הערכת Lateralization מוחין אצל ילדים באמצעות אולטראסאונד דופלר פונקציונלית Transcranial (fTCD)

Summary

פונקציונלית transcranial sonography דופלר (fTCD) היא טכניקה אולטרסאונד פשוטה ולא פולשנית אשר ניתן להשתמש בהם כדי להעריך את lateralization של תפקודים קוגניטיביים, ובמיוחד השפה, הוא מתאים לשימוש עם ילדים.

Abstract

ישנן שאלות רבות ללא מענה על lateralization מוחין. בפרט, עדיין לא ברור מה היבטים של שפה ויכולת מילולית הם lateralized, אם קיימים חסרונות הקשורים דפוסים טיפוסיים של lateralization מוחין, והאם lateralization מוחי מתפתחת עם הגיל. בעבר, החוקרים מעוניינים השאלות הללו נטו להשתמש handedness כאמצעי Proxy עבור lateralization מוחין, אבל זו אינה משביעת רצון, משום handedness הוא רק אינדיקטור חלש והעקיפות של צדדים של תפקודים קוגניטיביים ^1. שיטות אחרות, כגון fMRI, הם יקרים עבור מחקרים בקנה מידה גדול, ולא תמיד אפשרי עם ילדים ^2.

כאן נתאר את השימוש הפונקציונלי אולטרסאונד דופלר transcranial (fTCD) כשיטה, חסכונית לא פולשנית ואמינה בהערכת lateralization מוחין. ההליך כרוך מדידת זרימת הדם בעורק המוח האמצעי באמצעות בדיקה אולטרסאונד ממוקם ממש מול האוזן. העבודה שלנו מבוססת על עבודה של רונה Aaslid, שהיה שותף TCD הציג בשנת 1982, סטפן Knecht, מיכאל Deppe ועמיתיהם באוניברסיטת מינסטר, שהיה חלוץ השימוש מדידות סימולטני של שמאל ועל ימין באמצע זרימת דם בעורק מוחי, ו פיתח שיטה של ​​תיקון לפעילות פעימות הלב. זה אפשר לראות עלייה ברורה בזרם של צד שמאל דם במהלך דור השפה, עם lateralization להסכים גם עם זה להשיג בשיטות אחרות ^3.

עורק המוח האמצעי יש שטח רחב מאוד של כלי הדם (ראה תרשים 1) ושיטת אינו מספק מידע שימושי על לוקליזציה בתוך האונה. הניסיון שלנו מראה כי הוא רגיש במיוחד משימות לערב הפקת דיבור מפורש או משתמע. המשימה "תקן הזהב" הוא דור המילה המשימה (למשל, לחשוב כמו מילים רבות ככל שתוכל המתחילות ב 'את המכתב) ^4, אבל זה לא מתאים לילדים צעירים ואחרים עם כישורי אוריינות מוגבלת. לעומת שיטות הדמיה אחרות במוח, fTCD אינו מושפע יחסית על ידי חפצים תנועה מלדבר, ולכן אנו מסוגלים לקבל תוצאה אמינה ממשימות שכוללות תמונות המתאר בקול ^5,6. בהתאם לכך, פיתחנו משימה ילד ידידותי זה כרוך מסתכל, קטעי וידיאו, כי לספר סיפור, ולאחר מכן לתאר מה שראה.

Protocol

1. שימוש fTCD להעריך Lateralization שפה אצל ילדים

1. איפה אפשרי, אנו להכיר את הילד עם תמונות המציגה דמויות מסיפורי וידאו בפגישה נפרדת לפני מציגה אותם דופלר המערכת.
2. חשוב כי הנוהל כולל ניסויים מספיק כדי לקבל מידה אמין: באופן אידיאלי 20 או יותר, אם כי השגנו מידע שימושי עם כמה כמו 10-15 ניסויים. כל ניסיון כרוך תקופה של רגיעה, כדי לשמש כבסיס, ואחריו הפעלת השפה. מהירות זרימת הדם במהלך תקופת ההפעלה מושווה הבסיס. מצאנו כי ניתן לנצל את התקופה בעוד הילד פסיבי שעונים קליפ 12 בסרטון השני כבסיס. זה עוזר להימנע משעמום. הבסיס הוא ואחריה תקופה של 10 תגובה השניה בה הילד מתבקש לתאר את מה שקרה. זה ואחריו תקופת 16 מנוחה השני.
3. העיתוי של ההליך הוא חשוב על מנת לזהות שינויים מהירות זרימת הדם עקב דרישות מטבוליות, אשר עשוי להימשך עד 7 שניות. אנו משתמשים משימות ממוחשבות, שנכתב מצגת או Matlab, אשר פקד את התזמון של כל ניסוי. אנושות, תוכניות אלה גם לשלוח פולסים בחומרה אשר רשומות סמן בקובץ דופלר הנתונים מצביעים על תחילתה של תקופת ההפעלה. אלה משמשים בניתוח נתונים כדי לקבוע תקופות של הבסיס ואת זרימת הדם ההפעלה.
4. אנו משתמשים במערכת Multi-DOP המאפשר להקליט סאונד מכל הכיוונים על ימין ועל שמאל בו זמנית. זה הכי טוב שיש מערכת Multi-DOP להגדיר ומוכנה ללכת לפני משתתף מגיע. ודא בדיקות מחוברים למערכת Multi-DOP לפני הפעלת המכשיר. בדוק את המחשב גירוי מחוברת, באמצעות יציאה מקבילית, למחשב Multi-DOP וקטניות מאחד נתפסים על אחרים. ודאו כי המסנן highpass מוגדר 300 הרץ לשני הצדדים לבדוק את עומק insonation (45-55 מ"מ) ואת הכוח של האות. המערכת כוללת סט מגבלות על פרמטרים שונים על מנת להבטיח רק רמות בטוחות ניתן להשתמש.
5. קוד משתתף יש לרשום הקבצים Multi-DOP נתונים כדי מצב, קבוצה או נתונים דמוגרפיים תואמים.
6. המערכת צריכה להיות ואז עצר בזמן הכנת בדיקות. כל בדיקה אולטרה סאונד מכוסה ג'ל המספק מגע בין החללית לבין העור. השתמש כמות נדיבה של ג'ל כדי לשמור על הקשר הטוב ביותר האפשרי.
7. עכשיו הגיע הזמן להתחיל בהפעלה. בדוק אם הילד צריך ללכת לשירותים לפני תחילת! אנו מדגימים את האוזנייה באמצעות חיות צעצוע, וודאו כי הילד מבין על מה הולך לקרות ומה הם יתבקשו לעשות. זה חשוב במיוחד כי הם מבינים את הצורך לשמור על שקט לאחר תקופת ההפעלה, כך האות יכול לחזור הבסיס. ילדים צריכים לשבת בנוחות כמו משימה מלא יכולה להימשך בין 20 ל -30 דקות והרבה תנועות הגוף ברוטו יכולים להפריע לאות דופלר.
8. החלק הקשה ביותר של ההליך הוא המיקום של ג'ל מכוסה בדיקות. משתמשים חדשים צריכים להיות מודעים לכך שזה לוקח בפועל להיות מומחה בחלק זה של התהליך. יש הדמיית מחשב שימושי ידי רונה Aaslid שיכולים לעזור עם הדרכה
   ( http://www.transcranial.com/ ), אך הדרך הטובה ביותר ללמוד היא על ידי תרגול על חברים ועמיתים לעבודה. ברגע שיש לך הערכה על 10 אנשים, אתה תתחיל למצוא אותו הרבה יותר קל. דבר אחד טוב על העבודה עם ילדים היא שזה בדרך כלל קל יותר למצוא אות מילד יותר מבוגר, כי יש להם גולגלות רזה.
9. כל בדיקה ממוקם ליד החלון הזמני של הגולגולת בכל צד של הראש. זהו החלק הדק של העצם בראש מספק את השטח הטוב ביותר שדרכו האות ניתן להשיג את עורקי המוח האמצעי. חלונות אלו ניתן למצוא רק קדימה של כל אוזן. כאשר עובדים עם ילדים, זה יכול לעזור להפחית את זמן הגדרת אם יש לך שני הנסיינים, אחד התאמת כל בדיקה. רוב הילדים שמחים לצפות ב-DVD במהלך חלק זה של ההליך, אך חשוב לעקוב אחר התנהגות הילד ולוודא שהם רגועים ונינוחים. לסיים את הפגישה אם הילד מבקש זה או אם יש סימן של מצוקה.
10. המיקום של בדיקות מותאם אז כדי insonate עורק המוח האמצעי. זה עלול לקחת כמה דקות לפני אות משביע רצון נמצא. האות הזה יש צליל אופייני, כמו גם תבנית ויזואלית שאמורה להיות במעקב מהמחשב Multi-DOP.
11. הצליל האופייני הוא רעש שריקה נמוכה של קצב פעימות הלב של המשתתף. התבנית החזותית האופיינית היא עלייה חדה בעקבות נפילת דעיכה מעריכית את אשר גם חוזר בשיעור של להכות את הלב. אתה יכול להרים פעילות מכלי דם אחרים, בהתאם את עומק insonation ואת הכיוון של החללית. בעומק של כ 45 עד 50 מ"מ בדרך כלל עובד גם אצל ילדים. לאחר איתות חזק כבר נמצא, לצמצם את כוח ככל האפשר, תוך שמירה על איתות טוב. רווח יכול גם להיות מוגבר כדי להגביר אות חלש.
12. לאחר האותות עבור כל עורק המוח האמצעי הם משביעי רצון, פלט השמע של האות Multi-DOP צריך להיות מורד, ואת ההליך יכול להתחיל. הנסיין מסביר לילד כי הם עומדים לצפות וידאו קליפ בשקט. כשהם רואים את סימן השאלה לבוא במחשב הם צריכים לספר את הניסוי ככל שהם יכולים על מה שקרה הווידאו. כשהם רואים את התמונה של הילד הולך "ששש" הם צריכים להפסיק לדבר מיד לשבת בשקט לחכות וידאו הבא כדי להתחיל (ראה איור 2 ו. דוגמאות avi).
13. מכשירי הקלטה הם נכתבו לאחר מכן, כלומר, רשמקול לתגובות שמיעתי, יחד עם הקלטה Multi-DOP המערכת, והמחשב השולט במצגת גירוי.
14. תפקידו של הנסיין לאחר מכן לעקוב אחר הילד אות דופלר כדי א) לוודא שהילד יהיה נוח להשתתף במשימה ב) להבטיח כי אות מתאים נשמר. האות דופלר הוא הרבה פחות רגישים לתנועה יותר מאשר אות ה-fMRI, אבל זה עדיין יכול להיות מופרת על ידי תנועות גוף ברוטו, או אם עובר בדיקה. אם האות הופך שיבשו באופן משמעותי, המחשב את התצוגה צריכה להיות עצר בדיקות לאפס כראוי. לפעמים זה עשוי להיות נחוץ כדי להחיל ג'ל יותר כדי לזכות מחדש אות משביע רצון. אנו מוצאים כי בדיקות של ילדים עובד הכי טוב אם הנסיין הוא אחראי לשמור על הילד משימה הקלטה מה שהם אומרים, ואת צגים אחרים את האות דופלר.
15. כאשר הליך הניסוי נגמר, ההקלטה Multi-DOP ניתן פסק בדיקות הסיר. כדאי לקבל קצת רקמות זמין כדי להסיר כל ג'ל עודף.
16. קבצי נתונים גולמיים מעובדים על מנת להשוות את האותות על ימין ועל שמאל דופלר. פיתחנו תוכנה משלנו Matlab המבוסס על שיטות שפותחו על ידי Deppe ^7. עיבוד זה כולל את הדגימה הנתונים ותיקון של תנודות בשל פעימות הלב. ניסויים יחיד אינם נכללים בניתוח אם ההפעלה ימינה או שמאלה מחוץ מגוון שצוין, בדרך כלל 70-130% של מהירות זרימת הדם בנקודת ההתחלה. הפעלת בניסויים אלה עשויה להיות מושפעת קשר בדיקה בעייתית. איור 3 מראה הפעלה יחסית בדיקה אותות לאות טובה, ואילו באיור 4, מראה מקרה שבו האות לאיבוד מדי פעם.
17. יחסית מהירות זרימת הדם בנקודת ההתחלה, הפעלת בערוץ הנכון מופחת מצד שמאל על מנת לחשב את ההבדל ההפעלה (ראה איור 5). המדד lateralization מחושב כממוצע של הפעלת את ההבדל עבור צד אחד או השני של ההבדל המקסימלי בתוך תקופה מוגדרת מראש של עניין. תקופה זו של הריבית 7-17 שניות לאחר תחילת הפקודה "לדבר", שמסומן על ידי סמן שנשלח מהמחשב להציג את הנתונים לקובץ Multi-DOP. כפי ההפעלה ההבדל הוא בערוצים מינוס שמאל ימין, מדדי lateralization חיובי לשקף lateralization שמאל שלילי לשקף צדק.

2. נציג תוצאות

איור 1:. המשטח החיצוני של האונה מוחין, מראה אזורים מסופק על ידי מעורקי ורוד הוא האזור המסופק על ידי עורק המוח האמצעי. (מתוך: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png )

איור 2:. מתווה סכמטי של הניסוי הניסוי עם וידאו 12 הבסיס השני, 10 מרווח התגובה השנייה, 16 שלב לנוח בתקופה השנייה הריבית לחישוב צדדים מתואר גם.

איור 3. הקלטת נתונים נקי של מהירות דופלר גלם (ס"מ / sec) עבור (אדום) ערוצי שמאל (כחול) וימינה דופלר 130-150 שניות במהלך הפעלה ניסיונית אחת. כל פולס נראה מתאים לקצב לב אחד. סמן אירוע המציין תחילת הגירוי המוצג ירוק.

איור 4. שיבשו נתונים הקלטה של מהירות דופלר גלם (ס"מ / sec) עבור (אדום) ערוצי שמאל (כחול) וימינה דופלר 400-450 שניות במהלך הפעלה ניסיונית אחת. סמן אירוע המציין תחילת הגירוי המוצג ירוק. ראיות משמעותיות של נשירה גלויה עבור שני הערוצים.

ftp_upload/2161/2161fig5.jpg "alt =" איור 5 "/>
איור 5. שמאל (כחול) וימינה (אדום) בממוצע ערוץ (לוח א ') וההבדל מינוס שמאל לימין (לוח ב') מהירות דופלר (ס"מ / sec) בכל הניסויים מקובל לקבוצה של משתתפים. המשתתפים רמז "לדבר" על 12 שניות תקופת הריבית לצורך חישוב צדדים מתואר גם בירוק. ברים שגיאה האפור המקיף את מהירות ההבדל בלוח B מייצגים את שגיאת התקן של הממוצע.

אבי דוגמאות: רצפי וידאו לספר את הסיפור "Freezefoot" ניתן להוריד מאתר: http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm

Discussion

כמו גם ללמוד התפתחות נורמלית, היינו באמצעות fTCD ללמוד lateralization שפה אצל מבוגרים וילדים עם הפרעות התפתחותיות של השפה והאוריינות ^{8, 9.} אנו מעוניינים גם בפיתוח שיטות של שימוש fTCD להערכת lateralization של visuo מרחבית ויכולות ^{10, 11.}

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Multi-Dop T with Upgrade to 2 Channel MultiFlow Monitoring	Compumedics	5610 EN	soon to be superseded by digital version
Headset	Spencer Technologies, 701–16th Avenue, Seattle,WA 98122