نود أن نشكر الدماغ منتجات شركة محدودة لتوفير هذه المعدات والخبرة والمساعدة. وقد تم تمويل هذه الدراسة من قبل الوزارة الاتحادية للاقتصاد والتكنولوجيا عن طريق منحة من وكالة الفضاء الألمانية (DLR) 50WB0819.

1. الإجراءات التجريبية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> على إعداد الأرض قبل التحليق -- يتم إعداد موضوع في غرفة منفصلة في المطار. (1-2 قبل ساعات من الطيران) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تركيب سقف / تقرير الجرد الوطني EEG <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وترد الأقطاب الكهربائية وأجهزة الاستشعار NIR على فروة الرأس باستخدام غطاء EEG. هذا الأسلوب يضمن الموقف الصحيح من أجهزة الاستشعار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ويتحدد حجم الغطاء حسب حجم رأس الشخص المعني </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المشغل يتأكد من الموضع الصحيح للغطاء. القطب تشيكوسلوفاكيا على قمة الرأس (نقطة في منتصف الطريق بين nasion والبصل) ، وPO10 - PO9 والأقطاب FP1 - FP2 أفقية ، والحد الأقصى هو متماثل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يوضع القطب الكهربائي في معدل ضربات القلب والصدر </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التقليل من معاوقة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم توصيل الأقطاب actiCAP الدماغ المنتجات إلى مربع التحكم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يحتوي كل قطب المصابيح ، والتي بدورها الحمراء ، عند بدء قياس المعاوقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم نقل الشعر بعيدا عن غيض من القطب بإبرة حادة ذات الرؤوس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم حقن هلام بين غيض من القطب وسطح الجلد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لون تغيير المصابيح ، كما يقلل مقاومة. لون أحمر الأولية يصبح أصفر ، أصفر يصبح أخضر ، إذا تم تحقيق قيمة المعاوقة الهدف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> والهدف هو مقاومة 25 kOhm ، لأن الأقطاب النشطة توفير جيدة إشارة إلى الضوضاء التموينية أقل من هذه القيمة. لذا فإن إعداد الحد الأقصى هو سريعة ومريحة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يبدأ المشغل بالعمل على أقطاب المرجعية والأرض ، ويكرر للجميع أقطاب أخرى. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> على التحضير المسبق متن الطائرة المتجهة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل القياسات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم وضع الموضوعات في الإعداد تجريبية ، يتم تثبيتها على حزام الامان فضفاضة </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم توصيل الكابلات ، ويتم تحميل البطاريات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يبدأ المشغل وحدة التخطيط الدماغي وتقرير الجرد الوطني ، ويسيطر على الاتصال وجودة الإشارة / تقرير الجرد الوطني EEG. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل حالة EEG يستريح / تقرير الجرد الوطني. الموضوعات لم يكن لديك أي مهمة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تم إيقاف التسجيل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الموضوعات تنفيذ المهمة المعرفية على أرض الواقع. المهمة المعرفية مهمة الانتباه / الحساب ( <a href="http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8">http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833؟mt=8</a> ) ، حيث أن تحديد موضوعات هذا الجانب من المعادلة التي هي أكبر من أخرى فيما يتعلق السرعة والدقة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تخزين المعدات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المشغل بتخزين الكاميرا وفون لتقلع. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رحلة في القياس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مشغل فيديو يحمل الكاميرا على الدرابزين ويبدأ التسجيل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توضع فون على الساق العلوية من الموضوعات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يبدأ المشغل وحدة التخطيط الدماغي وتقرير الجرد الوطني ، ويسيطر على جودة الإشارة / EEG تقرير الجرد الوطني ، ويبدأ التسجيل. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الموضوعات تنفيذ المهمة المعرفية خلال فترتين من خمسة القطوع المكافئة بين القطع المكافئ و11-15 16-20. سيتم تنفيذ المهمة في ترتيب عشوائي في حالة انعدام الوزن أو الجاذبية العادية. وتسجل سوى حالة EEG يستريح / تقرير الجرد الوطني القطوع المكافئة خلال ال 10 الاولى. سيتم استخدام القطوع المكافئة الماضي تحسبا من القياسات السابقة مفقودة (انظر الشكل 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عامل يتحكم في التسجيل ، ويرشد المواضيع. سوف أكتب كل مشغل نتائج الاختبارات الإدراكية والأوقات. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> على قياس ما بعد الرحلة البرية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ويتم يستريح الدولة EEG / تقرير الجرد الوطني من أصل القياس. </li></ol></ol></li></ol> ونحن نتوقع العثور على التنشيط الدماغي زيادة الوزن خلال كما هو موضح من قبل (وآخرون. شنايدر 2008 + 2009). نتوقع المزيد من الأنسجة بالأكسجين حتى نرى زيادة في الدماغ الأمامية في الوزن وانخفاض الاوكسيجين في الأنسجة المفرطة. يفترض أن تكون مهمة الانتباه إلى ضعف خلال الرحلة بأكملها بالمقارنة مع ما قبل وبعد الرحلة ، وربما أكثر حتى في حالة انعدام الوزن بسبب ارتفاع التنشيط المركزية والإثارة في حالة انعدام الوزن. 2. ممثل النتائج رسم خرائط للانتقال من مرحلة انعدام الوزن المفرطة لكنا قادرين على مراقبة زيادة نشاط الدماغ القشرية في القشرة الأمامية وانخفاض النشاط في القشرة الزمانية والقذالي 2000 -- 2350 مللي ثانية بعد ظهور الجاذبية (الشكل 2A ، ب). يسمح هذا التنشيط sLORETA توطين زيادة الأمامية في منطقة Brodmann 9 من القشرة قبل الجبهية ظهراني جانبي ، وهو يعرف أن تشارك في وظائف تنفيذية مع تكامل المعلومات الحسية وذاكري في سياق التنظيم الحركي ، والتخطيط والتنظيم ، (الشكل 3A ، ب). بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت زيادة تخضع 2 في منطقة Brodmann 6 ، القشرة أمام الحركية ، والتي تلعب دورا في توجيه الحسية في سياق استقرار الجسم (انظر الشكل 3B). كشفت المتوسط ​​على مدى 10 القطوع المكافئة الأولى ، انخفض تقرير الجرد الوطني تحليل الهيموجلوبين المؤكسج (HHB) تركيز هذين الموضوعين في المفرطة وكذلك زيادة الهيموجلوبين المؤكسج (O2Hb) في حالة انعدام الوزن. لHHB الهيموغلوبين في الموضوع (1) وجدنا اتجاها لزيادة المفرطة في مرحلة انعدام الوزن قبل فضلا عن انخفاض الوزن وخلال مرحلة انعدام الوزن المفرطة بعد. في هذا الموضوع كان O2Hb العودة إلى الأساس 10-15 ثانية بعد القطع المكافئ. في المقابل تخضع 2 سجلت ارتفاعا طفيفا مع انخفاض O2Hb في مرحلة انعدام الوزن المفرطة قبل ، خلال زيادة الوزن ونقصان الوزن خلال المفرطة بعد. لهذا O2Hb الموضوع لا يزال يتعين انخفض لنحو 30 ثانية بعد قطع مكافئ (الشكل 4A ، ب) أدى المهمة المعرفية في درجات الأداء المنخفض لكلا المشاركين في الجاذبية الطبيعية خلال الرحلة مقارنة مع الدورة الاختبار المبدئي. وأظهرت 2 فقط موضوع على درجة انخفض في weightlessnes (الشكل 5). <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig1.jpg" alt="الشكل 1" /> الشكل 1. مكافئ تسلسل الرحلة. ترتيب المهام والقياسات أثناء الرحلة ، وأشار عدد من القطوع المكافئة في الرمادي ، وتشير أرقام الفاصلة مع طول أطول فواصل بين القطوع المكافئة. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2a.jpg" alt="الشكل 2A" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2b.jpg" alt="الرقم 2B" /> عرض الخرائط الرقم 2 من الموضوعين على جدول زمني من 500 مللي ثانية قبل أن الجاذبية (في المفرطة) حتى 2500 مللي ثانية في حالة انعدام الوزن. الرأي هو من فوق رأسه ؛ دوائر صغيرة تشير إلى مواقف الكهربائي ويقلل من اللون الأزرق والأصفر إلى اللون الأحمر يزيد من نشاط كهربي في الدقيقة فولت. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3a.jpg" alt="الشكل 3A" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3b.jpg" alt="الرقم 3B" /> الشكل 3 ثلاثة آراء وريتا (الأعلى : من اليسار ، وفوق القاع : من الجانب الأيسر ، أسفل اليمين : من الخلف) من موضوعين خلال الإطار الزمني من عام 2000 حتى 2350 مللي مللي ثانية بعد ظهور انعدام الجاذبية. اللون الأحمر يشير إلى زيادة نشاط الدماغ. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4a.jpg" alt="الشكل 4A" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4b.jpg" alt="الشكل 4B" /> الشكل 4 اثار تقرير الجرد الوطني (الأحمر : خضاب الدم المؤكسج ، الزرقاء : امؤكسج الهيموغلوبين ، أسود : مستوى الجاذبية). خلال فترة واحدة من القطع المكافئ من 40 ثانية قبل القطع المكافئ في الجاذبية الطبيعية (1G : المنطقة الصفراء) ، خلال المرحلة المفرطة الأول (1.8 G : المنطقة الزرقاء) ، الوزن (0G : المنطقة الحمراء) ، والمرحلة المفرطة الثانية (1.8G : المنطقة الزرقاء) حتى 40 ثانية بعد قطع مكافئ. يتم عرض مستوى الجاذبية العكسية (نقصان تتبع وسائل زيادة الجاذبية بدءا من 0 تعادل الجاذبية الطبيعية (1G). بيانات أظهرت في المتوسط ​​ما يزيد على 10 القطوع المكافئة. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig5.jpg" alt="الشكل 5" /> الشكل 5. درجة أداء المهمة المعرفية للمشارك 1 (تتبع الزرقاء) و 2 (الحمراء تتبع) لتدريب الطيران والقياسات قبل رحلات الطيران في حالة انعدام الوزن (0G) والجاذبية الطبيعية (1G).

<ol>
	<li>Santo, N. G. D. e., Cirillo, M., Kirsch, K. A., Correale, G., Drummer, C., Frassl, W., Perna, A. F., Stazio, E. D. i., Bellini, L., Gunga, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anemia+and+erythropoietin+in+space+flights.">Anemia and erythropoietin in space flights.</a> Semin Nephrol. 25, 379-387 (2005).</li><li>Ellis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collisions+in+space.">Collisions in space.</a> , 4-9 (2000).</li><li>Genik, R. J. 2. n. d., Green, C. C., Graydon, F. X., Armstrong, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognitive+avionics+and+watching+spaceflight+crews+think:+generation-after-next+research+tools+in+functional+neuroimaging.+Aviat+Space+Environ+Med+76.">Cognitive avionics and watching spaceflight crews think: generation-after-next research tools in functional neuroimaging. Aviat Space Environ Med 76.</a> , 208-212 (2005).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Carnahan, H., Dubrowski, A., Askew, C. D., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+happens+to+the+brain+in+weightlessness?+A+first+approach+by+EEG+tomography.">What happens to the brain in weightlessness? A first approach by EEG tomography.</a> Neuroimage. 42, 1316-1323 (2008).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Mierau, A., Carnahan, H., Dubrowski, A., Strueder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+brain+cortical+activity+during+parabolic+flights+has+no+influence+on+a+motor+tracking+task.">Increased brain cortical activity during parabolic flights has no influence on a motor tracking task.</a> Exp Brain Res. 185, 571-579 (2008).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Gobel, S., Carnahan, H., Dubrowski, A., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parabolic+flight+experience+is+related+to+increased+release+of+stress+hormones.">Parabolic flight experience is related to increased release of stress hormones.</a> Eur J Appl Physiol. 100, 301-308 (2007).</li></ol>

وقد رعت انتاج هذه المادة منتجات الدماغ ، شركة محدودة. رولان Csuhaj هو موظف من المنتجات الدماغ ، شركة محدودة ، والذي يقوم بتصنيع صك المستخدمة في هذه المقالة.

في عداد المفقودين بسبب تصوير الدماغ الطرق في ظروف قاسية حتى الآن لم يتم العصبية العمليات الأساسية لضعف في الاداء الادراكي والحالة النفسية تقييمها. في هذه الورقة كنا قادرين على عرض التغيرات في نشاط الدماغ القشرية ومستوى الأوكسجين في أثناء رحلة مكافئ وتوطين هذه التغييرات داخل الدماغ EEG به جنبا إلى جنب مع وريتا وتقرير الجرد الوطني. كما هو متوقع ، وجدنا زيادة في نشاط كهربي خلال الجاذبية ، والتي كانت مترجمة في مناطق الدماغ الأمامية (المناطق Brodmann 9 +6). تشير النتائج إلى أن يتم تبديل ما يقرب من 2000 مللي ثانية بعد الانتقال نشاط الدماغ القشرية بشكل رئيسي في مناطق المخ الأمامية. يمكن افتراض أن هذا النشاط المتزايد في منطقة Brodmann 6 و 9 يعكس آليات لكشف الدماغ ومعالجة الأوضاع خطورة تغيير من اجل الحفاظ على استقرار الجسم وكذلك قدرة المحرك في ظروف الجاذبية تغييرها. فيما يتعلق بالتغييرات الدورة الدموية ، وكشف تقرير الجرد الوطني أن O2Hb الجبهي من الدماغ يقلل بشكل كبير في المرحلة الأولى والزيادات المفرطة في الوزن ، في حين أظهر التغييرات HHB فقط معتدلة. بالتالي لا يمكن أن يعزى هذا التأثير إلى التحول من حجم الدم فقط. الأرجح يبدو أن هذا يعكس نوعا من تنظيم ذاتي دماغي ، وخصوصا زيادة O2Hb يحدث قبل فترة طويلة من التحول من 1.8 G ل0G (وخصوصا في الشكل 4). في المقابل وO2Hb HHB كلا انخفاض الجاذبية المفرطة في مرحلة ثانية. نتائج مهمة تشير إلى أي ضعف الادراك واضحا خلال الجاذبية الجاذبية رحلات الطيران العادية أو مقارنة لدورة الاختبار المبدئي. استنادا إلى نتائج موضوعين أي بيان واضح ما اذا كان من الممكن رحلات مكافئ أو الوزن مع زيادة في نشاط الدماغ ومستوى الأوكسجين لها تأثير على الاداء الادراكي. دراسات سابقة إعطاء سبب للاعتقاد بأن في هذا السياق نؤكد قد تلعب أيضا دورا (شنايدر وآخرون 2007) ، يمكن الحصول عليها مع ذلك أي تغيير في تركيز هرمون الكورتيزول عن هذين الموضوعين. هناك حاجة إلى مزيد من البيانات للتحقق من صحة هذه النتائج والسماح للارتباط التغيرات في نشاط الدماغ القشرية ، والتغيرات الدورة الدموية فضلا عن الأداء الإدراكي. هذه الورقة تهدف إلى إظهار أن رصد التغيرات المحلية في نشاط الدماغ القشرية ومستوى الأوكسجين في جميع أنحاء مراحل مختلفة من الجاذبية تغير هو ممكن باستخدام EEG بالاشتراك مع تقارير قوائم الجرد الوطنية ووريتا. هذه النتائج هي نجاح لأبحاث الفضاء ، وسيمكن عرض التغيرات المعقدة والمحلية لنشاط الدماغ القشرية أو المفرطة في الوزن وربط اختبار العقلية أو الحركية مع التغيرات الموضوعية في الدماغ. الخطوة التالية هي تطبيق هذه الطريقة خلال البعثات الفضائية الطويلة الأمد.

coherence between brain cortical function and neurocognitive performance during changed gravity conditions

وقد عمليات الدراسات السابقة المعرفية والعقلية و / أو السيارات أثناء القصيرة والوزن المتوسط ​​والطويل الأجل فقط وصفية في طبيعتها ، وركز على الجوانب النفسية. حتى الآن ، والمراقبة الهدف من المعلمات العصبية لم تنفذ -- بلا شك لأن الوسائل التقنية والمنهجية لم تكن متاحة -- ، التحقيقات في الآثار العصبية وانعدام الوزن في مهدها (شنايدر وآخرون 2008). في حين أن تقنيات التصوير مثل التصوير المقطعي انبعاث البوزيترون (PET) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) بالكاد يمكن تطبيقها في الفضاء ، وغير الغازية بالقرب من الأشعة تحت الحمراء الطيفي (تقرير الجرد الوطني) الأسلوب يمثل طريقة رسم خرائط العمليات الدورة الدموية في الدماغ في الوقت الحقيقي على حد سواء غير مكلفة نسبيا ويمكن استخدامها حتى في ظل تلك الظروف القاسية. تركيبة مع تخطيط كهربية الدماغ (EEG) يفتح إمكانية متابعة عمليات جهد كهربي تحت الظروف المتغيرة الجاذبية الدقيقة مع دقة الزمانية وكذلك مع أعمق التوطين ، على سبيل المثال مع electrotomography (وريتا). وأظهرت دراسات سابقة زيادة النشاط تردد بيتا في ظل ظروف الجاذبية الطبيعية وانخفاض في ظل ظروف انعدام الوزن خلال رحلة مكافئ (شنايدر وآخرون. 2008a + ب). وكشفت دراسات مختلفة الميل تغييرات في وظيفة الدماغ ، والتي تتيح أقترح ، أن التغيرات في رحلة مكافئ قد تعكس عمليات العاطفي بدلا من التغييرات الدورة الدموية. ومع ذلك ، فإنه لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت هذه هي آثار الجاذبية تغير أو تغيرات الدورة الدموية داخل الدماغ. وينبغي الجمع بين EEG / وريتا وتقرير الجرد الوطني للمرة الاولى جعل من الممكن لرسم خريطة للتأثير انعدام الوزن وانخفاض الجاذبية على كل من عمليات الدورة الدموية والكهربية في الدماغ. في البداية ، وهذا هو الذي ينبغي القيام به كجزء من دراسة الجدوى خلال رحلة مكافئ. بعد ذلك ، يخطط أيضا لاستخدام كل التقنيات أثناء الرحلة الفضائية المتوسطة والطويلة الأجل. ويمكن الافتراض أن إعادة توزيع طويلة الأجل لحجم الدم وزيادة المرتبطة بها في امدادات من الاوكسجين الى الدماغ يؤدي الى تغييرات في النظام العصبي المركزي والتي هي أيضا مسؤولة عن عمليات بفقر الدم ، والتي يمكن أن تتحول في تقليل أداء (دي سانتو وآخرون 2005) ، الأمر الذي يعني أنها يمكن أن تكون حاسمة بالنسبة لنجاح وسلامة البعثة (Genik وآخرون 2005 ، إليس 2000). اعتمادا على هذه النتائج ، سيكون من الضروري لتطوير وتوظيف مضادة واسعة النطاق. النتائج الأولية للدراسة تشير إلى أن MARS500 ، بالإضافة إلى أهميتها في سياق أنظمة القلب والأوعية الدموية والحركي والرياضة والنشاط البدني يمكن أن تلعب دورا في تحسين المعلمات عصبي. قبل أن تكون هذه المنشأة بالكامل ، ومع ذلك ، فإنه يبدو من الضروري معرفة المزيد عن تأثير تغير الظروف خطورة على العمليات العصبية وما يرتبط بها من ضعف عصبي.

Watch this Scientific Journal Video about Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions at JoVE.com

Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

تأثير انعدام الوزن والجاذبية المفرطة في كلتا العمليتين الدورة الدموية والكهربية في الدماغ ستكون اتباعها أثناء الرحلة مكافئ بواسطة تقنيات EEG وتقرير الجرد الوطني. دراسة جدوى لتجربة أكثر تعقيدا ، وهو ما خططت للقيام بها خلال الرحلة الفضائية المتوسطة والطويلة الأجل.

الترابط بين وظائف الدماغ القشرية وأداء عصبي خلال تغيير شروط الجاذبية

Previous studies of cognitive, mental and/or motor processes during short-, medium- and long-term weightlessness have only been descriptive in nature, and ...

coherence-between-brain-cortical-function-neurocognitive-performance

Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.4K Views.  German Sport University Cologne. تأثير انعدام الوزن والجاذبية المفرطة في كلتا العمليتين الدورة الدموية والكهربية في الدماغ ستكون اتباعها أثناء الرحلة مكافئ بواسطة تقنيات EEG وتقرير الجرد الوطني. دراسة جدوى لتجربة أكثر تعقيدا ، وهو ما خططت للقيام بها خلال الرحلة الفضائية المتوسطة والطويلة الأج...

Video: Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the cortical networks involved in dynamical perceptual and cognitive tasks, such as attending to different sounds in a cocktail party. Many past studies have employed data recorded at the sensor level only, i.e., the magnetic fields or the electric potentials recorded outside and on the scalp, and have usually focused on activity that is time-locked to the stimulus presentation. This type of event-related field / potential analysis is particularly useful when there are only a small number of distinct dipolar patterns that can be isolated and identified in space and time. Alternatively, by utilizing anatomical information, these distinct field patterns can be localized as current sources on the cortex. However, for a more sustained response that may not be time-locked to a specific stimulus (e.g., in preparation for listening to one of the two simultaneously presented spoken digits based on the cued auditory feature) or may be distributed across multiple spatial locations unknown a priori, the recruitment of a distributed cortical network may not be adequately captured by using a limited number of focal sources.
Here, we describe a procedure that employs individual anatomical MRI data to establish a relationship between the sensor information and the dipole activation on the cortex through the use of minimum-norm estimates (MNE). This inverse imaging approach provides us a tool for distributed source analysis. For illustrative purposes, we will describe all procedures using FreeSurfer and MNE software, both freely available. We will summarize the MRI sequences and analysis steps required to produce a forward model that enables us to relate the expected field pattern caused by the dipoles distributed on the cortex onto the M/EEG sensors. Next, we will step through the necessary processes that facilitate us in denoising the sensor data from environmental and physiological contaminants. We will then outline the procedure for combining and mapping MEG/EEG sensor data onto the cortical space, thereby producing a family of time-series of cortical dipole activation on the brain surface (or "brain movies") related to each experimental condition. Finally, we will highlight a few statistical techniques that enable us to make scientific inference across a subject population (i.e., perform group-level analysis) based on a common cortical coordinate space.

We use magneto- and electroencephalography (MEG/EEG), combined with anatomical information captured by magnetic resonance imaging (MRI), to map the dynamics of the cortical network associated with auditory attention.

القشرية حيوية رسم الخرائط باستخدام MEG في وقت واحد / EEG ومقيدة في تقدير الحد الأدنى تشريحيا القواعد والمعايير: مثال الانتباه السمعية

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging

Optical coherence tomography (OCT) is a biomedical imaging technique with high spatial-temporal resolution. With its minimally invasive approach OCT has been used extensively in ophthalmology, dermatology, and gastroenterology1-3. Using a thinned-skull cortical window (TSCW), we employ spectral-domain OCT (SD-OCT) modality as a tool to image the cortex in vivo. Commonly, an opened-skull has been used for neuro-imaging as it provides more versatility, however, a TSCW approach is less invasive and is an effective mean for long term imaging in neuropathology studies. Here, we present a method of creating a TSCW in a mouse model for in vivo OCT imaging of the cerebral cortex.

Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging

We present a method of creating a thinned-skull cortical window (TSCW) in a mouse model for in vivo OCT imaging of the cerebral cortex.

ضعفت-الجمجمة وتقنيات النافذة القشرية لل<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; البصرية بالاتساق التصوير المقطعي التصوير

Optical coherence tomography (OCT) is a biomedical imaging technique  with high spatial-temporal resolution. With its minimally invasive approach OCT  has ...

Juxtasomal Biocytin Labeling to Study the Structure-function Relationship of Individual Cortical Neurons

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive functions including decision making, sensory-guided behavior or memory. To understand how such intricate neuronal networks perform such tasks, a crucial step is to determine the function (or electrical activity) of individual cell types within the network, preferentially when the animal is performing a relevant cognitive task. Additionally, it is equally important to determine the anatomical structure of the network and the morphological architecture of the individual neurons to allow reverse engineering the cortical network. Technical breakthroughs available today allow recording cellular activity in awake, behaving animals with the valuable option of post&#160;hoc identifying the recorded neurons. Here, we demonstrate the juxtasomal biocytin labeling technique, which involves recording action potential spiking in the extracellular (or loose-patch) configuration using conventional patch pipettes. The juxtasomal recording configuration is relatively stable and applicable across behavioral conditions, including anesthetized, sedated, awake head-fixed, and even in the freely moving animal. Thus, this method allows linking cell-type specific action potential spiking during animal behavior to reconstruction of the individual neurons and ultimately, the entire cortical microcircuit. In this video manuscript, we show how individual neurons in the juxtasomal configuration can be labeled with biocytin in the urethane-anaesthetized rat for post&#160;hoc identification and morphological reconstruction.

To understand the structure of neuronal networks, functional and morphological characterization of individual neurons is a necessity. Here, we demonstrate juxtasomal biocytin labeling, which allows electrophysiological recordings in the extracellular configuration, yet maintaining the ability to intracellularly label the neuron for post&#160;hoc reconstruction of dendritic and axonal architecture.

Juxtasomal Biocytin وصفها لدراسة بنية وظيفة علاقة فردية القشرية الخلايا العصبية

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive ...

Subtype-selective Electroporation of Cortical Interneurons

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression of genes of interest to specific neuronal subtypes has proven remarkably challenging due to the relative scarcity of specific promoter elements. GABAergic interneurons constitute a neuronal population with extensive genetic and morphological diversity. Indeed, more than 11 different subtypes of GABAergic interneurons have been characterized in the mouse cortex1. Here we present an adapted protocol for selective targeting of GABAergic populations. We achieved subtype selective targeting of GABAergic interneurons by using the enhancer element of the homeobox transcription factors Dlx5 and Dlx6, homologues of the Drosophila distal-less (Dll) gene2,3, to drive the expression of specific genes through in utero electroporation.

This procedure shows how to target interneurons in the developing mouse forebrain by means of in utero electroporation. This technique was particularly efficient to achieve selective gene expression in interneuron subtypes destined to the superficial layers of the cortex.

-النوع الفرعي انتقائية Electroporation للمن القشرية Interneurons

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression ...

Imaging Serotonergic Fibers in the Mouse Spinal Cord Using the CLARITY/CUBIC Technique

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal cord of the majority of these fiber systems have not been thoroughly investigated in any species. Serotonergic fibers, which project to the spinal cord, have been studied in rats and opossums on histological sections and their functional significance has been deduced based on their fiber termination pattern in the spinal cord. With the development of CLARITY and CUBIC techniques, it is possible to investigate this fiber system and its distribution in the spinal cord, which is likely to reveal previously unknown features of serotonergic supraspinal pathways. Here, we provide a detailed protocol for imaging the serotonergic fibers in the mouse spinal cord using the combined CLARITY and CUBIC techniques. The method involves perfusion of a mouse with a hydrogel solution and clarification of the tissue with a combination of clearing reagents. Spinal cord tissue was cleared in just under two weeks, and the subsequent immunofluorescent staining against serotonin was completed in less than ten days. With a multi-photon fluorescent microscope, the tissue was scanned and a 3D image was reconstructed using Osirix software.

Supraspinal projections are important for pain perception and other behaviors, and serotonergic fibers are one of these fiber systems. The present study focused on the application of the combined CLARITY/CUBIC protocol to the mouse spinal cord in order to investigate the termination of these serotonergic fibers.

التصوير ألياف هرمون السيروتونين في الحبل الشوكي الماوس عن طريق وضوح / تقنية مكعب

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal ...

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the human brain. MEG is quiet and less likely to induce claustrophobia compared with magnetic resonance imaging (MRI). It is therefore a promising tool for investigating brain function in young children. However, analysis of MEG data from pediatric populations is often complicated by head movement artefacts which arise as a consequence of the requirement for a spatially-fixed sensor array that is not affixed to the child's head. Minimizing head movements during MEG sessions can be particularly challenging as young children are often unable to remain still during experimental tasks. The protocol presented here aims to reduce head movement artefacts during pediatric MEG scanning. Prior to visiting the MEG laboratory, families are provided with resources that explain the MEG system and the experimental procedures in simple, accessible language. An MEG familiarization session is conducted during which children are acquainted with both the researchers and the MEG procedures. They are then trained to keep their head still whilst lying inside an MEG simulator. To help children feel at ease in the novel MEG environment, all of the procedures are explained through the narrative of a space mission. To minimize head movement due to restlessness, children are trained and assessed using fun and engaging experimental paradigms. In addition, children's residual head movement artefacts are compensated for during the data acquisition session using a real-time head movement tracking system. Implementing these child-friendly procedures is important for improving data quality, minimizing participant attrition rates in longitudinal studies, and ensuring that families have a positive research experience.

This article introduces a child-friendly research protocol designed to improve data quality by reducing head movement during pediatric magnetoencephalography (MEG). We familiarize families with the MEG environment, train children to remain still using an MEG simulator, and correct for residual head movement artefacts using a real-time head movement detection system.

دراسة وظيفة المخ في الأطفال باستخدام ماجنيتونسيفالوجرافي

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the ...

Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent development of thin, flexible ECoG electrodes has enabled conduction of stable recordings of large-scale cortical activity. We have developed a whole-cortical ECoG array for the common marmoset. The array continuously covers almost the entire lateral surface of cortical hemisphere, from the occipital pole to the temporal and frontal poles, and it captures whole-cortical neural activity in one shot. This protocol describes a chronic implantation procedure of the array in the epidural space of the marmoset brain. Marmosets have two advantages regarding ECoG recordings, one being the homologous organization of anatomical structures in humans and macaques, including frontal, parietal, and temporal complexes. The other advantage is that the marmoset brain is lissencephalic and contains a large number of complexes, which are more difficult to access in macaques with ECoG, that are exposed to the brain surface.These features allow direct access to most cortical areas beneath the surface of the brain. This system provides an opportunity to investigate global cortical information processing with high resolutions at a sub-millisecond order in time and millimeter order in space.

We have developed a whole-cortical electrocorticographic array for the common marmoset that continuously covers almost the entire lateral surface of cortex, from the occipital pole to the temporal and frontal poles. This protocol describes a chronic implantation procedure of the array in the epidural space of the marmoset brain.

غرس المزمن من الصفيف اليكتروكورتيكوجرافيك الجامعة القشرية في مرموز المشتركة

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent ...

Flow Cytometric Analysis of Multiple Mitochondrial Parameters in Human Induced Pluripotent Stem Cells and Their Neural and Glial Derivatives

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential (MMP), mitochondrial production of reactive oxygen species (ROS), and mitochondrial DNA (mtDNA) copy number are often features of these processes. This report details a novel flow cytometry-based approach to measure multiple mitochondrial parameters in different cell types, including human induced pluripotent stem cells (iPSCs) and iPSC-derived neural and glial cells. This flow-based strategy uses live cells to measure mitochondrial volume, MMP, and ROS levels, as well as fixed cells to estimate components of the mitochondrial respiratory chain (MRC) and mtDNA-associated proteins such as mitochondrial transcription factor A (TFAM). 
By co-staining with fluorescent reporters, including MitoTracker Green (MTG), tetramethylrhodamine ethyl ester (TMRE), and MitoSox Red, changes in mitochondrial volume, MMP, and mitochondrial ROS can be quantified and related to mitochondrial content. Double staining with antibodies against MRC complex subunits and translocase of outer mitochondrial membrane 20 (TOMM20) permits the assessment of MRC subunit expression. As the amount of TFAM is proportional to mtDNA copy number, the measurement of TFAM per TOMM20 gives an indirect measurement of mtDNA per mitochondrial volume. The entire protocol can be carried out within 2-3 h. Importantly, these protocols allow the measurement of mitochondrial parameters, both at the total level and the specific level per mitochondrial volume, using flow cytometry.

This study reports a novel approach to measure multiple mitochondrial functional parameters based on flow cytometry and double staining with two fluorescent reporters or antibodies to detect changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential, reactive oxygen species level, mitochondrial respiratory chain composition, and mitochondrial DNA.

تحليل التدفق الخلوي لمعلمات الميتوكوندريا المتعددة في الخلايا الجذعية متعددة القدرات المستحثة بالإنسان ومشتقاتها العصبية والدبقية

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential ...

Investigation of Spatial Interaction Between Astrocytes and Neurons in Cleared Brains

Combining viral vector transduction and tissue clearing using the CLARITY method makes it possible to simultaneously investigate several types of brain cells and their interactions. Viral vector transduction enables the marking of diverse cell types in different fluorescence colors within the same tissue. Cells can be identified genetically by activity or projection. Using a modified CLARITY protocol, the potential sample size of astrocytes and neurons has grown by 2-3 orders of magnitude. The use of CLARITY allows the imaging of complete astrocytes, which are too large to fit in their entirety in slices, and the examination of the somata with all their processes. In addition, it provides the opportunity to investigate the spatial interaction between astrocytes and different neuronal cell types, namely, the number of pyramidal neurons in each astrocytic domain or the proximity between astrocytes and specific inhibitory neuron populations. This paper describes, in detail, how these methods are to be applied.

Combining viral vector transduction and brain clearing using the CLARITY method allows the investigation of a large number of neurons and astrocytes simultaneously.

التحقيق في التفاعل المكاني بين الخلايا النجمية والخلايا العصبية في الأدمغة الواضحة

Combining viral vector transduction and tissue clearing using the CLARITY method makes it possible to simultaneously investigate several types of brain ...

Robust and Highly Reproducible Generation of Cortical Brain Organoids for Modelling Brain Neuronal Senescence In Vitro

Brain organoids are three-dimensional models of the developing human brain and provide a compelling, cutting-edge platform for disease modeling and large-scale genomic and drug screening. Due to the self-organizing nature of cells in brain organoids and the growing range of available protocols for their generation, issues with heterogeneity and variability between organoids have been identified. In this protocol paper, we describe a robust and replicable protocol that largely overcomes these issues and generates cortical organoids from neuroectodermal progenitors within 1 month, and that can be maintained for more than 1 year. This highly reproducible protocol can be easily carried out in a standard tissue culture room and results in organoids with a rich diversity of cell types typically found in the developing human cortex. Despite their early developmental make-up, neurons and other human brain cell types will start to exhibit the typical signs of senescence in neuronal cells after prolonged in vitro culture, making them a valuable and useful platform for studying aging-related neuronal processes. This protocol also outlines a method for detecting such senescent cells in cortical brain organoids using senescence-associated beta-galactosidase staining.

Robust and Highly Reproducible Generation of Cortical Brain Organoids for Modelling Brain Neuronal Senescence In Vitro

In this study, we provide a detailed technique for a simple yet robust cortical organoid culture system using standard feeder-free hPSC cultures. This is a rapid, efficient, and reproducible protocol for generating organoids that model aspects of brain senescence in vitro.

جيل قوي وقابل للتكرار للغاية من عضويات الدماغ القشرية لنمذجة الشيخوخة العصبية الدماغية في المختبر

Brain organoids are three-dimensional models of the developing human brain and provide a compelling, cutting-edge platform for disease modeling and ...