Den här artikeln presenteras en barnvänlig forskningsprotokoll utformat för att förbättra datakvaliteten genom att minska huvudrörelser under pediatric Magnetencefalografi (MEG). Vi bekanta familjer med MEG miljön, utbilda barn att förbli fortfarande använder en MEG simulator, och korrigera för resterande huvudrörelser artefakter med hjälp av ett system för upptäckt av realtid huvudrörelser.
Magnetencefalografi (MEG) är en icke-invasiv neuroradiologisk teknik som direkt mäter magnetfält produceras av den elektriska aktiviteten i den mänskliga hjärnan. MEG är lugn och mindre benägna att framkalla klaustrofobi jämfört med magnetisk resonanstomografi (MRT). Det är därför ett lovande verktyg för att undersöka hjärnans funktion hos små barn. Analys av MEG data från pediatriska populationer kompliceras dock ofta av huvudrörelser artefakter som uppstår till följd av kravet på en rumsligt-fasta sensor array som inte är fastsatt till barnets huvud. Minimera huvudrörelser under MEG sessioner kan vara särskilt utmanande eftersom små barn ofta inte kan förbli stilla under experimentella uppgifter. Protokollet presenteras här syftar till att minska huvudrörelser artefakter under pediatric MEG skanning. Innan du besöker MEG laboratoriet, är familjer försedda med resurser som förklarar MEG systemet och de experimentella rutiner på ett enkelt och tillgängligt språk. En MEG förtrogenhet session bedrivs under vilken barn är bekanta med både forskare och MEG procedurer. De utbildas då att hålla huvudet stilla medan liggande insida en MEG-simulator. För att hjälpa barn att känna sig hemmastadda i romanen MEG miljö, förklaras alla procedurer genom berättelsen om en rymdresa. För att minimera huvud rörelse på grund av rastlöshet, barn utbildas och utvärderas med hjälp av roliga och engagerande experimentella paradigm. Dessutom kompenseras barnens kvarstående huvudrörelser artefakter under data förvärv session med en realtid huvudrörelser spårningssystem. Genomföra dessa barnvänliga förfaranden är viktigt för att förbättra uppgifternas kvalitet, minimera deltagare attrition priser i longitudinella studier och säkerställa att familjer har en positiv erfarenhet.
Magnetencefalografi (MEG) är en icke-invasiv funktionella neuroimaging-teknik som mäter magnetfält produceras av den elektriska aktiviteten i den mänskliga hjärna1,2. MEG erbjuder utmärkta temporal upplösning och överlägsen rumslig upplösning jämfört med elektroencefalografi (EEG) på grund av signal smetar från de biologiska vävnaderna mellan hjärnan källorna och sensorer. Dessutom innebär MEG inte exponering för höga ljud, strålning eller magnetiska fält. Ställtid är snabb och deltagare kan åtföljas av en förälder eller vårdgivare i hela testning. Sammantaget gör dessa funktioner MEG en lovande verktyg för att undersöka utvecklingen av typiska och atypiska hjärnans funktion i unga barn2.
För att mäta hjärnans svaren med MEG, forskning deltagarna måste sätta in sina huvuden i hjälm bostäder en fast rad supraledande sensorer. Det är viktigt att deltagarna håller sina huvuden fortfarande hela MEG inspelning, som förändringar i huvudet position i förhållande till sensorerna både försämra neuromagnetic signal distribution och hindra korrekt källa uppskattning. Felaktig källa uppskattning oundvikligen leder till felaktiga statistiska slutsatser i källkodspaketet makt, funktionella anslutningsmöjligheter och nätverk analyser3.
Minimera huvudrörelser kan vara särskilt utmanande under pediatric MEG bedömning för ett antal skäl. Första är bedömning av barn i en vuxen MEG systemet problematisk som barns huvuden är mycket mindre än de vuxna, och det öka utrymmet mellan hjälm och barnets hårbotten möjliggör obegränsad huvudrörelser. Andra, romanen MEG miljö — en stor maskin inlåsta en fönsterlös magnetiskt Skärmat rum — kan vara skrämmande för små barn, och huvudrörelser kan vara en följd av ångest. Tredje, utan utbildning, barn kan inte helt förstå eller uppfylla kravet att förbli fortfarande under experimentet. Slutligen, barn som har en begränsad kapacitet att tolerera uttråkning hända att några MEG experiment tar för lång tid eller är tråkiga, vilket resulterar i rastlöshet och huvud rörelse artefakter.
Motverka långvariga utmaningen av huvudrörelser i pediatric MEG forskning, presenterar denna artikel senaste hårdvara och Metodmässiga framsteg som implementeras i det barnvänliga MEG protokoll som används på den KIT-Macquarie Brain Research Laboratory ( Macquarie University, Sydney, Australien). Som beskrivs i en tidigare uppsats från detta laboratorium4, problem som är förknippade med användningen av en löst sittande vuxen-storlek hjälm dewar har åtgärdats genom att installera en värld-första, hela-head pediatric MEG systemet med skräddarsydda hjälm dewar att bättre passa cheferna för små barn mellan cirka tre-till-sex års ålder. Denna hårdvara anpassning förbättrar signal-brus-förhållandet, eftersom sensorerna är fysiskt närmare, i genomsnitt, till barnets hårbotten5,6. Mer nyligen, KIT-Macquarie hjärnan forskningslaboratorium har utvecklat flera nya och nya förfaranden för att övervinna nämnda föregångarna av huvudrörelser och därmed förbättra datakvaliteten.
Alla förfaranden i detta protokoll förklaras genom en berättelse där barn deltagaren aktivt engagerar sig i en ”astronaut space mission”. Denna berättelse säkerställer att barnets MEG forskningserfarenhet är inte bara mindre hotfull, men också spännande. Genomföra dessa förfaranden i ett barnvänligt MEG protokoll är viktigt för att förbättra uppgifternas kvalitet, minimera deltagare attrition priser i longitudinella studier och säkerställa att familjer har en positiv erfarenhet i deras forskning deltagande.
Under de senaste åren har MEG etablerat sig som en värdefull icke-invasiv neuroradiologisk teknik för att undersöka de neurala mekanismerna bakom hjärnan utveckling1. Men utgör i-scanner huvudrörelser en ökänd hinder för att erhålla högkvalitativ MEG data, särskilt vid bedömning av pediatriska populationer. För att lösa detta problem, presenteras denna artikel en pediatrisk MEG forskningsprotokoll som bygger på förfaranden som beskrivs i en tidigare papper från KIT-Macquarie Brain Research Laboratory 4.
De kritiska förfaranden omfattar (1) ge barn med MEG förtrogenhet resurser där de kan lära sig om MEG experimentet innan du besöker labbet, som inkluderar en barnvänlig forskning artikel7 förklarar MEG systemet och den magnetiskt avskärmade rummet (MSR), en berättelse-board sammanfattar 10 enkla steg för att slutföra MEG experimentet (kompletterande figur1) och informationsblad MEG för föräldrar och vårdgivare (kompletterande figur 2). (2) föregår MEG förvärv sessionen med en förtrogenhet session, där barnen är bekanta med MEG förfaranden och utbildas för att hålla huvudet stilla medan liggande insida en MEG simulator; (3) med passiva eller ”spelifierad” experimentella paradigm för att minimera huvud rörelse på grund av tristess och rastlöshet; och (4) spårning pågående huvudrörelser under online datainsamling använder en Real-Time huvud rörelse (ReTHM) system9. Uppgifter som erhålls från ReTHM kan användas för att genomföra offline korrigering av huvudrörelser artefakter när pre databehandlingen MEG.
Förvärvet av högkvalitativ MEG data är kritiskt beroende av barnet känna sig hemmastadda i romanen MEG miljön. För att främja denna känsla av lätthet, uppmuntras forskare att ägna tid åt att bekanta barn och deras familjer med MEG miljö och rutiner innan datainsamling. Detta kan uppnås genom erbjuder barn och deras föräldrar MEG resurser som förklarar MEG procedurerna i enkelt och tillgängligt språk. Dessutom kan familjer bli inbjudna att besöka MEG laboratoriet innan data förvärv sessionen att möta forskarna och öva MEG provningsförfaranden. Genom utbildning på MEG simulator, barn implicit lära sig vikten av att hålla sina huvuden fortfarande medan liggande i MEG. Medan den MEG förtrogenhet kräver både forskare och familjer att ägna extra tid åt datainsamlingen bearbeta, fördelarna med att förbättra MEG datakvalitet, samt att minimera tiden och kostnaden att genomföra efterföljande MEG data förvärv sessioner, utan tvekan överväger detta nackdelen. Prestanda och efterlevnad under förtrogenhet session kan dessutom användas för att ange om barnet är eller inte är lämplig att bjuda tillbaka för en faktisk MEG data förvärv session.
För att minimera i-scanner huvud rörelse på grund av rastlöshet, är det bättre att använda en passiv experimentella paradigm som inte kräver instruktioner, overt uppmärksamhet eller aktivt deltagande. Exempelvis kan en tillförlitlig evoked response erhållas med en auditiv KUF paradigm12, whereby deltagaren passivt lyssnar till en sekvens av auditiv toner samtidigt uppskatta en tyst video. För studier som kräver en overt svar, bör forskaren sträva efter att bädda in experimentella aktiviteten i en engagerande spel-stil paradigm11. Detta förbättrar samarbete och minimerar rastlöshet under aktiviteten. I visuella experiment, användning av en MEG-kompatibel eye-tracker medför lite extra ställtid men är nödvändigt för att säkerställa att barn har fixerade vid placeringen av visuell stimulans13.
Eventuella kvarvarande huvudrörelser artefakter kan korrigeras för att använda realtid huvud motion tracking. Exempelvis uppgifter som erhållits från ReTHM kan lagras i MEG inspelningsfilen och används för att kompensera för huvudrörelser under datainsamling så att huvud-till-sensor lokalisering kan återställas till före förflyttning nivå som möjliggör en optimal källa rekonstruktion som är väsentligt för efterföljande källdata nivå analyserar14.
Genomförandet av detta protokoll syftar till att förbättra kvaliteten på pediatric MEG data, minimera deltagare attrition priser i longitudinella studier och se till att familjer har en trevlig upplevelse av MEG forskning deltagande, med det övergripande målet för att förbättra vår förståelse av tidig hjärnans utveckling i både typiska och atypiska populationer.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöds av det australiska forskningsrådet beviljar CE110001021, DP170103148 och DP170102407. Wei han stöddes av en Macquarie University Research Fellowship (MQRF, IRIS-projektet: 9201501199). Hannah Rapaport stöddes av den australiensiska regeringens forskning träningsprogram (RTP) och Macquarie University Research Excellence stipendium (MQRES). Robert A Seymour stöddes av PhD stipendier från Aston University, Birmingham, UK och Macquarie University, Sydney, Australien. Paul F. Sowman stöddes av National Health och medicinska forskningsrådet (1003760) och den australiska forskningsrådet (DE130100868). Författarna bekräftar samarbetet med Kanazawa tekniska högskolan och Yokogawa Electric Corporation i upprättandet av KIT-Macquarie hjärnan forskningslaboratoriet.
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 |