עבודה זו נתמכה על ידי מענקים LAP (PI): המכונים הלאומיים לבריאות R21 HD50558, הוענק 2005-07; הלאומי Institutes of Health R01 HD045822, הוענק 2004-09, דנה קרן גרנט, הוענק 2004-06; קרן קנדה עבור חדשנות (&quot;CFI&quot; מענק), הוענק 2008-2012: המחקר אונטריו קרן גרנט, העניק 2008-2012.

חלק 1: לפני משתתף להגיע למעבדה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא כי החדר ללא מאמרים זרים שעשויים להיות להסיח למשתתף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקמה עומס פרוטוקול הניסוי על מערכת Hitachi ETG-4000 fNIRS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקמה פרדיגמה ניסויית שלך. פרדיגמות ניסיוני ניתן לתכנת עם תוכנת מצגת שונים, לרבות, Psyscope Eprime, מצגת או ארגז כלים פסיכולוגיה מבוסס Matlab. כאן אנו משתמשים בארגז הכלים Matlab פסיכולוגיה מבוסס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תזמון הוא המפתח לניתוח נתונים, ובכך הפרדיגמה הניסוי חייב להיות מתוזמן היטב עם איסוף הנתונים. Hitachi fNIRS ETG-4000 יש מפעילה יכולות, המאפשר פרדיגמה ניסויית כדי לעורר את איסוף הנתונים או להיפך. מבחן מפעילה תוכנית מצגת מתוך fNIRS Hitachi ETG-4000. מפעילה ניתן לעשות זאת באמצעות במקביל, סדרות, או יציאות USB. כאן אנחנו מראים מפעילה דרך היציאה המקבילית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני תחילת המחקר fNIRS חשוב לנהל רקע הקרנת משתתף. Petitto במעבדה, אנו עורכים הקרנת רקע בכך המשתתפים או הוריהם למלא לימוד המתאימים שאלונים סטנדרטיים 29. </li></ol> משתתף מגיעה <ol start="6" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשוב לקיים את הישיבה ולנהוג המשתתפים באופן מקצועי. המשתתף או ההורים של המשתתפים / האפוטרופוסים החוקיים חייב לחתום על טופס הסכמה לפני שהניסוי יתחיל. זה חיוני כדי להודות משתתף בפעם שלהם הניסויים האלה חשוב ומרגש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשתתף יושב בנוחות קרוב לחדר fNIRS הבדיקה. משתתף התינוק יכול לשבת על הברכיים של ההורה. </li></ol> חלק 2: הצבת Optodes &amp; באמצעות מערכת 10-20 מרכיב נוסף של שיטת ניתוח המאפשרת פרשנות עקבית הנתונים הוא סטנדרטיזציה של פרוטוקול הקלטה fNIRS. זה כרוך optode מיקום, מיקום משתתף, מפעילה של תוכנות מצגת גירוי. גם מיקום מדויק נוירו אנטומיים של בדיקות ואישור של אזורים של עניין (ROIs) מושגות באמצעות מערכת 10-20 3,4,30. יתר על כן, stereotactic לוקליזציה של המערך בדיקה אושרה על הגולגולת של המשתתף שכיסה על ידי מעקב אחר מידע 3D ממערכת מהיר TRAK Polhemus על סריקה אנטומי שיתוף רישום MRI של המשתתף שנערך עם קפסולות ויטמין E להציב במקום כל בדיקה 3,4. מיקום אופטימלי משתתף מעורב הצבת המשתתפים בנוחות על כורסה נפתחת, עם סיבים אופטיים תלויות ברפיון ללא מגע עם הגוף או כיסא. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המדידות ראש הבאים נלקחים עם סרט מדידה ואת הכתב בגיליון נתונים המשתתפים: <ul style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Nasion כדי Inion סביב </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Nasion כדי Inions מעל </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאוזן מעל </li></ul></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלטת כירורגי יכול לשמש כדי לסמן מיקומים יעד ספציפי. בניסוי זה נציין FP, T3/T4, F8/F7 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערכים Optode מונחות על ראשו של המשתתפים עם optodes ספציפי עגנה 10-20 נקודות לפי הוראות לענין הניסוי. </li></ol> חלק 4: בדיקת מערך Optode <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבוא ETG ממשק GUI-4000 Hitachi בדיקה ובדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיקת האות: optodes לאחר ממוקמות על הקרקפת של המשתתפים, איכות האות נבדק. אם optode אין איתות ברור, חוקרים בעדינות להסיר שיער מחיבור של optode ואת הקרקפת. בהזדמנות optodes ייתכן שיהיה צורך ניגב עם ספוגית אלכוהול. </li></ol> חלק 5: להפעיל את הניסוי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפחות שני הנסיינים חייבים להיות תמיד נוכח בחדר, אחד התבוננות Hitachi fNIRS ETG-4000 בזמן אמת הקריא והשני התבוננות משתתף. לאחר מצלמת וידאו התמקדו משתתף מומלץ מאוד עבור פוסט הוק תצפיות. היתרון של Hitachi fNIRS ETG-4000 היא אות וידאו fNIRS הם synched ושיתוף רשום. יומן המכיל את כל המידע הרלוונטי וקבצים שנוצר נשמר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש ומבוססת שיטות של בניית פרדיגמות hemodynamic ניסיוני, כלומר בלוק עיצוב אירועים הקשורים עיצובים. לקבלת תיאור מלא יותר עיין במאמר סקירה האחרונות 31. </li></ol> חלק 6: ניתוח לאחר שכל הנתונים נאספו, המשתתף הוא הודה בפעם שלהם והנכונות להשתתף עוזב את המעבדה. כמו ניתוח לא נעשה על Hitachi fNIRS ETG-4000, כמו, במקום, הנתונים מיוצאים מחשב ניתוח. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרה מ μV אל ריכוזי המוגלובין. כמו ערכים הנחתה הגלם נאספים הנחתה של עוצמת הלייזר (כפי שנמדד μV), ערכים אלו חייבים להיות מומרים valu המוגלובין מחומצן ו deoxygenatedes. זה נעשה באמצעות שינוי באר למברט המשוואה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> היישום של שינויים באר למברט מתנהל בשני שלבים. תחת ההנחה כי פיזור הוא קבוע לאורך הדרך, תחילה הנחתה עבור כל אורך גל (ΔA λ (t)) מחושב על ידי השוואת צפיפות אופטית של עוצמת האור במהלך המשימה (משימה אני) לקו הבסיס מחושב של האות ( אני ההתחלה). הערכים ΔA על הגל כל נקודת זמן שנדגמו (t) כדי לפתור את שונה באר למברט המשוואה. <table border="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> משוואה 1 <img style="float:left;" src="/files/ftp_upload/1268/eq1.jpg" alt="המשוואה 1" /></td><td> משוואה 2 <img style="float:left;" src="/files/ftp_upload/1268/eq2.jpg" alt="המשוואה 2" /></td></tr></tbody></table></li></ol> λ ∈ deoxy 1, λ ∈ oxy 1, 2 λ ∈ deoxy ו 2 λ ∈ oxy הם קבועים עבור מקדמי הכחדה כי למדוד את שבריר של אור איבד קליטה לכל יחידת מרחק הריכוז ברקמה. Deoxy כתוצאה C ו-C הם ערכים oxy ריכוזי המוגלובין מחומצן ו deoxygenated עבור כל t. חלק 7: תוצאות נציג תגובה אופיינית תוצאות hemodynamic מאפיינים מובחנים מספר. בתגובה oxy-המוגלובין, יש תחילה לטבול אופייני. טבילה זו מתרחשת כאשר אזור של נוירונים מפעיל ו מכלה את החמצן זמין. כפי מגביר את זרימת הדם, נושאת המוגלובין מחומצן, התגובה oxy-המוגלובין עולה במהירות מעל רמות הבסיס הראשוני לרמה של מצב יציב. כאשר האזור הוא כבר לא מופעל, oxy-המוגלובין דועך תגובה על 12-15 שניות הבאה לאט טיפות חזרה לרמות הבסיס. יש מדי פעם אזריק המתרחשת לפני התגובה hemodynamic לחזור לרמות הבסיס הראשוני. תוצאות גרועות הם בדרך כלל בצורה של optodes לא יושב כמו שצריך על הקרקפת או תנועה מוגזמת. אלו סוגים של רעש - נקרא, &quot;Flatling&quot; - ניכרים האות כמו הערכים microvolt להרוות ומספר ערוצים שונים, להעביר גם oxy ו deoxy התגובה באופן מתואם. הפגנה: טלטול סיבים אופטיים. ניתוחים סטטיסטיים: oxy לחלץ deoxy-המוגלובין ערכים עבור כל ערוץ, עבור כל משתתף עבור כל משימה לאחר מכן ניתן להגיש ניתוח סטטיסטי קונבנציונאלי, לרבות t-בדיקות, ANOVAs, מתאמים וכו &#39;

<ol>
	<li>Quaresima, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> J. Biomed. Opt. 10, 11012-11012 (2005).</li><li>Watanabe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Neurosci. Lett. 256, 49-52 (1998).</li><li>Kovelman, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NeuroImage. 39, 1457-1471 (2008).</li><li>Kovelman, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Brain and Language. , (2008).</li><li>Bortfeld, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Developmental Neuropsychology. 34, 52-65 (2009).</li><li>Petitto, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Cambridge Companion to Chomsky. , (2005).</li><li>Berens, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> , (2009).</li><li>White, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> , (2008).</li><li>Dubins, 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> , (2009).</li><li>Dubins, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Society for Research in Child Development. , (2009).</li><li>Dubins, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NeuroImage. , (2009).</li><li>Ehlis, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> J. Biol. Psychol. 69, 315-331 (2005).</li><li>Petitto, L. A., Fischer, K., Battro, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Educated Brain. , (2008).</li><li>Pena, 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> Proc Natl. Acad. Sci. U. S. A.. 100, 11702-11705 (2003).</li><li>Baird, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NeuroImage. 16, 1120-1125 (2002).</li><li>Taga, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Proc. Nat.l Acad. Sci. U. S. A. 100, 10722-10727 (2003).</li><li>Wilcox, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dev. Science. 11, 361-370 (2008).</li><li>Otsuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NeuroImage. 34, 399-406 (2007).</li><li>Watanabe, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NeuroImage. 43, 346-357 (2008).</li><li>Kameyama, 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> NeuroImage. 29, 172-184 (2006).</li><li>Arai, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Brain. Cogn.. 61, 189-194 (2006).</li><li>Grignon, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cognitive and Behavioral Neurology. 21, 41-45 (2008).</li><li>Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Neuroimage. 23, S275-S288 (2004).</li><li>Aslin, R. N., Mehler, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> J. of Biomed. Opt.. , 1-3 (2005).</li><li>Plichta, M. 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> NeuroImage. 35, 625-634 (2007).</li><li>Schroeter, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NeuroImage. 21, 283-290 (2004).</li><li>Jobsis, F. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Science. 198, 1264-1267 (1977).</li><li>Villringer, A., Chance, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Trends Neurosci. 20, 435-442 (1997).</li><li>Kovelman, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bilingualism: Language &#38; Cognition. 11, 203-223 (2008).</li><li>Jasper, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 10, 370-371 (1958).</li><li>Amaro, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Brain Cogn. 60, 220-232 (2006).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

במחקר זה הראינו את השימוש, הרומן הלא פולשנית fNIRS טכנולוגיית דימות מוח כדי לחקור את תפקוד המוח האנושי ביחס קוגניציה התפיסה האנושית. הדמיה fNIRS המוח עשוי לייצג את העתיד של הדמיה לא פולשנית המוח, בעיקר עם אוכלוסיות התינוק והילד, כי אולי יום אחד יהיו זמינים באופן נרחב במעבד...

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>ETG-4000</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Hitachi</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Matlab</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>The Mathworks</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Psychology toolbox</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

exploring cognitive functions in babies, children &amp; adults with near infrared spectroscopy

פיצוץ של פונקציונלי הקרוב אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (fNIRS) מחקרים חוקרת ההפעלה קליפת המוח ביחס לתהליכים קוגניטיביים גבוהים, כגון 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 שפה, זיכרון 11, ותשומת לב 12 היא מתנהלת מבוגרים מעורבים ברחבי העולם, ילדים ותינוקות 3,4,13,14,15,16,17,18,19 עם קוגניציה אופייניות ולא אופייניות 20,21,22. האתגר העכשווי של שימוש fNIRS עבור המוח הקוגניטיביים היא להשיג ניתוח שיטתי של נתונים כאלה כי הם לפירוש אוניברסלית 23,24,25,26, ובכך עשוי לקדם שאלות מדעיות חשובות בנוגע לארגון פונקציונלי מערכות עצביות הבסיסית קוגניציה גבוהות יותר אנושי. טכנולוגיות הדמייה קיימים יש רזולוציה בזמן או בחלל או פחות חזקים. Related אירוע הפוטנציאל מגנטו Encephalography (ERP ו MEG) יש פתרון זמני מצוין, בעוד טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים ו תהודה מגנטי תפקודי (PET ו fMRI) יש רזולוציה מרחבית טובה יותר. שימוש בלתי מייננת אורכי הגל של האור בטווח קרוב אינפרא אדום (700-1000 ננומטר), שם oxy-המוגלובין נספג מועדף על ידי 680 ננומטר deoxy-המוגלובין נספג מועדף על ידי 830 ננומטר (למשל, אכן, את אורכי הגל מאוד נכבד Hitachi fNIRS ETG-400 מערכת מאויר כאן), fNIRS הוא גם מתאים מחקרים של הכרה גבוהה כי יש לו גם פתרון זמני טוב (~ 5s) ללא שימוש קרינה ברזולוציה מרחבית טובה (~ 4 ס&quot;מ עומק), וכן לא לדרוש מהמשתתפים להיות במבנה סגור 27,28. המשתתפים בפעילות קליפת המוח ניתן להעריך תוך כדי ישיבה נוחה על כיסא רגיל (מבוגרים, ילדים), או אפילו לשבת על הברכיים של אמא (תינוקות). יש לציין, NIRS הוא נייד ייחודי (בגודל של מחשב שולחני), שקט כמעט, יכולים לסבול תנועה המשתתפים עדין. זה בולט במיוחד למחקר העצבי של השפה האנושית, אשר דווקא הוא בתור אחד מרכיבי המפתח שלה את התנועה של הפה של הפקת דיבור או בידי בשפת הסימנים. הדרך שבה את התגובה hemodynamic הוא מקומי על ידי מערך של גלאי לייזר emitters. Emitters פולטים אור בעוצמה ידועה בלתי מייננת תוך גלאי לזהות את הסכום מוחזר מפני השטח של קליפת המוח. ביחד קרוב optodes, כך גדל ברזולוציה מרחבית, בעוד מזו optodes, את יותר עומק החדירה. עבור HITACHI fNIRS ETG-4000 מערכת אופטימלית חדירה / ההחלטה מערך optode מוגדר 2cm. המטרה שלנו היא להוכיח השיטה שלנו של רכישת וניתוח נתונים fNIRS לסייע לתקנן את השדה ולאפשר שונים fNIRS מעבדות ברחבי העולם יש רקע משותף.

Watch this Scientific Journal Video about Exploring Cognitive Functions in Babies, Children & Adults with Near Infrared Spectroscopy at JoVE.com

Exploring Cognitive Functions in Babies, Children &amp; Adults with Near Infrared Spectroscopy

כאן אנו מתארים איסוף נתונים וניתוח נתונים עבור שיטה תפקודית ליד ספקטרוסקופית אינפרא אדום (fNIRS), הדמיה חדשנית ולא פולשנית המוח מערכת המשמשים המוח הקוגניטיביים, בעיקר לומד המוח התפתחות הילד. שיטה זו מספקת תקן אוניברסלי של רכישת נתונים וניתוח חיוני בפרשנות הנתונים הגילוי המדעי.

היכרות עם תפקודים קוגניטיביים אצל תינוקות, ילדים &amp; מבוגרים עם ספקטרוסקופית אינפרא אדום הקרוב

An explosion of functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) studies investigating cortical activation in relation to higher cognitive processes, such as ...

exploring-cognitive-functions-babies-children-adults-with-near

Research

JoVE Journal

Biology

20.4K Views.  University of Michigan, Ann Arbor. כאן אנו מתארים איסוף נתונים וניתוח נתונים עבור שיטה תפקודית ליד ספקטרוסקופית אינפרא אדום (fNIRS), הדמיה חדשנית ולא פולשנית המוח מערכת המשמשים המוח הקוגניטיביים, בעיקר לומד המוח התפתחות הילד. שיטה זו מספקת תקן אוניברסלי של רכישת נתונים וניתוח חיוני בפרשנות הנתונים...

Video: Exploring Cognitive Functions in Babies, Children & Adults with Near Infrared Spectroscopy

Recordings of Neural Circuit Activation in Freely Behaving Animals

The relationship between patterns of neural activity and corresponding behavioral expression is difficult to establish in unrestrained animals. Traditional non-invasive methods require at least partially restrained research subjects, and they only allow identification of large numbers of simultaneously activated neurons. On the other hand, small ensembles of neurons or individual neurons can only be measured using single-cell recordings obtained from largely reduced preparations. Since the expression of natural behavior is limited in restrained and dissected animals, the underlying neural mechanisms that control such behavior are difficult to identify. 
Here, I present a non-invasive physiological technique that allows measuring neural circuit activation in freely behaving animals. Using a pair of wire electrodes inside a water-filled chamber, the bath electrodes record neural and muscular field potentials generated by juvenile crayfish during natural or experimentally evoked escape responses. The primary escape responses of crayfish are mediated by three different types of tail-flips which move the animals away from the point of stimulation. Each type of tail-flip is controlled by its own neural circuit; the two fastest and most powerful escape responses require activation of different sets of large &#8220;command&#8221; neurons. In combination with behavioral observations, the bath electrode recordings allow unambiguous identification of these neurons and the associated neural circuits. Thus activity of neural circuitry underlying naturally occurring behavior can be measured in unrestrained animals and in different behavioral contexts.

Non-invasive measurements of neural activity patterns in freely behaving animals are obtained by combining neurophysiological recordings with high speed videography.

הקלטות של הפעלת מעגלים עצביים מתנהגת בחופשיות בעלי חיים

The relationship between patterns of neural activity and corresponding behavioral expression is difficult to establish in unrestrained animals. ...

Assembly, Tuning and Use of an Apertureless Near Field Infrared Microscope for Protein Imaging

This paper aims to instruct the reader in the assembly and operation of an infrared near-field microscope for imaging beyond the diffraction limit.  The apertureless near-field microscope is a light scattering-type instrument that provides infrared spectra at circa 20 nm resolution. A complete list of components and a step-by-step protocol for use is provided.  Common errors in assembly and instrument tuning are discussed.  A representative data set that shows the secondary structure of an amyloid fibril is presented.  

The assembly of a nearfield infrared microscope for imaging protein aggregates is described.

העצרת, כוונון ושימוש מיקרוסקופ שדה Apertureless קרוב אינפרא אדום עבור הדמיה חלבון

This paper aims to instruct the reader in the assembly and operation of an infrared near-field microscope for imaging beyond the diffraction limit.  The ...

Measurement Of Neuromagnetic Brain Function In Pre-school Children With Custom Sized MEG

Magnetoencephalography is a technique that detects magnetic fields associated with cortical activity [1]. The electrophysiological activity of the brain generates electric fields  - that can be recorded using electroencephalography (EEG)- and their concomitant magnetic fields  - detected by MEG. MEG signals are detected by specialized sensors known as superconducting quantum interference devices (SQUIDs). Superconducting sensors require cooling with liquid helium at -270 &deg;C. They are contained inside a vacumm-insulated helmet called a dewar, which is filled with liquid. SQUIDS are placed in fixed positions inside the helmet dewar in the helium coolant, and a subject's head is placed inside the helmet dewar for MEG measurements. The helmet dewar must be sized to satisfy opposing constraints. Clearly, it must be large enough to fit most or all of the heads in the population that will be studied. However, the helmet must also be small enough to keep most of the SQUID sensors within range of the tiny cerebral fields that they are to measure. Conventional whole-head MEG systems are designed to accommodate more than 90% of adult heads. However adult systems are not well suited for measuring brain function in pre-school chidren whose heads have a radius several cm smaller than adults. The KIT-Macquarie Brain Research Laboratory at Macquarie University uses a MEG system custom sized to fit the heads of pre-school children. This child system has 64 first-order axial gradiometers with a 50 mm baseline[2] and is contained inside a magnetically-shielded room (MSR) together with a conventional adult-sized MEG system [3,4]. There are three main advantages of the customized helmet dewar for studying children. First, the smaller radius of the sensor configuration brings the SQUID sensors into range of the neuromagnetic signals of children's heads. Second, the smaller helmet allows full insertion of a child's head into the dewar. Full insertion is prevented in adult dewar helmets because of the smaller crown to shoulder distance in children. These two factors are fundamental in recording brain activity using MEG because neuromagnetic signals attenuate rapidly with distance. Third, the customized child helmet aids in the symmetric positioning of the head and limits the freedom of movement of the child's head within the dewar. When used with a protocol that aligns the requirements of data collection with the motivational and behavioral capacities of children, these features significantly facilitate setup, positioning, and measurement of MEG signals.

The advent of MEG systems sized for young children opens important new opportunities to study brain development. The new system, together with a protocol that aligns experimental requirements with the capacities of children, can be used to study cognitive and language processes in healthy, awake children aged three to six.

מדידה של תפקוד המוח Neuromagnetic ב טרום בית ספר לילדים עם מג בגודל מותאם אישית

Magnetoencephalography is a technique that detects magnetic fields associated with cortical activity [1]. The electrophysiological activity of the brain ...

Method for the Assessment of Effects of a Range of Wavelengths and Intensities of Red/near-infrared Light Therapy on Oxidative Stress In Vitro

Red/near-infrared light therapy (R/NIR-LT), delivered by laser or light emitting diode (LED), improves functional and morphological outcomes in a range of central nervous system injuries in vivo, possibly by reducing oxidative stress. However, effects of R/NIR-LT on oxidative stress have been shown to vary depending on wavelength or intensity of irradiation. Studies comparing treatment parameters are lacking, due to absence of commercially available devices that deliver multiple wavelengths or intensities, suitable for high through-put in vitro optimization studies. This protocol describes a technique for delivery of light at a range of wavelengths and intensities to optimize therapeutic doses required for a given injury model. We hypothesized that a method of delivering light, in which wavelength and intensity parameters could easily be altered, could facilitate determination of an optimal dose of R/NIR-LT for reducing reactive oxygen species (ROS) in vitro.
Non-coherent Xenon light was filtered through narrow-band interference filters to deliver varying wavelengths (center wavelengths of 440, 550, 670 and 810nm) and fluences (8.5 x 10-3 to 3.8 x 10-1 J/cm2) of light to cultured cells. Light output from the apparatus was calibrated to emit therapeutically relevant, equal quantal doses of light at each wavelength. Reactive species were detected in glutamate stressed cells treated with the light, using DCFH-DA and H2O2 sensitive fluorescent dyes.&#160;
We successfully delivered light at a range of physiologically and therapeutically relevant wavelengths and intensities, to cultured cells exposed to glutamate as a model of CNS injury. While the fluences of R/NIR-LT used in the current study did not exert an effect on ROS generated by the cultured cells, the method of light delivery is applicable to other systems including isolated mitochondria or more physiologically relevant organotypic slice culture models, and could be used to assess effects on a range of outcome measures of oxidative metabolism.

Method for the Assessment of Effects of a Range of Wavelengths and Intensities of Red/near-infrared Light Therapy on Oxidative Stress In Vitro

Non-coherent Xenon light was passed through narrow-band interference and neutral density filters to deliver light of varying wavelength and intensity to cultured cells. This protocol was used to assess the effects of red/near-infrared light therapy on production of reactive species in vitro: no effects were observed using the tested parameters.

שיטה להערכת ההשפעות של טווח של אורכי גל ועוצמות של אדום / טיפול באור האינפרה-אדום קרוב בסטרס חמצוני<em&gt; במבחנה</em

Red/near-infrared light therapy (R/NIR-LT), delivered by laser or light emitting diode (LED), improves functional and morphological outcomes in a range of ...

Near Infrared (NIr) Light Increases Expression of a Marker of Mitochondrial Function in the Mouse Vestibular Sensory Epithelium

Strategies for attenuating decline in balance function with increasing age are predominantly focused on physical therapies including balance tasks and exercise. However, these approaches do not address the underlying causes of balance decline. Using mice, the impact of near infrared light (NIr) on the metabolism of cells in the vestibular sensory epithelium was assessed. Data collected shows that this simple and safe intervention may protect these vulnerable cells from the deleterious effects of natural aging. mRNA was extracted from the isolated peripheral vestibular sensory epithelium (crista ampullaris and utricular macula) and subsequently transcribed into a cDNA library. This library was then probed for the expression of ubiquitous antioxidant (SOD-1). Antioxidant gene expression was then used to quantify cellular metabolism. Using transcranial delivery of NIr in young (4 weeks) and older (8 - 9 months) mice, and a brief treatment regime (90 sec/day for 5 days), this work suggests NIr alone may be sufficient to improve mitochondrial function in the vestibular sensory epithelium. Since there are currently no available, affordable, non-invasive methods of therapy to improve vestibular hair cell function, the application of external NIr radiation provides a potential strategy to counteract the impact of aging on cellular metabolism inthe vestibular sensory epithelium.

Near Infrared NIr Light Increases Expression of a Marker of Mitochondrial Function in the Mouse Vestibular Sensory Epithelium

Mitochondrial dysfunction is a hallmark of cellular senescence. This paper uses non-invasive near-infrared (NIr) treatment to improve mitochondrial function in the aging mouse vestibular sensory epithelium.

קרוב אינפרא אדום (ניר) אור מגביר את הביטוי של דה מרקר של פונקצית מיטוכונדריאלי בעכבר שיווי המשקל החושי האפיתל

Strategies for attenuating decline in balance function with increasing age are predominantly focused on physical therapies including balance tasks and ...

Functional Reconstitution and Channel Activity Measurements of Purified Wildtype and Mutant CFTR Protein

The Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) is a unique channel-forming member of the ATP Binding Cassette (ABC) superfamily of transporters. The phosphorylation and nucleotide dependent chloride channel activity of CFTR has been frequently studied in whole cell systems and as single channels in excised membrane patches. Many Cystic Fibrosis-causing mutations have been shown to alter this activity. While a small number of purification protocols have been published, a fast reconstitution method that retains channel activity and a suitable method for studying population channel activity in a purified system have been lacking. Here rapid methods are described for purification and functional reconstitution of the full-length CFTR protein into proteoliposomes of defined lipid composition that retains activity as a regulated halide channel. This reconstitution method together with a novel flux-based assay of channel activity is a suitable system for studying the population channel properties of wild type CFTR and the disease-causing mutants F508del- and G551D-CFTR. Specifically, the method has utility in studying the direct effects of phosphorylation, nucleotides and small molecules such as potentiators and inhibitors on CFTR channel activity. The methods are also amenable to the study of other membrane channels/transporters for anionic substrates.

Described here is a rapid and effective procedure for functional reconstitution of purified wild-type and mutant CFTR protein that preserves activity for this chloride channel, which is defective in Cystic Fibrosis. Iodide efflux from reconstituted proteoliposomes mediated by CFTR allows studies of channel activity and the effects of small molecules.

מדידות הכינון פונקציונלי ופעילות הערוץ של מטוהרים wildtype וחלבון CFTR Mutant

The Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) is a unique channel-forming member of the ATP Binding Cassette (ABC) superfamily of ...

The ChIP-exo Method: Identifying Protein-DNA Interactions with Near Base Pair Precision

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is an indispensable tool in the fields of epigenetics and gene regulation that isolates specific protein-DNA interactions. ChIP coupled to high throughput sequencing (ChIP-seq) is commonly used to determine the genomic location of proteins that interact with chromatin. However, ChIP-seq is hampered by relatively low mapping resolution of several hundred base pairs and high background signal. The ChIP-exo method is a refined version of ChIP-seq that substantially improves upon both resolution and noise. The key distinction of the ChIP-exo methodology is the incorporation of lambda exonuclease digestion in the library preparation workflow to effectively footprint the left and right 5&#39; DNA borders of the protein-DNA crosslink site. The ChIP-exo libraries are then subjected to high throughput sequencing. The resulting data can be leveraged to provide unique and ultra-high resolution insights into the functional organization of the genome. Here, we describe the ChIP-exo method that we have optimized and streamlined for mammalian systems and next-generation sequencing-by-synthesis platform.

Here, we present a protocol to achieve near base pair resolution of protein-DNA interactions. This is obtained by exonuclease treatment of DNA fragments selectively enriched by chromatin immunoprecipitation (ChIP-exo) followed by high throughput sequencing.

שיטת שבב exo: זיהוי אינטראקציות חלבון-דנ&quot;א עם Precision סמוך לבסיס זוג

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is an indispensable tool in the fields of epigenetics and gene regulation that isolates specific protein-DNA ...

Production of Near-Infrared Sensitive, Core-Shell Vaccine Delivery Platform

Vaccine delivery strategies that can limit the exposure of cargo to organic solvent while enabling novel release profiles are crucial for improving immunization coverage worldwide. Here, a novel injectable, ultraviolet- curable and delayed burst release- enabling vaccine delivery platform called polybubbles is introduced. Cargo was injected into polyester-based polybubbles that were formed in 10% carboxymethycellulose -based aqueous solution. This paper includes protocols to maintain spherical shape of the polybubbles and optimize cargo placement and retention to maximize the amount of cargo within the polybubbles. To ensure safety, chlorinated solvent content within the polybubbles were analyzed using neutron activation analysis. Release studies were conducted with small molecules as cargo within the polybubble to confirm delayed burst release. To further show the potential for on-demand delivery of the cargo, gold nanorods were mixed within the polymer shell to enable near-infrared laser activation.

This article describes the protocols used to produce a novel vaccine delivery platform, &#34;polybubbles,&#34; to enable delayed burst release. Polyesters including poly(lactic-co-glycolic acid) and polycaprolactone were used to form the polybubbles and small molecules and antigen were used as cargo.

ייצור של פלטפורמת אספקת חיסונים רגישה כמעט לאפרה-אדום, Core-Shell

Vaccine delivery strategies that can limit the exposure of cargo to organic solvent while enabling novel release profiles are crucial for improving ...

Exploring Adipose Tissue Structure by Methylsalicylate Clearing and 3D Imaging

Obesity is a major worldwide public health issue that increases the risk to develop cardiovascular diseases, type-2 diabetes, and liver diseases. Obesity is characterized by an increase in adipose tissue (AT) mass due to adipocyte hyperplasia and/or hypertrophia, leading to profound remodeling of its three-dimensional structure. Indeed, the maximal capacity of AT to expand during obesity is pivotal to the development of obesity-associated pathologies. This AT expansion is an important homeostatic mechanism to enable adaptation to an excess of energy intake and to avoid deleterious lipid spillover to other metabolic organs, such as muscle and liver. Therefore, understanding the structural remodeling that leads to the failure of AT expansion is a fundamental question with high clinical applicability. In this article, we describe a simple and fast clearing method that is routinely used in our laboratory to explore the morphology of mouse and human white adipose tissue by fluorescent imaging. This optimized AT clearing method is easily performed in any standard laboratory equipped with a chemical hood, a temperature-controlled orbital shaker and a fluorescent microscope. Moreover, the chemical compounds used are readily available. Importantly, this method allows one to resolve the 3D AT structure by staining various markers to specifically visualize the adipocytes, the neuronal and vascular networks, and the innate and adaptive immune cells distribution.

Here, we describe a simple, inexpensive and fast clearing method to resolve the 3D structure of both mouse and human white adipose tissue using a combination of markers to visualize vasculature, nuclei, immune cells, neurons, and lipid-droplet coat proteins by fluorescent imaging.

חקר מבנה רקמת שומן על ידי ניקוי מתילסיילאט והדמיה תלת-ממדית

Obesity is a major worldwide public health issue that increases the risk to develop cardiovascular diseases, type-2 diabetes, and liver diseases. Obesity ...

Dissecting Mechanoenzymatic Properties of Processive Myosins with Ultrafast Force-Clamp Spectroscopy

Ultrafast force-clamp spectroscopy (UFFCS) is a single molecule technique based on laser tweezers that allows the investigation of the chemomechanics of both conventional and unconventional myosins under load with unprecedented time resolution. In particular, the possibility to probe myosin motors under constant force right after the actin-myosin bond formation, together with the high rate of the force feedback (200 kHz), has shown UFFCS to be a valuable tool to study the load dependence of fast dynamics such as the myosin working stroke. Moreover, UFFCS enables the study of how processive and non-processive myosin-actin interactions are influenced by the intensity and direction of the applied force.
By following this protocol, it will be possible to perform ultrafast force-clamp experiments on processive myosin-5 motors and on a variety of unconventional myosins. By some adjustments, the protocol could also be easily extended to the study of other classes of processive motors such as kinesins and dyneins. The protocol includes all the necessary steps, from the setup of the experimental apparatus to sample preparation, calibration procedures, data acquisition and analysis.

Presented here is a comprehensive protocol to perform ultrafast force-clamp experiments on processive myosin-5 motors, which could be easily extended to the study of other classes of processive motors. The protocol details all the necessary steps, from the setup of the experimental apparatus to sample preparation, data acquisition and analysis.

ניתוח תכונות מכנואנזימטיות של מיוסינים תהליכיים באמצעות ספקטרוסקופיית מהדק כוח מהירה במיוחד

Ultrafast force-clamp spectroscopy (UFFCS) is a single molecule technique based on laser tweezers that allows the investigation of the chemomechanics of ...