قياس وظائف المخ Neuromagnetic في مرحلة ما قبل المدرسة والأطفال MEG الحجم مخصص

Summary

ظهور أنظمة MEG الحجم للأطفال الصغار يفتح فرصا جديدة هامة لدراسة تطور الدماغ. ويمكن استخدام النظام الجديد ، جنبا إلى جنب مع متطلبات البروتوكول الذي ينسجم مع قدرات التجريبية للأطفال ، لدراسة العمليات المعرفية واللغوية لدى الأطفال ، الذين تتراوح أعمارهم بين الأصحاء مستيقظا 3-6.

Abstract

Magnetoencephalography هو الاسلوب الذي يكشف المجالات المغناطيسية المرتبطة بالنشاط القشرية [1]. النشاط الكهربية من الدماغ يولد المجالات الكهربائية -- التي يمكن تسجيلها باستخدام تخطيط كهربية الدماغ (EEG) -- وحقولها المغناطيسية ما يصاحب ذلك -- الكشف عنها بواسطة MEG. يتم الكشف عنها بواسطة أجهزة استشعار الإشارات MEG المتخصصة المعروفة باسم أجهزة فائقة التوصيل التدخل الكم (الحبار). أجهزة استشعار فائقة التوصيل تتطلب تبريد مع الهيليوم السائل عند -270 درجة مئوية. ويرد عليهم داخل خوذة vacumm معزول يسمى ديوار ، وهي مليئة السائل. توضع الحبار في مواقع ثابتة داخل الخوذة ديوار في الهيليوم المبرد ، ويوضع رأسه موضوعا داخل هذا ديوار خوذة لقياسات MEG. يجب أن يكون الحجم ديوار خوذة لتلبية القيود المتعارضة. بوضوح ، ويجب أن تكون كبيرة بما يكفي لتناسب معظم أو كل من الرؤساء في عدد السكان التي سيتم دراستها. ومع ذلك ، يجب أن تكون الخوذة أيضا صغيرة بما يكفي للابقاء على معظم أجهزة الاستشعار الحبار في نطاق المجالات الدماغية الصغيرة التي أرادت أن التدبير. صممت التقليدية كامل رئيس MEG نظم لاستيعاب أكثر من 90 ٪ من الرؤساء الكبار. لا أخلاقي ولكن نظم مناسبة تماما لقياس وظائف المخ في مرحلة ما قبل المدرسة الخاصة بالأطفال الذين رؤساء يملك الطول نصف قطرها عدة أصغر من البالغين. وKIT - ماكواري مختبر أبحاث الدماغ في جامعة ماكواري يستخدم نظام MEG الحجم مخصصة لتناسب رؤوس الأطفال قبل سن المدرسة. هذا النظام 64 طفل من الدرجة الأولى مع مقاييس تدرج المحورية الأساسية 50 مم [2] ، ويرد داخل غرفة محمية مغناطيسيا (MSR) جنبا إلى جنب مع النظام التقليدي MEG الكبار الحجم [3،4]. هناك ثلاث مزايا رئيسية لديوار الخوذة المخصصة لدراسة الأطفال. أولا ، أصغر دائرة نصف قطرها من التكوين استشعار يجلب مجسات الحبار في مجموعة من الاشارات neuromagnetic من رؤوس الأطفال. الثاني ، أصغر خوذة تسمح الإدراج الكامل لرأس الطفل في ديوار. يتم منع الإدراج الكامل في الخوذات ديوار الكبار لأن من أصغر لتحمل تاج المسافة بين الأطفال. هذه العوامل الأساسية هما في تسجيل نشاط المخ باستخدام MEG لأن الإشارات neuromagnetic تخفيف بسرعة مع البعد عنه. ثالثا ، تخصيص مساعدات خوذة الطفل في وضع متماثل من الرأس ويحد من حرية حركة رأس الطفل داخل ديوار. عند استخدامها مع البروتوكول الذي ينسجم مع متطلبات جمع البيانات مع قدرات وحفز الهمم والسلوكية للأطفال ، وهذه الميزات تيسير الإعداد بشكل ملحوظ ، وتحديد المواقع ، وقياس الاشارات MEG.

Protocol

تصف هذه المبادئ التوجيهية والإجراءات معدات لقياس وظائف المخ المعرفية في مرحلة ما قبل المدرسة باستخدام magnetoencephalography (MEG). أولا ، نحن مناقشة المبادئ التوجيهية العامة ، والقضايا التي يجب مراعاتها عند إجراء الاختبارات التجريبية للوظائف الادراكية لدى الأطفال. ثانيا ، نحن تصف وضع بروتوكول لمواءمة متطلبات جمع البيانات MEG مع قدرات وحفز الهمم والسلوكية لأربع سنوات من العمر طفلا.

1. اعتبارات عامة لدراسة الأطفال الصغار مع MEG

الباحثون MEG تواجه عددا من التحديات الفريدة عند العمل مع الأطفال الأصحاء مستيقظا. أولا ، بيئة معملية صارخ والوظيفية ومن المحتمل أن ترهيب أو تخويف الأطفال الصغار. الثانية ، والمتطلبات الأساسية للدراسة تجريبية MEG تشمل تقييد حركة وحضور فعال لمهمة لفترة طويلة ، والظروف التي يجد الكثير من البالغين مملة وغير مريحة. عند دراسة الأطفال يصبح من المحتم على التكيف مع الإجراءات التجريبية لقدرات والقيود المفروضة على الأطفال. في هذا القسم ، ونحن تصف الخطوات المبدئية المشاركة في إعداد هذا الموضوع إلى المشاركة في الدورة الحصول على البيانات.

1.1 التعريف / تدريب الدورة : للأطفال ما قبل المدرسة ومن المقرر عقد دورة تعريفية / التدريب قبل الدورة الفعلية لجمع البيانات. هذه الدورة تسمح للطفل أن تصبح مألوفة مع البيئة والباحثين في وتيرتها. نقدم للطفل والأم وإلى الباحثين وتعريفهم محيط المعمل والروتينية. في نهاية الدورة التمهيدية الوالد والطفل فهم كل الخطوات التي تنطوي عليها المشاركة وفهم ما يجب توقعه خلال تسجيل البيانات. إذا خلال الزيارة الأولى ، فإن الطفل يبدو خجولا أو قلقا ، لدينا فترة من اللعب حتى انهم يشعرون بمزيد من الراحة. ثم ، علينا المضي قدما في تطبيق جميع الخطوات.

1.2 شرح البيئة : البيئة لشرح MEG للطفل ، ونحن توظيف موضوع الذي يوفر تبريرا الصديقة للطفل في محيطه. على سبيل المثال ، فإن النظام MEG غير مركبة فضائية في انتظار أخذ الأطفال على مغامرة الفضاء حيث بعض الأحداث غير مألوفة قد تحدث. المختبر كما زينت الجدران ملصقات ودمى (الشكل 1) ، ولها اللعب مخصص. عندما نتحدث للطفل ، ونحن نستخدم اللغة التي يستطيع الأطفال فهمها بسهولة مثل "تجميد" بدلا من "حركة التقليل' ، و 'خوذة رائد الفضاء" بدلا من "سقف علامة لفائف".

1.3 شرح إجراءات للطفل والوالدين : علينا أن نظهر للطفل والأم الخطوات التي يتم اتخاذها قبل ذهاب الطفل داخل غرفة محمية مغناطيسيا (MSR). واحدة من أولى الخطوات هي لصالح لمدة خمس لفائف علامة على رأسه قبعة الشخص المعني ، وهذه الملفات تشير إلى منصب رئيس هذا الموضوع داخل الخوذة MEG. مع مساعدة الطفل ، ونحن رقمنة شكل رأس الدمية ، ومن ثم فإننا ندعو للطفل والأم لمرافقة للدمية MSR / سفينة الفضاء. مرة واحدة داخل MSR ، نضع رأس دمية داخل الخوذة لمشاهدة الفيلم. ثم نسأل الطفل إذا كانوا يريدون مشاهدة الفيلم مع دمية. إذا كان الطفل بالراحة والاسترخاء واقتنعت الأم مع بروتوكولات لدينا ، فإننا ندعوهم إلى اللعب داخل سفينة الفضاء في المرة القادمة التي يزورونها مختبرنا.

1.4 المصنفات : لقد المصنفات استنادا إلى الفضاء مغامرة موضوع يعرض الأطفال خطوات ستتخذ خلال الدورة الاختبار. يتم إعطاء هؤلاء الأطفال worksbooks لاتخاذ المنزل والعمل من خلالها مع والديهم في إطار التحضير للزيارة المقبلة. ان الهدف من المصنفات هو التأكيد على أهمية المتطلبات الرئيسية الثلاثة للاختبار : أ) تجنب أي مواد حديدية داخل MSR ، ب) ووضع سقف لفائف علامة لضمان دقة البيانات وشارك في تسجيل ج) و أهمية التي لا تزال قائمة خلال الرقمنة والحصول على البيانات.

2. بروتوكول لقياس اشارات MEG من الأطفال قبل سن المدرسة الذين تتراوح أعمارهم بين

2.1 المعدات المستخدمة في الحصول على البيانات التجريبية والمهمة

يتم وضعها من أجل محاذاة البيانات MEG بمعلومات موضوع الهيكلية (مثل التصوير بالرنين المغناطيسي شكل الرأس أو رقمية) ، ومجموعة من خمسة ملفات في قبعة السباحة أن الطفل يرتدي خوذة داخل MEG : علامة لفائف الغطاء. هذه الملفات بمثابة نقطة مرجعية وتتم مقارنة مواقفهم قبل وبعد المهمة لقياس مقدار رأس الشخص المعني قد انتقلت خلال الاستحواذ.

التحويل الرقمي : قبل الحصول على البيانات ، يتم ترقيم موقف لفائف علامة الخمس وشكل رئيس للموضوع باستخدام F بزليموسastrak ® التحويل الرقمي (كولشستر ، VT). والتحويل الرقمي يتكون من التحويل الرقمي القلم ، استقبال ثلاثة الارسال ألف وحدة تتبع الحركة. هذه العملية التدابير الموقع من لفائف. في وقت لاحق تتم مطابقة هذه المواقع على معلومات حصل عليها موقع MEG لمحاذاة البيانات التي حصل عليها المغناطيسية وشكل الرأس.

الطفل MEG النظام : يتم الحصول على البيانات باستخدام كامل الرأس الطفل MEG النظام (KIT ، كانازاوا ، اليابان) [2]. تكتسب البيانات بشكل مستمر بمعدل عينة من 1000Hz ، مع تمرير شريط على الانترنت تصفية بين 0.03 هرتز و 200Hz. ويتم الحصول على مواقف لفائف علامة قبل وبعد تسجيلات لقياس حركة الرأس. ورفض رئيس حركة البيانات إذا كان أكبر من 5mm.

MEG نظام الأجهزة الطرفية : يتم التحكم المحفزات تجريبية مع كمبيوتر باستخدام عرض ® (نظم السلوك العصبي ، ألباني ، كاليفورنيا). يتم تسليم المدخلات البصرية من خلال جهاز عرض الذي يجلس خارج MSR وينعكس على الشاشة MSR. يتم تسليم المثيرات السمعية بواسطة النموذجي بحوث Etymotic ER - 30 سماعات مجهزة إدراج الاذان الطفل الحجم الرغوة (Etymotic بحوث شركة ، إلك غروف فيلاج ، IL). ويتم رصد مستمر للطفل عن طريق كاميرا الدائرة المغلقة والمجرب يتواصل مع الأطفال من خلال ميكروفون.

2.2 الحصول على البيانات : دورات تسجيل بيانات تتضمن المراحل التالية :

المرحلة الأولى : قبل وصول الطفل

فمن المهم أن تكون كافة أجهزة الكمبيوتر والبرمجيات والمعدات على استعداد للبدء التجربة في أقرب وقت وصول الطفل. كتوصية عامة ، ينبغي أن اثنين من الباحثين من ذوي الخبرة في حين يكون حاضرا للطفل والأم هي في المختبر. اتصالات واضحة بين الوالدين ، والطفل الباحث حاسمة بالنسبة لنجاح التجربة.

المرحلة الثانية : بعد وصول الطفل

1. يتم توقيع استمارات الموافقة والمجربون معرفة ما اذا كان لديك أسئلة الوالدين.
2. المجرب يتحقق إذا كان الطفل يتذكر كل الخطوات التي قدمت خلال الاجتماع الأول أو في كتيبات وتعيد تقديم أي التي لا تذكر. وشدد على أهمية تجميد أو تقليل الحركة خلال اقتناء الرقمنة والبيانات. ويمكن إثبات ذلك باستخدام الدمى.
3. ثم ، والمجرب يتحقق إذا ما كان الطفل يحمل أي مواد حديدية (الملابس مع بقع لمعان ، والمجوهرات ، ونسي اللعب داخل جيوب ، ودبابيس الشعر ، الخ). إذا كانت تحمل قطعة من الملابس التي تحتوي على مواد حديدية ، ونحن نقدم لهم ملابس MEG آمنة. إذا كانت الأم ترغب في مرافقة الطفل أثناء التجربة ، علينا أن نضمن أنهم أيضا إزالة موادها الحديدية.

المرحلة الثالثة : الحصول على طفل على استعداد لتنفيذ المهمة داخل MSR

1. المجرب يناسب الغطاء الذي يحمل علامة 5 لفات.
2. المجرب التحويل الرقمي للموقع وشكل لفائف علامة الطفل رأسه. من أجل الحفاظ على الرؤساء في وضع ثابت ، ونحن نستخدم دعامة للعنق والتي تم تركيبها مع ثلاثة أجهزة الاستقبال. من المهم أن تعزز فكرة تحجيم حركة أو "تجميد" بانتظام للحصول على شكل رأس جيدة. قد يكافأ الطفل مع ملصقا للقيام بعمل جيد في 'تجميد'.
3. مدعو للطفل لدخول MSR. تندس سماعات ويتم وضع الطفل في خوذة ديوار MEG في موقف ضعيف.
4. بمجرد أن الطفل هو الاستلقاء بشكل مريح مع رؤوسهم داخل الخوذة MEG ، يتم توصيل وحدة لفائف علامة لقوتهم والباب مغلق MSR. المجرب واحد لا يزال (وأيضا أحد الوالدين ، وإذا رغبت في ذلك) في الغرفة خلال الدورة بأكملها.
5. للتسلية أثناء الإعداد ، وبين كتل جمع البيانات ، يمكن أن يتوقع أحد الأفلام أو الرسوم المتحركة على الشاشة الخلفية الإسقاط MSR.

المرحلة الرابعة : تشغيل التجربة

1. بمجرد أن يتم إغلاق باب MSR ، تشارك الحبار ويبدأ في الحصول على البيانات.
2. والطفل يشاهد الفيلم ، وأجرت coregistration قبل الاختبار للتأكد من أن الإشارات MEG يمكن coregistered على شكل رأس رقمية. هذا يتكون من يختبر مسبقا مطابقة لموقف لفائف علامة تم الحصول عليها خلال رقمنة مع الموقف الذي أبداه النظام MEG.
3. بمجرد أن يظهر الاختبار الأول الذي تم وضعه بشكل صحيح رأس الطفل داخل الخوذة ، يمكن للباحث بدء التجربة : (أ) الفيلم الصامت ، (ب) للباحث يسأل الطفل إذا كانت مستعدة "لنلعب لعبة" ؛ (ج) مرة واحدة وتبدأ اللعبة ، المجرب بانتظام يوفر للطفل مع ملاحظات. على سبيل المثال ، قد يطلب الطفل للاستماع الى سلسلة من الأحكام ، وكرر كلمة هدف مثل "الجبن" ، بمجرد سماعها. هذه الكلمات هي جزء لا يتجزأ الهدف في مجموعة فرعية من اللحاق الثلاثيةلا يتم تضمين هذا المرض استمر التحقيق الانتباه لهذه المهمة ولكن في التحليل النهائي.
4. بمجرد اكتمال المهمة ، يتم تنفيذ آخر لفائف علامة قياس لرصد موقف رئيس والحركة.
5. حالما يتم فض الاشتباك والحبار ، وفتحت الباب MSR ويدعى الطفل إلى اللعب حيث يمكنهم اختيار الجائزة لعملهم الجيد.

3. ممثل النتائج

استخدمت دراسة تمثيلية في مختبرنا هذا البروتوكول لدراسة تطور اللغة في منطق الطفل. وشارك ستة وعشرين طفل تتراوح أعمارهم بين 3-4 سنوات (متوسط ​​العمر 4 سنوات و 5 أشهر) في جلسة شراء واحدة على الأقل. عاد سبعة عشر من هؤلاء الأطفال لدورة فحص آخر وخمسة وجاء اختبار لدورة ثالثة. وكان متوسط ​​حركة الرأس أقل من 3.7 ملم (SD 3.1 ملم) ، وكذلك داخل عتبة 5mm. أكبر من الحركات وقعت في 5mm 4.5 ٪ من الدورات ، مع تفاوت تتراوح من 5.5 ملم الى 15 ملم (متوسط ​​= 8.6mm ، SD = 2.5 ملم).

الشكل 1 ، وقد زينت خوذة MSR MEG مع والملصقات والألعاب الناعمة.

الشكل 2. أربعة من عمرها في تعليم الكبار الحجم MEG (يسار). لاحظ الحشو في الجزء العلوي من رأسها لتقليل حركة والمسافة بين الرأس والخوذة. صورة الحق ويبين نفس الفتاة في MEG الطفل.

Discussion

ويهدف هذا البروتوكول لتسهيل قياس وظائف المخ المعرفية في أطفال أصحاء ومستيقظا عاما 4. نستخدم نظام MEG مخصصة الحجم مصممة لتناسب رؤوس الأطفال قبل سن المدرسة الذين تتراوح أعمارهم. مع هذا النظام ، وهي صديقة للطفل بيئة معملية ، وبروتوكول تكييفها وفقا لقدرات ودوافع للأطفال ، ونحن قادرون على قياس وظائف المخ المعرفية في الفئة العمرية التي توجد في الوقت الحاضر بيانات قليلة للغاية.

نظام KIT - ماكواري هو أول نظام مخصص كامل رئيس الحجم للاستخدام مع الأطفال قبل سن المدرسة الذين تتراوح أعمارهم. هناك ثلاث مزايا رئيسية لديوار الخوذة المخصصة لدراسة الأطفال. أولا ، أصغر دائرة نصف قطرها من التكوين استشعار يجلب مجسات الحبار في مجموعة من الاشارات neuromagnetic من رؤوس الأطفال ق. الثاني ، أصغر خوذة تسمح الإدراج الكامل لرأس الطفل في ديوار. يتم منع الإدراج الكامل في الخوذات ديوار الكبار لأن من أصغر لتحمل تاج المسافة بين الأطفال (انظر الشكل 2). هذه العوامل الأساسية هما في تسجيل نشاط المخ باستخدام MEG لأن الإشارات neuromagnetic تخفيف بسرعة مع البعد عنه. ثالثا ، تخصيص مساعدات خوذة الطفل في وضع متماثل من الرأس ويحد من حرية حركة رأس الطفل داخل ديوار. هذه الميزات تيسير الإعداد بشكل ملحوظ ، وتحديد المواقع ، وقياس الاشارات MEG من الأطفال.

ظهور العرف الحجم الطفل MEG النظام هو تقدم مهم لعلم الأعصاب الإدراكي. قد بديل تقنيات تصوير الأعصاب الوظيفية التي تستخدم المواد المشعة أو المجالات المغناطيسية القوية لا تكون مناسبة للاستخدام الروتيني مع الأطفال الصغار. منذ MEG هو أسلوب القياس سلبية تماما لا يوجد أي خطر يمكن تصوره لتطوير الأنسجة. لا يوجد حاليا سوى القليل جدا من البيانات MEG الأطفال الأصحاء الذين تتراوح أعمارهم ما قبل المدرسة ، وذلك لأن النظم التقليدية الكبار MEG ليست مناسبة تماما لاستخدامها مع الأطفال. سيقوم الطفل نظم MEG تسمح لنا لدراسة وظائف المخ في في الأعمار حيث هيكلة كبيرة من نشاط الدماغ يحدث ، وتقديم رؤى جديدة في التطور الطبيعي والمرضي للوظائف الادراكية.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Whole head child MEG	Kanazawa Institute of Technology (Kanazawa) and Yokogawa Electric Corporation (Tokyo)	Model PQ1064R-N2m
Magnetically shielded room	Fujihara Co. Ltd.
Digitiser	Polhemus (Colchester, VT)	Fastrack
Experimental control software	Neurobehavioral Systems	Presentation
Earphones	Etymotic Research Inc.	ER-30