Wir danken Hubertus Lohmann für die gemeinsame Nutzung seiner Expertise in fTCD Techniken. Diese Arbeit wurde vom Wellcome Trust-Zuschüssen finanziert Nr. 082498/Z/07/2.

1. Mit fTCD zu Sprache Lateralisation in Kinder zu bewerten <ol><li> Wo möglich, machen wir das Kind mit Bildern, die Zeichen aus dem Video-Geschichten in einer separaten Sitzung, bevor Sie sie auf Doppler-System. </li><li> Es ist wichtig, dass dieses Verfahren eine ausreichende Studien umfasst, um eine zuverlässige Messung zu erhalten: im Idealfall 20 oder mehr, obwohl wir haben nützliche Daten mit nur 10 bis 15 Studien erhalten. Jeder Versuch wird mit einer Frist von Entspannung, um als Grundlage verwendet werden, durch die Sprache Aktivierung gefolgt. Blutflussgeschwindigkeit während der Dauer der Aktivierung ist von der Baseline verglichen. Wir haben festgestellt, dass es möglich ist, die Zeit nutzen, während das Kind passiv beobachtet ein 12 Sekunden Video-Clip als Ausgangswert. Dies hilft zu vermeiden Langeweile. Die Grundlinie wird durch ein 10 Sekunden Reaktionszeit Zeitraum, in dem das Kind gebeten, zu beschreiben, was passiert ist, gefolgt. Dies wird durch eine 16 Sekunden Ruhezeit gefolgt. </li><li> Der Zeitpunkt des Verfahrens ist wichtig, um Veränderungen in Blutflussgeschwindigkeit durch metabolischen Anforderungen, die dauern kann bis 7 Sekunden zu erkennen. Wir verwenden EDV Aufgaben, in der Aufmachung oder Matlab geschrieben, die das Timing der einzelnen Studien zu kontrollieren. Entscheidend ist, diese Programme auch senden Impulse an die Hardware, die eine Markierung von Datensätzen in die Doppler-Daten-Datei zu Beginn der Aktivierung Zeitraum anzuzeigen. Diese sind in der Datenanalyse verwendet werden, um Perioden der Baseline und Aktivierung der Blutfluss zu bestimmen. </li><li> Wir verwenden eine Multi-Dop-System, die Ultraschall-Aufnahme ermöglicht vom linken und rechten Seite gleichzeitig. Am besten ist es die Multi-Dop-System aufgebaut und bereit zu gehen, bevor die Teilnehmer ankommt. Sicherstellen, dass die Sonden an den Multi-Dop-System sind vor dem Einschalten angeschlossen. Prüfen Sie, ob der Reiz Computer angeschlossen ist, über die parallele Schnittstelle, um die Multi-Dop-Computer und Impulse von einem auf den anderen zu sehen sind. Sicherstellen, dass die Hochpassfilter bis 300 Hz ist für beide Seiten festlegen und überprüfen Sie die Tiefe der Beschallungswinkel (45-55 mm) und die Leistung des Signals. Das System hat Grenzen für die verschiedenen Parameter einstellen, um sicherzustellen, dass nur sichere Werte verwendet werden können. </li><li> Ein Teilnehmer-Code sollte in den Multi-Dop-Dateien aufgezeichnet werden, um für die Bedingung, eine Gruppe oder demografische Daten Matching. </li><li> Das System sollte dann angehalten, während der Vorbereitung der Sonden werden. Jeder Ultraschall-Sonde ist mit Gel, das ein Kontakt zwischen der Sonde und der Haut bietet abgedeckt. Verwenden Sie eine großzügige Menge des Gels zu erhalten die besten Kontakt möglich. </li><li> Nun ist es Zeit, um die Sitzung zu starten. Prüfen Sie, ob das Kind auf die Toilette vor dem Start gehen muss! Wir zeigen das Headset mit Stofftiere, und stellen Sie sicher, dass das Kind über das, was passieren wird und was sie werden gebeten, nicht versteht. Es ist besonders wichtig, dass sie die Notwendigkeit zu halten nach der Aktivierung Zeitraum still zu verstehen, so dass das Signal auf den Ausgangswert zurück. Kinder sollten bequem sitzen wie eine vollständige Aufgabe zwischen 20 und 30 Minuten dauern kann und eine Menge grober Körperbewegungen können mit dem Doppler-Signal stören. </li><li> Der schwierigste Teil des Verfahrens ist die Positionierung der Gel-beschichteten Sonden. Neue Benutzer sollten sich bewusst sein, dass sie die Praxis braucht, um Experte zu werden in diesem Teil des Prozesses. Es ist eine nützliche Computer-Simulation von Rune Aaslid, dass mit der Ausbildung helfen können ( <a href="http://www.transcranial.com/">http://www.transcranial.com/</a> ), aber der beste Weg zu lernen, ist durch das Praktizieren von Freunden und Kollegen. Haben Sie etwa 10 Personen beurteilt, werden Sie anfangen zu finden es viel einfacher. Eine gute Sache über die Arbeit mit Kindern ist, dass es in der Regel einfacher, ein Signal von einem Kind als ein Erwachsener zu finden, weil sie dünnere Schädel haben. </li><li> Jede Sonde wird auf die zeitliche Fenster des Schädels auf jeder Seite des Kopfes platziert. Dies ist die dünnste Teil des Knochens in den Kopf und bietet die beste Gegend, durch welche ein Signal aus der Mitte Hirnarterien gewonnen werden können. Diese Fenster können nur vor jedem Ohr zu finden. Bei der Arbeit mit Kindern kann es helfen, die Rüstzeit, wenn Sie zwei Experimentatoren, einer Einstellung der einzelnen Sonde. Die meisten Kinder sind glücklich, eine DVD in diesem Teil des Verfahrens, zu sehen, aber es ist wichtig, das Verhalten des Kindes zu überwachen und sicherzustellen, dass sie bequem und entspannt. Beenden Sie die Sitzung, wenn das Kind dies beantragt oder wenn es irgendwelche Zeichen der Verzweiflung. </li><li> Die Position der Sonden wird dann so eingestellt, um die mittlere Hirnarterie insonate. Es kann einige Minuten dauern, bevor ein zufriedenstellendes Signal gefunden. Dieses Signal hat einen charakteristischen Sound sowie visuelle Muster, das aus dem Multi-Dop-Computer überwacht werden sollen. </li><li> Der charakteristische Sound ist eine niedrige Rauschen Rauschen der Rate der Teilnehmer höher schlagen. Der charakteristische visuelle Muster ist ein starker Anstieg von einem exponentiellen Abfall fallen, die auch wiederholt mit der Rate des Herzschlags gefolgt. Sie können abholen Aktivität von anderen Blutgefäßen, je nach<html> die Tiefe der Beschallungswinkel und Richtung der Sonde. Eine Tiefe von etwa 45 bis 50 mm in der Regel gut funktioniert bei Kindern. Sobald ein starkes Signal gefunden worden ist, reduzieren Sie die Leistung so weit wie möglich unter Beibehaltung ein gutes Signal. Die Verstärkung kann auch erhöht werden, um ein schwaches Signal zu verstärken. </li><li> Sobald die Signale für jeden mittleren Hirnarterie zufriedenstellend ausfallen, sind die auditiven Darstellungen des Multi-Dop-Signal nach unten gedreht werden, und die Prozedur kann beginnen. Der Versuchsleiter erklärt dem Kind, dass sie gehen, um einen Videoclip ruhig zusehen. Wenn sie sehen, das Fragezeichen auf dem Computer kommen, die sie benötigen, zu sagen, der Experimentator so viel wie sie können, was passiert ist in dem Video. Als sie das Bild des Jungen los &quot;shhh&quot; sehen, müssen sie aufhören zu reden und sofort still sitzen, um für das nächste Video warten, um zu starten (siehe Abbildung 2 und. Avi Beispiele). </li><li> Recording Geräte werden dann gestartet, dh, ein Voice Recorder für auditive Antworten; zusammen mit dem Multi-Dop-System der Aufnahme und der Computer die Steuerung Stimulus-Präsentation. </li><li> Der Versuchsleiter hat die Aufgabe dann für das Kind und Doppler-Signal zu überwachen a) stellen Sie sicher, das Kind ist bequem und die Teilnahme an der Aufgabe und b) sicherstellen, dass ein entsprechendes Signal erhalten bleibt. Die Doppler-Signal ist weit weniger empfindlich auf Bewegung als eine fMRI-Signal, aber es kann immer noch durch grobe Körperbewegungen gestört werden, oder wenn die Sonde bewegt. Wenn das Signal zu stark gestört, sollte die Anzeige Computer angehalten und die Sonden entsprechend zurückgesetzt. Manchmal kann es notwendig sein, mehr Gel anzuwenden, um wieder eine zufriedenstellende Signalverstärkung. Wir finden, dass das Testen von Kindern am besten funktioniert, wenn man Experimentator ist dafür verantwortlich, dass das Kind bei der Sache und aufnehmen, was sie sagen, und die anderen Monitore der Doppler-Signal. </li><li> Wenn die experimentellen Verfahren abgeschlossen ist, kann der Multi-Dop Aufnahme gestoppt und die Proben entnommen. Es ist nützlich, einige Gewebe zur Verfügung haben, um überschüssiges Gel zu entfernen. </li><li> Die Rohdaten-Dateien verarbeitet werden, um die linke und rechte Doppler-Signale zu vergleichen. Wir haben unsere eigene Matlab-Software auf die Methoden, mit Deppe 7 entwickelt entwickelt. Diese Verarbeitung beinhaltet Downsampling der Daten und Korrektur von Schwankungen aufgrund von Herz höher schlagen. Einzelne Studien werden aus der Analyse ausgeschlossen, wenn der linke oder rechte Aktivierung ist außerhalb eines bestimmten Bereichs, häufig 70 bis 130% des Ausgangswertes Blutflussgeschwindigkeit. Die Aktivierung in diesen Studien wird wahrscheinlich durch problematische Aufsetzen der Sonde beeinflusst werden. Abbildung 3 zeigt die Aktivierung bezogen auf Signale für ein gutes Signal-Sonde, während Abbildung 4 zeigt einen Fall, wo das Signal in regelmäßigen Abständen verloren geht. </li><li> Im Vergleich zum Ausgangswert Blutflussgeschwindigkeit, ist die Aktivierung in den rechten Kanal vom linken abgezogen, um den Unterschied Aktivierung (siehe Abbildung 5) zu berechnen. Die Lateralisierung Index ist definiert als der Durchschnitt der Differenz Aktivierung für 1 Sekunde beiden Seiten die maximale Differenz innerhalb einer vordefinierten Periode der Zinsen berechnet. Dieser Zeitraum von Interesse ist von 7 bis 17 Sekunden nach dem Start der &#39;sprechen&#39; Befehl, durch den Marker aus der Anzeige Computer mit dem Multi-Dop-Datei gesendet angezeigt. Da der Unterschied Aktivierung ist die linke minus rechte Kanäle spiegeln positive Lateralisierung Indizes links Lateralisierung und negative reflektieren rechts. </li></ol> 2. Repräsentative Ergebnisse <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1:. Außenfläche der Hemisphäre, welche Bereiche von Hirnarterien versorgt Pink ist Region mittleren Hirnarterie versorgt. (Aus: <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png">http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png</a> ) <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2:. Schematische Darstellung des experimentellen Studie mit 12 Sekunden Baseline Video, 10 Sekunden Reaktionszeit Intervall und 16 Sekunden Ruhephase Zeitraum von Interesse für die Lateralität Berechnung wird ebenfalls dargestellt. <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig3.jpg" alt="Abbildung 3" /> Abbildung 3. Saubere Daten Aufzeichnung von Roh-Doppler Geschwindigkeit (cm / sec) für die Linke (blau) und rechts (rot) Dopplerkanälen 130 bis 150 Sekunden, während einer einzigen experimentellen Sitzung. Jedes sichtbare Impuls entspricht einem Herzschlag. Event-Marker zeigt Beginn des Stimulus in grün dargestellt. <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig4.jpg" alt="Abbildung 4" /> Abbildung 4. Disrupted Datenaufzeichnung von Roh-Doppler Geschwindigkeit (cm / sec) für die Linke (blau) und rechts (rot) Dopplerkanälen 400 bis 450 Sekunden, während einer einzigen experimentellen Sitzung. Ereignismarker Angabe Beginn des Stimulus in grün dargestellt. Deutliche Hinweise auf Dropout sichtbar ist für beide Kanäle. ftp_upload/2161/2161fig5.jpg &quot;alt =&quot; Bild 5 &quot;/&gt; Abbildung 5. Left (blau) und rechts (rot) Kanal (Panel A) und links minus rechts Unterschied (Panel B) Doppler Velocity (cm / sec), gemittelt über alle akzeptable Studien für eine Gruppe von Teilnehmern. Teilnehmer cued wurden auf &quot;Diskussion&quot; bei 12 Sekunden und die Zeit von Interesse für die Lateralität Berechnung ist auch in grün dargestellt. Die grauen Fehlerbalken um den Unterschied Geschwindigkeit in Panel B stellen den Standardfehler des Mittelwerts. Avi Beispiele: Die Video-Sequenzen, die &quot;Freezefoot&quot; Geschichte zu erzählen heruntergeladen werden kann: <a href="http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm">http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm</a>

<ol>
	<li>Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handedness and developmental disorder. , (1990).</li><li>Pelletier, I., Sauerwein, H., Lepore, F., Saint-Amour, D., Lassonde, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+alternatives+to+the+Wada+test+in+the+presurgical+evaluation+of+language+and+memory+functions+in+epilepsy+patients.">Non-invasive alternatives to the Wada test in the presurgical evaluation of language and memory functions in epilepsy patients.</a> Epileptic Disorders. 9, 111-126 (2007).</li><li>Deppe, M., Ringelstein, E. B., Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+investigation+of+functional+brain+lateralization+by+transcranial+Doppler+sonography.">The investigation of functional brain lateralization by transcranial Doppler sonography.</a> NeuroImage. 21, 1124-1146 (2004).</li><li>Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+determination+of+language+lateralization+by+functional+transcranial+Doppler+sonography+:+A+comparison+with+the+Wada+test.">Noninvasive determination of language lateralization by functional transcranial Doppler sonography : A comparison with the Wada test.</a> Stroke. 29, 82-86 (1998).</li><li>Lohmann, H., Drager, B., Muller-Ehrenberg, S., Deppe, M., Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Language+lateralization+in+young+children+assessed+by+functional+transcranial+Doppler+sonography.">Language lateralization in young children assessed by functional transcranial Doppler sonography.</a> Neuroimage. 24, 780-790 (2005).</li><li>Bishop, D. V. M., Watt, H., Papadatou-Pastou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+efficient+and+reliable+method+for+measuring+cerebral+lateralization+during+speech+with+functional+transcranial+Doppler+ultrasound.">An efficient and reliable method for measuring cerebral lateralization during speech with functional transcranial Doppler ultrasound.</a> Neuropsychologia. 47, 587-590 (2009).</li><li>Deppe, M., Knecht, S., Henningsen, H., Ringelstein, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AVERAGE:+a+Windows+program+for+automated+analysis+of+event+related+cerebral+blood+flow.">AVERAGE: a Windows program for automated analysis of event related cerebral blood flow.</a> Journal of Neuroscience Methods. 75, 147-154 (1997).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+dominance+for+language+function+in+adults+with+specific+language+impairment+or+autism.">Cerebral dominance for language function in adults with specific language impairment or autism.</a> Brain. 131, 3193-3200 (2008).</li><li>Illingworth, S., Bishop, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atypical+cerebral+lateralisation+in+adults+with+compensated+developmental+dyslexia+demonstrated+using+functional+transcranial+Doppler+ultrasound.">Atypical cerebral lateralisation in adults with compensated developmental dyslexia demonstrated using functional transcranial Doppler ultrasound.</a> Brain and Language. 111, 61-65 (2009).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Bishop, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemispheric+division+of+function+is+the+result+of+independent+probabilistic+biases.">Hemispheric division of function is the result of independent probabilistic biases.</a> Neuropsychologia. 47, 1938-1943 (2009).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Badcock, N., Groen, M. A., Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+a+novel+paradigm+for+determining+hemispheric+lateralization+of+visuospatial+function.">Reliability of a novel paradigm for determining hemispheric lateralization of visuospatial function.</a> Journal of the International Neuropsychological Society. 15, 1028-1032 (2009).</li></ol>

Neben der Untersuchung der normalen Entwicklung haben wir mit fTCD zur Sprache Lateralisierung bei Erwachsenen und Kindern mit Entwicklungsstörungen der Sprache und Alphabetisierung 8, 9 zu studieren. Wir sind auch daran interessiert, die Entwicklung von Methoden der Verwendung von für die Beurteilung der Lateralisierung der visuell-räumliche Fähigkeiten 10, 11 fTCD.

A correction was made to <a href="http://www.jove.com/video/2161">Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)</a>. There was a misstated time interval for the point of interest.

Erratum: Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
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		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Multi-Dop T with Upgrade to 2 Channel MultiFlow Monitoring</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Compumedics</td>
<td>5610 EN</td>
<td>soon to be superseded by digital version </td>
</tr>
<tr>
<td>Headset</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Spencer Technologies, 701&#x2013;16th Avenue, Seattle,WA 98122</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

assessment of cerebral lateralization in children using functional transcranial doppler ultrasound (ftcd)

Es gibt viele unbeantwortete Fragen über zerebrale Lateralisierung. Insbesondere bleibt unklar, welche Aspekte der Sprache und nonverbale Fähigkeiten lateralisiert sind, ob es irgendwelche Nachteile, die mit atypischen Muster der zerebralen Lateralisation verbunden sind, und ob zerebrale Lateralisierung entwickelt mit dem Alter. In der Vergangenheit waren Forscher in diesen Fragen interessiert, die Händigkeit als Indikator für die zerebrale Lateralisierung benutzen, aber dies ist unbefriedigend, weil die Händigkeit ist nur ein schwacher und indirekter Indikator für Lateralität der kognitiven Funktionen 1. Andere Methoden, wie fMRI, sind teuer für eine groß angelegte Studien, und nicht immer möglich mit den Kindern 2. Hier beschreiben wir die Verwendung von funktionellen transkraniellen Doppler-Sonographie (fTCD) als kostengünstige, nicht-invasive und sichere Methode zur Beurteilung der zerebralen Lateralisation. Das Verfahren beinhaltet die Messung des Blutflusses in der A. cerebri media über eine Ultraschallsonde direkt vor dem Ohr. Unsere Arbeit baut auf der Arbeit von Rune Aaslid, der TCD 1982 in Zusammenarbeit eingeführt, und Stefan Knecht, Michael Deppe und ihre Kollegen an der Universität Münster, der die Verwendung von gleichzeitigen Messungen der linken und der rechten mittleren Hirnarterie Blutfluss Pionierarbeit geleistet, und entwickelte ein Verfahren zur Korrektur des Herzschlages Aktivität. Dies machte es möglich, eine deutliche Zunahme der linksseitigen Blutflusses während Sprache Generation zu sehen, mit Lateralisierung Einigung auch mit, dass unter Verwendung anderer Methoden 3. Die A. cerebri media hat ein sehr breites Gefäßregion (siehe Abbildung 1) und die Methode nicht bieten nützliche Informationen über die Lokalisierung innerhalb einer Hemisphäre. Unsere Erfahrung zeigt, ist es besonders empfindlich auf Aufgaben, die explizit oder implizit Sprachproduktion beteiligt. Der &quot;Goldstandard&quot; Aufgabe ist es, ein Wort Generation Aufgabe (zB denken an so viele Wörter wie Sie die mit dem Buchstaben &#39;B&#39; beginnen können) 4, aber das ist nicht geeignet für kleine Kinder und andere mit geringen Lese-und Schreibfähigkeiten. Im Vergleich mit anderen bildgebenden Methoden ist fTCD relativ unbeeindruckt von Bewegungsartefakten zu sprechen, und so sind wir in der Lage, ein zuverlässiges Ergebnis von Aufgaben, die beschreiben, Bilder beinhalten laut 5,6 erhalten. Dementsprechend haben wir eine kinderfreundliche Aufgabe, die uns bei Video-Clips, die eine Geschichte erzählen, und dann beschreiben, was gesehen wurde beinhaltet entwickelt.

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Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound fTCD

Funktionelle transkranielle Doppler-Sonographie (fTCD) ist eine einfache und nicht-invasive Ultraschall-Technik, die verwendet werden, um die Lateralisierung der kognitiven Funktionen, insbesondere Sprache beurteilen kann, und ist geeignet für den Einsatz mit Kindern.

Beurteilung der zerebralen Lateralisation bei Kindern mit Hilfe der funktionellen transkraniellen Doppler-Sonographie (fTCD)

There are many unanswered questions about cerebral lateralization.  In particular, it remains unclear which aspects of language and nonverbal ability are ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

20.0K Aufrufe.  University of Oxford. Funktionelle transkranielle Doppler-Sonographie (fTCD) ist eine einfache und nicht-invasive Ultraschall-Technik, die verwendet werden, um die Lateralisierung der kognitiven Funktionen, insbesondere Sprache beurteilen kann, und ist geeignet für den Einsatz mit Kindern.

Serie: Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound fTCD

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs through activation of their ion channels and neurotransmitter receptors, and process information in part through activity-dependent release of gliotransmitters. Furthermore, astrocytes constitute the main uptake system for glutamate, contribute to potassium spatial buffering, as well as to GABA clearance. These cells therefore constantly monitor synaptic activity, and are thereby sensitive indicators for alterations in synaptically-released glutamate, GABA and extracellular potassium levels. Additionally, alterations in astroglial uptake activity or buffering capacity can have severe effects on neuronal functions, and might be overlooked when characterizing physiopathological situations or knockout mice. Dual recording of neuronal and astroglial activities is therefore an important method to study alterations in synaptic strength associated to concomitant changes in astroglial uptake and buffering capacities. Here we describe how to prepare hippocampal slices, how to identify stratum radiatum astrocytes, and how to record simultaneously neuronal and astroglial electrophysiological responses. Furthermore, we describe how to isolate pharmacologically the synaptically-evoked astroglial currents.

The preparation of acute brain slices from isolated hippocampi, as well as the simultaneous electrophysiological recordings of astrocytes and neurons in stratum radiatum during stimulation of schaffer collaterals is described. The pharmacological isolation of astroglial potassium and glutamate transporter currents is demonstrated.

Dual-Elektrophysiologische Recordings synaptisch-evozierte astrogliale und neuronale Antworten in Acute Hippocampusschnitte

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Forschung

Neurowissenschaften

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal models, including monkeys, ferrets, bats, rodents, and cats. In order to draw suitable parallels between human and animal models of auditory function, it is important to establish a bridge between human functional imaging studies and animal electrophysiological studies. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an established, minimally invasive method of measuring broad patterns of hemodynamic activity across different regions of the cerebral cortex. This technique is widely used to probe sensory function in the human brain, is a useful tool in linking studies of auditory processing in both humans and animals and has been successfully used to investigate auditory function in monkeys and rodents. The following protocol describes an experimental procedure for investigating auditory function in anesthetized adult cats by measuring stimulus-evoked hemodynamic changes in auditory cortex using fMRI. This method facilitates comparison of the hemodynamic responses across different models of auditory function thus leading to a better understanding of species-independent features of the mammalian auditory cortex.

Functional studies of the auditory system in mammals have traditionally been conducted using spatially-focused techniques such as electrophysiological recordings. The following protocol describes a method of visualizing large-scale patterns of evoked hemodynamic activity in the cat auditory cortex using functional magnetic resonance imaging.

Funktionelle Bildgebung Auditory Cortex bei erwachsenen Katzen mit Hochfeld-fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

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.

Studium der Funktion des Gehirns bei Kindern mit Magnetoenzephalographie

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

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, causal evidence of brain area activation leading to a behavior is often left missing. Transcranial direct current stimulation (tDCS), which can temporarily alter brain cortical excitability and activity, is a noninvasive neurophysiological tool used to study causal relationships in the human brain. High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) is a noninvasive brain stimulation (NIBS) technique that produces a more focal current compared to conventional tDCS. Traditionally, the stimulation location has been roughly determined through the 10-20 EEG system, because determining precise stimulation points can be difficult. This protocol uses a 3D digitizer with HD-tDCS to increase accuracy in determination of stimulation points. The method is demonstrated using a 3D digitizer for more accurate localization of stimulation points in the right temporo-parietal junction (rTPJ).

Presented here is a protocol to achieve higher accuracy in determination of stimulation location combining a 3D digitizer with high-definition transcranial direct current stimulation.

Stimulationspositionsbestimmung mit einem 3D-Digitizer mit high-Definition Transkranialer Gleichstromstimulation

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

Analysis of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage with High Frequency Transcranial Duplex Ultrasound

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A problem encountered in experimental studies using murine models of SAH is that methods for in vivo monitoring of cerebral vasospasm in mice are lacking. Here, we demonstrate the application of high frequency ultrasound to perform transcranial Duplex sonography examinations on mice. Using the method, the internal carotid arteries (ICA) could be identified. The blood flow velocities in the intracranial ICAs were accelerated significantly after induction of SAH, while blood flow velocities in the extracranial ICAs remained low, indicating cerebral vasospasm. In conclusion, the method demonstrated here allows functional, noninvasive in vivo monitoring of cerebral vasospasm in a murine SAH model.

The aim of this manuscript is to present a sonography-based method that allows in vivo imaging of blood flow in cerebral arteries in mice. We demonstrate its application to determine changes in blood flow velocities associated with vasospasm in murine models of subarachnoid hemorrhage (SAH).

Analyse des zerebralen Vasospasmus in einem murinen Modell der Subarachnoidalblutung mit hochfrequenten transkraniellen Duplex-Ultraschall

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A ...

Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ultrafast doppler angiography. As brain perfusion is strongly linked to local neuronal activity, this technique allows the whole-brain 3D mapping of task-induced regional activation as well as resting-state functional connectivity, non-invasively, with unmatched spatio-temporal resolution and operational simplicity. In comparison with fMRI (functional magnetic resonance imaging), a main advantage of fUS imaging consists in enabling a complete compatibility with awake and behaving animal experiments. Moreover, fMRI brain mapping in mice, the most used preclinical model in Neuroscience, remains technically challenging due to the small size of the brain and the difficulty to maintain stable physiological conditions. Here we present a simple, reliable and robust protocol for whole-brain fUS imaging in anesthetized and awake mice using an off-the-shelf commercial fUS system with a motorized linear transducer, yielding significant cortical activation following sensory stimulation as well as reproducible 3D functional connectivity pattern for network identification.

This protocol describes the quantification of volumetric cerebral hemodynamic variations in the mouse brain using functional ultrasound (fUS). Procedures for 3D functional activation map following sensory stimulation as well as resting-state functional connectivity are provided as illustrative examples, in anesthetized and awake mice.

3D-Aktivierung des gesamten Gehirns und funktionelle Konnektivitätskartierung bei Mäusen mit transkranieller funktioneller Ultraschallbildgebung

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ...

Verhaltenstestbatterie zur Bewertung neurotoxischer Wirkungen bei adulten Zebrafischen

Neurotoxicity Assessment in Adult Danio rerio using a Battery of Behavioral Tests in a Single Tank

The presence of neuropathological effects proved to be, for many years, the main endpoint for assessing the neurotoxicity of a chemical substance. However, in the last 50 years, the effects of chemicals on the behavior of model species have been actively investigated. Progressively, behavioral endpoints were incorporated into neurotoxicological screening protocols, and these functional outcomes are now routinely used to identify and determine the potential neurotoxicity of chemicals. Behavioral assays in adult zebrafish provide a standardized and reliable means to study a wide range of behaviors, including anxiety, social interaction, learning, memory, and addiction. Behavioral assays in adult zebrafish typically involve placing the fish in an experimental arena and recording and analyzing their behavior using video tracking software. Fish can be exposed to various stimuli, and their behavior can be quantified using a variety of metrics. The novel tank test is one of the most accepted and widely used tests to study anxiety-like behavior in fish. The shoaling and social preference tests are useful in studying the social behavior of zebrafish. This assay is particularly interesting since the behavior of the entire shoal is studied. These assays have proven to be highly reproducible and sensitive to pharmacological and genetic manipulations, making them valuable tools for studying the neural circuits and molecular mechanisms underlying behavior. Additionally, these assays can be used in drug screening to identify compounds that may be potential modulators of behavior.
We will show in this work how to apply behavioral tools in fish neurotoxicology, analyzing the effect of methamphetamine, a recreational drug, and glyphosate, an environmental pollutant. The results demonstrate the significant contribution of behavioral assays in adult zebrafish to the understanding of the neurotoxicological effects of environmental pollutants and drugs, in addition to providing insights into the molecular mechanisms that may alter neuronal function.

Autor im Rampenlicht: Bewertung umwelt- und arzneimittelinduzierter Verhaltensänderungen bei adulten Zebrafischen 

Here, we present a comprehensive behavioral test battery, including the novel tank, Shoaling, and social preference tests, to effectively determine the potential neurotoxic effects of chemicals (e.g., methamphetamine and glyphosate) on adult zebrafish using a single tank. This method is relevant to neurotoxicity and environmental research.

Bewertung der Neurotoxizität bei erwachsenem Danio rerio mit einer Reihe von Verhaltenstests in einem einzigen Tank

The presence of neuropathological effects proved to be, for many years, the main endpoint for assessing the neurotoxicity of a chemical substance. ...

Hochpräzise TUS: Planung und Ausführung mit akustischen und thermischen Simulationen

Pipeline for Planning and Execution of Transcranial Ultrasound Neuromodulation Experiments in Humans

Transcranial ultrasound stimulation (TUS) is an emerging non-invasive neuromodulation technique capable of manipulating both cortical and subcortical structures with high precision. Conducting experiments involving humans necessitates careful planning of acoustic and thermal simulations. This planning is essential to adjust for bone interference with the ultrasound beam's shape and trajectory and to ensure TUS parameters meet safety requirements. T1- and T2-weighted, along with zero-time echo (ZTE) magnetic resonance imaging (MRI) scans with 1 mm isotropic resolution, are acquired (alternatively computed tomography x-ray (CT) scans) for skull reconstruction and simulations. Target and trajectory mapping are performed using a neuronavigational platform. SimNIBS is used for the initial segmentation of the skull, skin, and brain tissues. Simulation of TUS is carried over with the BabelBrain tool, which uses the ZTE scan to produce synthetic CT images of the skull to be converted into acoustic properties. We use a phased array ultrasound transducer with electrical steering capabilities. Z-steering is adjusted to ensure that the target depth is reached. Other transducer configurations are also supported in the planning tool. Thermal simulations are run to ensure temperature and mechanical index requirements are within the acoustic guidelines for TUS in human subjects as recommended by the FDA. During TUS delivery sessions, a mechanical arm assists in the movement of the transducer to the required location using a frameless stereotactic localization system.

Autor im Rampenlicht: Advancing Human Brain Modulation - Optimierte Protokolle für transkranielle Ultraschallstimulationsexperimente

Transcranial ultrasound stimulation (TUS) is an emerging non-invasive neuromodulation technique that requires careful planning of acoustic and thermal simulations. The methodology describes an image processing and ultrasound simulation pipeline for efficient, user-friendly, streamlined planning for human TUS experimentation.

Pipeline für die Planung und Durchführung von transkraniellen Ultraschall-Neuromodulationsexperimenten am Menschen

Transcranial ultrasound stimulation (TUS) is an emerging non-invasive neuromodulation technique capable of manipulating both cortical and subcortical ...