta poco tempo ulteriori set-up ma è necessaria per garantire che i bambini hanno fissato sulla posizione dello stimolo visivo13.
Qualsiasi artefatti di movimento della testa residua possono essere corretto per l’utilizzo di tracciamento del movimento testa in tempo reale. Ad esempio, i dati ottenuti da ReTHM possono essere memorizzati nel file di registrazione di MEG e utilizzati per compensare il movimento della testa durante l’acquisizione dei dati in modo tale che il testa-a-sensore localizzazione può essere ripristinato al livello pre-movimento per consentire un’ottima fonte ricostruzione, che è essenziale per dati a livello di sorgente successivi analizza14.
L’attuazione del presente protocollo mira a migliorare la qualità dei dati pediatrici di MEG, ridurre al minimo il tasso di abbandono partecipante in studi longitudinali e garantire che le famiglie hanno una piacevole esperienza di partecipazione ricerca MEG, con l’obiettivo di migliorare la nostra comprensione dello sviluppo iniziale del cervello nelle popolazioni sia tipiche che atipiche.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato supportato da Australian Research Council concede CE110001021, DP170103148 e DP170102407. Wei He è stata sostenuta da un assegno di ricerca Università di Macquarie (MQRF, progetto di IRIS: 9201501199). Hannah Rapaport è stato sostenuto dal programma di formazione di ricerca del governo australiano (RTP) e Macquarie University Research Excellence Borse di studio (MQRES). Robert A Seymour è stato sostenuto da borse di dottorato da Aston University, Birmingham, UK e Macquarie University, Sydney, Australia. Paul F. Sowman è stata sostenuta dal National Health e il Medical Research Council (1003760) e l’Australian Research Council (DE130100868). Gli autori riconoscono la collaborazione con il Politecnico di Kanazawa e Yokogawa Electric Corporation nello stabilire il KIT-Macquarie Brain Research Laboratory.
5 marker Coil set | Kanazawa Institute of Technology (KIT) and Yokogawa Electric Corporation, Japan | PQ11MKA | |
Fastrak Digitizer – 3D | Polhemus Cochester, VT, USA | 1A0383-001 | Pen digitizer |
Magnetoencephalography (MEG) | Kanazawa Institute of Technology (KIT) and Yokogawa Electric Corporation, Japan | PQ1160C | |
MEG simulator | Fino, NSW, Australia | ||
MoTrack system | Psychological Software Tools, PA, USA | MTK-09314-1307 | Motion tracking system |
Polyester caps | Speedo | N/A | product code: SPE11733.435 |