ברצוננו להודות מוצרים המוח GmbH לספק, את הציוד שלהם מומחיות לעזור. מחקר זה מומן על ידי משרד הפדרלית של הכלכלה והטכנולוגיה באמצעות מענק מטעם סוכנות החלל הגרמני (DLR) 50WB0819.

1. נוהל ניסיוני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על הכנת הקרקע לפני הטיסה - הכנה הנושא מתבצע בחדר נפרד בנמל התעופה. (1-2 שעות לפני מועד הטיסה) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרכבה את הכובע EEG / NIRS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניר אלקטרודות וחיישנים המחוברים לקרקפת באמצעות כובע EEG. שיטה זו מבטיחה את המיקום הנכון של החיישנים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגודל של המכסה נקבעת על ידי גודל של ראשו של נושא </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המפעיל מוודא של המיקום הנכון של הכובע. אלקטרודה CZ על הקודקוד (באמצע הדרך בין נקודת nasion ובצל), את PO9 PO10-FP1 ו-Fp2 האלקטרודות אופקי, כובע הוא סימטרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אלקטרודה קצב הלב ממוקם על החזה </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מזעור התנגדות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוצרים המוח אלקטרודות actiCAP מחוברים לתיבת הבקרה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כל אלקטרודה מכיל נוריות, אשר הופכים אדומים, כאשר מדידת עכבה הוא התחיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השיער הוא התרחק מהקצה של האלקטרודה עם מחט קהה שקצהו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הג&#39;ל מוזרק בין קצה האלקטרודה ואת פני השטח של העור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צבע לשנות את נוריות, כמו פוחתת עכבה. הצבע האדום הראשוני הופך צהוב, צהוב הופך ירוק, אם הערך עכבה המטרה מושגת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכבה היעד הוא 25 kOhm, מאז אלקטרודות פעיל לספק מזון טוב אות לרעש ערך נמוך בהרבה. לכן הכנת כובע היא מהירה ונוחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפעיל מתחיל לעבוד על האלקטרודות התייחסות הקרקע, חוזר לכל אלקטרודות אחרים. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביום הכנה טרום הטיסה הלוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום מדידות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נושאים ממוקמות לתוך הגדרת הניסוי, חגורות המושב מהודקים באופן רופף </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכבלים מחוברים, סוללות נטענים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפעיל מתחיל את מודול ה-EEG ו NIRS, שולט קישוריות איכות האות / NIRS EEG. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקלטה מנוחה EEG המדינה / NIRS. הנושאים אין לי שום משימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ההקלטה היא נעצרה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנבדקים לבצע את המשימה הקוגניטיבית על הקרקע. המשימה היא משימה קוגניטיבית תשומת לב / חישוב ( <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> ), שם נבדקים צריך לזהות את הצד הזה של המשוואה שהוא גדול יותר אחרים ביחס המהירות והדיוק. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחסון ציוד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המפעיל חנויות את המצלמה ואת iPhones להמראה. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במדידה טיסה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המפעיל עולה על וידאו המצלמה במעקה ומתחיל להקליט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> IPhones ממוקמות על הרגל העליונה של הנבדקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפעיל מתחיל את מודול ה-EEG ו NIRS, שולט על איכות האות / NIRS EEG, ומתחיל את ההקלטה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנבדקים לבצע את המשימה הקוגניטיבית במהלך שני בלוקים של חמישה פרבולות בין פרבולה 11-15 ו - 16-20. המשימות יבוצעו בסדר אקראי על המשקל או הכובד הרגילה. רק מנוחה EEG המדינה / NIRS נרשם במהלך 10 פרבולות הראשון. פרבולות האחרון ישמש במקרה של מדידות קודמות חסר (ראה תרשים 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המפעיל שולט הקלטה, מנחה את הנבדקים. המפעיל יהיה לרשום את כל תוצאות הבדיקות ושעות קוגניטיבי. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מדידת הקרקע שלאחר הטיסה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידה מנוחה EEG / NIRS המדינה מתבצעת. </li></ol></ol></li></ol> אנו מצפים למצוא הפעלה מוחית מוגברת במהלך משקל כפי שמוצג לפני (Schneider et. Al 2008 + 2009). בנוסף, אנו מצפים לראות כל כך רקמות חמצן מוגברת במוח חזיתית משקל ורקמות חמצן נמוך hypergravity. המשימה תשומת הלב אמורה להיות לקוי במשך כל הטיסה לעומת טיסה של לפני ואחרי, ואולי אפילו יותר משקל עקב הפעלת מרכזי עוררות גבוהה של חוסר משקל. 2. נציג תוצאות מיפוי המעבר משלב hypergravity כדי משקל הצלחנו לצפות בפעילות המוח מוגברת בקליפת המוח בקליפת המוח הקדמית וירידה בפעילות קליפת הזמני העורפית 2000 - 2350 מילישניות לאחר הופעת משקל (איור 2 א &#39;, ב). sLORETA מותר localizing זה הפעלה חזיתית מוגברת באזור Brodmann 9 של קליפת המוח הקדם חזיתית דורסולטרלי, אשר ידוע להיות מעורב פונקציות מנהלים עם שילוב של מידע חושי שינון במהלך ארגון תכנון המנוע, תקנה, (איור 3 א, ב). בנוסף, נושא 2, הראה גידול Brodmann אזור 6, קליפת premotor, אשר ממלא תפקיד הדרכה החושית במהלך ייצוב הגוף (ראה איור 3 ב). בממוצע לכל 10 פרבולות הראשון, ניתוח NIRS חשף ירד המוגלובין מחומצן (HHb) ריכוז של שני נושאים hypergravity וכן המוגלובין מחומצן מוגברת (O2Hb) ב משקל. עבור המוגלובין HHb ב 1 נושא מצאנו מגמה של עלייה לשלב hypergravity לפני משקל וכן ירידה במהלך משקל ואת השלב hypergravity אחרי משקל. ב O2Hb הנושא הזה חזר לקו הבסיס 10-15 שניות לאחר פרבולה. בנושא ניגוד 2 הראו עלייה קלה, יחד עם ירידה של O2Hb בשלב hypergravity לפני משקל, גידול במהלך משקל וירידה במהלך hypergravity אחרי משקל. עבור O2Hb הנושא הזה נשאר להיות ירידה של כ 30 שניות לאחר פרבולה (איור 4 א, ב) המשימה הקוגניטיבית הביאה עשרות ביצועים ירידה הן המשתתפים הכבידה הרגילה במהלך הטיסה לעומת ישיבה המכין. רק 2 נושא הראה ציון ירד weightlessnes (איור 5). <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig1.jpg" alt="איור 1" /> באיור 1. רצף טיסה Parabolic. סדר משימות מדידות במהלך הטיסה; מספר פרבולות מסומנים באפור, מספרים עם גרש לציין את משך ההפסקות יותר בין פרבולות. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2a.jpg" alt="איור 2a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2b.jpg" alt="איור 2b" /> איור 2 להציג מיפוי של שני נושאים על פרק זמן של 500 מילישניות לפני משקל (ב hypergravity) עד 2500 ms ב משקל. היא צפה מעל הראש; עיגולים קטנים מצביעים על עמדות אלקטרודה, מפחית צבע כחול וצהוב לעליות צבע אדום בפעילות electrocortical מיקרו וולט. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3a.jpg" alt="איור 3a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3b.jpg" alt="איור 3b" /> איור 3 שלוש תצוגות LORETA. (למעלה: מלמעלה, שמאל למטה: מצד שמאל, ימין למטה: מהחלק האחורי) של שני נושאים על פרק זמן של עד 2000 ms 2350 ms לאחר התפרצות של חוסר משקל. צבע אדום מציין פעילות מוחית מוגברת. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4a.jpg" alt="איור 4 א" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4b.jpg" alt="תרשים 4 ב" /> איור 4 עקבות NIRS (אדום: המוגלובין מחומצן, כחול: המוגלובין deoxygenated, שחור: רמת הכבידה). פני תקופה של פרבולה אחד מ 40 שניות לפני פרבולה בכבידה רגילה (1G: אזור צהוב), על השלב hypergravity הראשון (1.8 G: אזור כחול), משקל (0G: אזור אדום) ואת השלב hypergravity השני (1.8G: אזור כחול) עד ​​40 שניות לאחר פרבולה. רמת הכבידה מוצג הפוך (ירידה של זכר פירושו להגדיל הכובד החל מ 0 שווה הכבידה הרגילה (1G). הנתונים שמוצגים הם בממוצע מעל 10 פרבולות. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig5.jpg" alt="איור 5" /> איור 5. הציון ביצוע משימה קוגניטיבית של משתתף 1 (כחול זכר) ו -2 (אדום זכר) לאימונים המדידות לפני טיסה בטיסה של חוסר משקל (0G) ו הכבידה הרגילה (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>

ההפקה של מאמר זה מומן על ידי מוצרים המוח, GmbH. רולאן Csuhaj הוא עובד של מוצרים המוח, GmbH, המייצרת מכשיר המשמשים במאמר זה.

בשל חסר מוח שיטות הדמיה בתנאים קיצוניים עד כה התהליכים neurophysiological הבסיסית לירידת ביצועים קוגניטיביים ועל מצב נפשי לא נבדקו. במאמר זה הצלחנו להציג שינויים בפעילות המוח קליפת המוח ואת רמת חמצון במהלך טיסה פרבוליות ו למקם את השינויים הללו בתוך המוח באמצעות EEG בשילוב עם LORETA ו NIRS. כצפוי, מצאנו עלייה בפעילות electrocortical במהלך משקל, אשר היה מקומי באזורי המוח הקדמית (אזורים Brodmann 9 6). התוצאות מראות כי כ 2000 מילישניות לאחר פעילות המעבר המוח קליפת המוח משתנה בעיקר באזורי מוח חזיתית. זה יכול להיות להניח כי זו פעילות מוגברת באזור Brodmann 6 ו - 9 משקף את המנגנונים של המוח באיתור ועיבוד תנאי הכבידה שינה כדי לשמור על יציבות הגוף, כמו גם היכולת המוטורית בתנאי כבידה שונה. לגבי שינויים hemodynamic, NIRS גילה כי O2Hb של המוח הקדמית יורדת באופן דרמטי בשלב הראשון hypergravity עליות משקל, ואילו, HHb הראו רק שינויים מתונים. בהתאם לכך השפעה זו לא ניתן לייחס את שינוי של נפח הדם בלבד. סביר יותר שזה נראה כדי לשקף סוג של autoregulation מוחין, במיוחד את הגידול של O2Hb מתרחשת הרבה לפני המעבר ל-G 1.8 0G (בעיקר איור 4). בניגוד O2Hb ו HHB הן ירידה בשלב hypergravity השני. התוצאות של הפעילות הקוגניטיבית מצביעים על שום ליקוי ברור במהלך הכובד משקל רגיל או בטיסה לעומת ישיבה המכין. על סמך התוצאות של שני נושאים לא אמירה ברורה אפשרי אם טיסות פרבוליות או חוסר משקל, יחד עם הגידול בפעילות המוח שלה ואת רמת חמצון יש השפעה על התפקוד הקוגניטיבי. מחקרים קודמים לתת סיבה להאמין כי הלחץ בהקשר זה עשוי גם לשחק תפקיד (Schneider et al. 2007), זאת ללא שינויים בריכוז קורטיזול ניתן להשיג בשני נושאים. מידע נוסף נדרש כדי לאמת את הממצאים הללו ולאפשר המתאם של שינויים בפעילות המוח קליפת המוח, שינויים hemodynamic כמו גם ביצועים קוגניטיביים. מאמר זה נועד להראות כי ניטור של השינויים המקומיים בפעילות המוח קליפת המוח ואת רמת חמצון לאורך השלבים השונים של הכובד השתנה אפשרי באמצעות EEG בשילוב עם NIRS ו LORETA. תוצאות אלו הצלחה לחקר החלל יאפשר הצגת שינויים מורכבים המקומי של פעילות המוח קליפת המוח של hypergravity או משקל ו correlating בדיקה נפשית או מנוע עם שינויים המטרה במוח. השלב הבא הוא ליישם את השיטה במהלך ארוך טווח משימות חלל.

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

מחקרים קודמים של תהליכים קוגניטיביים, נפשי ו / או מוטוריות במהלך משקל קצר, בינוני וארוך היה רק ​​תיאורי הטבע, התמקדו בהיבטים הפסיכולוגיים. עד עכשיו, התבוננות אובייקטיבית של פרמטרים neurophysiological לא בוצעה - אין ספק כי אמצעים טכניים ומתודולוגיים לא היה זמין - חקירות ההשפעות neurophysiological של חוסר משקל נמצאים הינקות שלהם (Schneider et al 2008).. בעוד שיטות הדמיה כגון טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) תהודה מגנטית (MRI) יהיה רלוונטי כמעט בחלל, לא פולשנית קרוב אינפרא אדום (NIRS) טכניקת הספקטרוסקופיה מהווה שיטת מיפוי תהליכים hemodynamic במוח בזמן אמת כי הוא גם זול יחסית וזה יכול להיות מועסק אפילו בתנאים קיצוניים. השילוב עם electroencephalography (EEG) פותח את האפשרות של ביצוע תהליכים electrocortical תחת תנאים משתנים הכבידה עם רזולוציה עדינה הזמני, כמו גם עם לוקליזציה עמוק יותר, למשל עם electrotomography (LORETA). מחקרים קודמים הראו עלייה של פעילות תדר ביתא בתנאי כבידה רגילים ירידה בתנאי חוסר משקל במהלך הטיסה פרבוליות (Schneider et al. 2008a + b). מחקרים גילו שינויים הטיה שונות בתפקוד המוח, המאפשרים מציע, כי השינויים טיסה פרבוליות עשוי לשקף תהליכים רגשיים יותר מאשר שינויים hemodynamic. עם זאת, עדיין לא ברור אם אלה הם תופעות הכובד השתנה או שינויים hemodynamic בתוך המוח. שילוב ה-EEG / LORETA ו NIRS צריך בפעם הראשונה לעשות את זה אפשרי כדי למפות את ההשפעה של משקל וכוח הכבידה מופחת משני תהליכים hemodynamic ו אלקטרו במוח. בתחילה, זה צריך להיעשות במסגרת מחקר היתכנות במהלך טיסה פרבוליות. לאחר מכן, הוא מתוכנן גם להשתמש בשתי טכניקות במהלך טיסת חלל בינוני וארוך. ניתן להניח כי חלוקה מחדש לטווח ארוך של נפח הדם ואת הגידול הקשורים באספקת החמצן למוח יוביל לשינויים במערכת העצבים המרכזית, כי הם גם אחראים תהליכים אנמית, ואת אשר בתורו יכול לפגוע בביצועי (דה סנטו et al. 2005), כלומר הם יכולים להיות מכרעת להצלחת והבטיחות של שליחות (Genik et al. 2005, אליס, 2000). בהתאם לתוצאות אלו, יהיה צורך לפתח ולהפעיל אמצעי נגד נרחב. תוצאות ראשוניות של מחקר MARS500 מראים כי, בנוסף על משמעותם בהקשר של מערכות הלב וכלי הדם של תנועה, ספורט ופעילות גופנית יכולים למלא תפקיד בשיפור פרמטרים נוירוקוגניטיבי. לפני זה ניתן לקבוע באופן מלא, עם זאת, נראה הכרחי כדי ללמוד יותר על ההשפעה של שינוי תנאי הכבידה על תהליכים נוירופיזיולוגיים ופגיעה נוירו קשור.

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

ההשפעה של חוסר משקל ו hypergravity משני תהליכים hemodynamic ו אלקטרו במוח הולך להיות אחריו במהלך הטיסה פרבוליות ידי טכניקות EEG ו NIRS. בדיקת היתכנות של ניסוי מורכב יותר, אשר תכנן לבצע במהלך טיסת חלל בינוני וארוך.

לכידות בין תפקוד המוח קליפתיים וביצועים נוירוקוגניטיבי במהלך תנאי הכבידה השתנה

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. ההשפעה של חוסר משקל ו hypergravity משני תהליכים hemodynamic ו אלקטרו במוח הולך להיות אחריו במהלך הטיסה פרבוליות ידי טכניקות EEG ו NIRS. בדיקת היתכנות של ניסוי מורכב יותר, אשר תכנן לבצע במהלך טיסת חלל בינוני וארוך.

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.

Dynamics מיפוי קליפתיים באמצעות MEG סימולטאני / אומדני EEG ומוגבלים מבחינה אנטומית, מינימום-נורמה: דוגמא קשב שמיעתי

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.

טכניקת חלון קליפת מוח, גולגולת דקה יותר עבור<em&gt; In Vivo</em&gt; טומוגרפיה קוהרנטיות אופטית הדמיה

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 תיוג לחקר קשר בין מבנה לתפקוד של פרט נוירונים קליפתיים

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.

Electroporation תת סוג סלקטיבי של בקליפת המוח 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.

הדמית סיבי serotonergic בחוט שדרת עכבר שימוש CLARITY / טכניקה מעוקבת

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.

תפקוד המוח לומד אצל ילדים באמצעות מגנטואנצפלוגרפיה

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.

השרשה כרונית של מערך שלם-קורטיקליים Electrocorticographic ב המרמוסט נפוצות

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.

ניתוח ציטומטרי של זרימה של פרמטרים מיטוכונדריאליים מרובים בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי האדם ונגזרותיהם העצביות והגליליות

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.

חקירת אינטראקציה מרחבית בין אסטרוציטים לנוירונים במוחות מנוקים

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.

דור חזק וניתן לשחזור של אורגנואידים במוח קליפת המוח למידול סנסנציה עצבית במוח במבחנה

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