מחקר זה נתמך בחלקו על ידי מקורות המימון הבאים: JSPs גרנט ב- סיוע למחקר מדעי (C) 25,350,642 (AT), מענק מחקר מהייאו נאקאיאמה קרן למדע וטכנולוגיה ותרבות (SS וYO), ו מחקר משחקי בריאות מענק מקרן רוברט ווד ג&#39;ונסון (גרנט # 66,729) (SB &amp; JAN).

<ol>
	<li>Heinzel, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variability+of+(functional)+hemodynamics+as+measured+with+simultaneous+fNIRS+and+fMRI+during+intertemporal+choice.">Variability of (functional) hemodynamics as measured with simultaneous fNIRS and fMRI during intertemporal choice.</a> NeuroImage. 71, 125-134 (2013).</li><li>Cui, X., Bray, S., Bryant, D. M., Glover, G. H., Reiss, A. 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+quantitative+comparison+of+NIRS+and+fMRI+across+multiple+cognitive+tasks.">A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks.</a> Neuroimage. 54, 2808-2821 (2011).</li><li>Sato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+NIRS&#8211;fMRI+investigation+of+prefrontal+cortex+activity+during+a+working+memory+task.">A NIRS&#8211;fMRI investigation of prefrontal cortex activity during a working memory task.</a> Neuroimage. 83, 158-173 (2013).</li><li>Piper, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+wearable+multi-channel+fNIRS+system+for+brain+imaging+in+freely+moving+subjects.">A wearable multi-channel fNIRS system for brain imaging in freely moving subjects.</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 64-71 (2014).</li><li>Funane, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+evaluation+of+deep+and+shallow+tissue+layers'+contribution+to+fNIRS+signal+using+multi-distance+optodes+and+independent+component+analysis).">Quantitative evaluation of deep and shallow tissue layers' contribution to fNIRS signal using multi-distance optodes and independent component analysis).</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 150-165 (2014).</li><li>Tachtsidis, I., Liss, P., Hansell, P., Bruley, D. F., Harrison, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+46.">Ch. 46.</a> Oxygen Transport to Tissue XXX Vol. 645 Advances in Experimental Medicine and Biology. , 307-314 (2009).</li><li>Scholkmann, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+continuous+wave+functional+near-infrared+spectroscopy+and+imaging+instrumentation+and+methodology.">A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology.</a> NeuroImage. 85 (Part 1), 6-27 (2014).</li><li>Saager, R., Berger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+layer-like+hemodynamic+trends+in+scalp+and+cortex:+implications+for+physiological+baseline+suppression+in+functional+near-infrared+spectroscopy).">Measurement of layer-like hemodynamic trends in scalp and cortex: implications for physiological baseline suppression in functional near-infrared spectroscopy).</a> Journal Of Biomedical Optics. 13 (3), 034017-034017 (2008).</li><li>Takahashi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+skin+blood+flow+on+near-infrared+spectroscopy+signals+measured+on+the+forehead+during+a+verbal+fluency+task.">Influence of skin blood flow on near-infrared spectroscopy signals measured on the forehead during a verbal fluency task.</a> Neuroimage. 57, 991-1002 (2011).</li><li>Ono, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frontotemporal+oxyhemoglobin+dynamics+predict+performance+accuracy+of+dance+simulation+gameplay:+Temporal+characteristics+of+top-down+and+bottom-up+cortical+activities.">Frontotemporal oxyhemoglobin dynamics predict performance accuracy of dance simulation gameplay: Temporal characteristics of top-down and bottom-up cortical activities.</a> NeuroImage. 85, 461-470 (2014).</li><li>Tachibana, A., Noah, J. A., Bronner, S., Ono, Y., Onozuka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parietal+and+temporal+activity+during+a+multimodal+dance+video+game:+an+fNIRS+study.">Parietal and temporal activity during a multimodal dance video game: an fNIRS study.</a> Neuroscience Letters. 503 (2), 125-130 (2011).</li><li>Noah, J., Tachibana, A., Bronner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Annual+Society+for+Neuroscience+Conference.">Annual Society for Neuroscience Conference.</a> , (2010).</li><li>Maldjian, J. A., Laurienti, P. J., Burdette, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precentral+gyrus+discrepancy+in+electronic+versions+of+the+Talairach+atlas.">Precentral gyrus discrepancy in electronic versions of the Talairach atlas.</a> Neuroimage. 21, 450-455 (2004).</li><li>Maldjian, J. A., Laurienti, P. J., Kraft, R. A., Burdette, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+method+for+neuroanatomic+and+cytoarchitectonic+atlas-based+interrogation+of+fMRI+data+sets.">An automated method for neuroanatomic and cytoarchitectonic atlas-based interrogation of fMRI data sets.</a> Neuroimage. 19, 1233-1239 (2003).</li><li>Chatrian, G. E., Lettich, E., Nelson, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ten+percent+electrode+system+for+topographic+studies+of+spontaneous+and+evoked+EEG+activity.">Ten percent electrode system for topographic studies of spontaneous and evoked EEG activity.</a> Am J EEG Technol. 25, 83-92 (1985).</li><li>Okamoto, M., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+cortical+projection+of+head-surface+locations+for+transcranial+functional+brain+mapping.">Automated cortical projection of head-surface locations for transcranial functional brain mapping.</a> Neuroimage. 26, 18-28 (2005).</li><li>Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIRS-SPM+statistical+parametric+mapping+for+near-infrared+spectroscopy.">NIRS-SPM statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 44, 428-447 (2009).</li><li>Cope, M., Delpy, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=System+for+long-term+measurement+of+cerebral+blood+and+tissue+oxygenation+on+newborn+infants+by+near+infra-red+transillumination.">System for long-term measurement of cerebral blood and tissue oxygenation on newborn infants by near infra-red transillumination.</a> Medical and Biological Engineering and Computing. 26 (3), 289-294 (1988).</li><li>Savitzky, A., Golay, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smoothing+and+differentiation+of+data+by+simplified+least+squares+procedures.">Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures.</a> Analytical Chemistry. 36 (8), 1627-1639 (1964).</li><li>Okamoto, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimodal+assessment+of+cortical+activation+during+apple+peeling+by+NIRS+and+fMRI.">Multimodal assessment of cortical activation during apple peeling by NIRS and fMRI.</a> NeuroImage. 21, 1275-1288 (2004).</li><li>Suzuki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prefrontal+and+premotor+cortices+are+involved+in+adapting+walking+and+running+speed+on+the+treadmill:+an+optical+imaging+study.">Prefrontal and premotor cortices are involved in adapting walking and running speed on the treadmill: an optical imaging study.</a> Neuroimage. 23, 1020-1026 (2004).</li><li>Boas, D. A., Elwell, C. E., Ferrari, M., 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=Twenty+years+of+functional+near-infrared+spectroscopy:+introduction+for+the+special+issue.">Twenty years of functional near-infrared spectroscopy: introduction for the special issue.</a> NeuroImage. 85, 1-5 (2014).</li><li>Holtzer, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fNIRS+study+of+walking+and+walking+while+talking+in+young+and+old+individuals.">fNIRS study of walking and walking while talking in young and old individuals.</a> The Journals of Gerontology Series A: Biological Sciences and Medical Sciences. 66 (8), 879-887 (2011).</li><li>Suzuki, M., Miyai, I., Ono, T., Kubota, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activities+in+the+frontal+cortex+and+gait+performance+are+modulated+by+preparation.+An+fNIRS+study.">Activities in the frontal cortex and gait performance are modulated by preparation. An fNIRS study.</a> Neuroimage. 39, 600-607 (2008).</li><li>Shimada, S., Hiraki, K., Oda, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+parietal+role+in+the+sense+of+self-ownership+with+temporal+discrepancy+between+visual+and+proprioceptive+feedbacks.">The parietal role in the sense of self-ownership with temporal discrepancy between visual and proprioceptive feedbacks.</a> Neuroimage. 24, 1225-1232 (2005).</li><li>Matsuda, G., Hiraki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sustained+decrease+in+oxygenated+hemoglobin+during+video+games+in+the+dorsal+prefrontal+cortex:+a+NIRS+study+of+children.">Sustained decrease in oxygenated hemoglobin during video games in the dorsal prefrontal cortex: a NIRS study of children.</a> Neuroimage. 29, 706-711 (2006).</li><li>Gregg, N. M., White, B. R., Zeff, B. W., Berger, A. J., Culver, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+specificity+of+diffuse+optical+imaging:+improvements+from+superficial+signal+regression+and+tomography.">Brain specificity of diffuse optical imaging: improvements from superficial signal regression and tomography.</a> Frontiers in Neuroenergetics. 2, 14 (2010).</li><li>Kirilina, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+physiological+origin+of+task-evoked+systemic+artefacts+in+functional+near+infrared+spectroscopy.">The physiological origin of task-evoked systemic artefacts in functional near infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 61, 70-81 (2012).</li><li>Strangman, G., Franceschini, M. A., 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=Factors+affecting+the+accuracy+of+near-infrared+spectroscopy+concentration+calculations+for+focal+changes+in+oxygenation+parameters.">Factors affecting the accuracy of near-infrared spectroscopy concentration calculations for focal changes in oxygenation parameters.</a> NeuroImage. 18, 865-879 (2003).</li></ol>

עמלות פרסום לכתבה זו בחסות himadzu S.

fNIRS היא טכניקת הדמיה תפקודית של מוח שיש ההבטחה לאפשר למחקר והקושר העצבי של פעילויות טבעיות. פיתוח של טכניקות אלה הוא כיוון מחקר פעיל. אנו מתארים כאן מתודולוגיה שהייתה יעיל להקלטת פעילות מוחית תפקודית באזור אחד של עניין הקשור להשתתפות במשחק וידאו ריקוד. מספר הפרסומים חוקרים פרדיגמות למידה מוטוריות עם fNIRS גדל במהירות בשנים האחרונות עם כניסתה של fNIRS יחידות רבת ערוצים מHitachi וShimadzu (כמו גם אחר) מסוגל להקליט פעילויות תפקודיות באזורים המרובים של המוח במקביל 20,21 . הראינו בעבר כי ניתן לקבוע סגוליות האנטומי של אותות fNIRS כמו גם להשתמש באותות כדי לקבוע כיצד שינויים בעיתוי והמשרעת של האותות לתרום לביצועי התנהגות של מטלות מוטוריות <sup&gt; 11. גיליון מיוחד של כתב העת האחרון Neuroimage התמקד ביישומים הנוכחיים של טכנולוגית NIRS וכלל מספר המחקרים ספציפיים ללמידה מוטורית 22. גם בעניין זה כדור שלג בטכנולוגית NIRS, כמה מחקרים התמקדו במנגנונים עצביים של התנהגויות נטורליסטי אומתו על ידי fMRI. בעוד גיליון מיוחד זה ופרסומים רבים אחרים 23-26 בבירור מתארים את התפקיד העתידי של fNIRS בלימוד התנהגויות מוטוריות, הפרוטוקול מתואר כאן פותח כדי לאמת מתודולוגיה אחידה להשוואת נתוני ה- fMRI וfNIRS מהתנהגויות נטורליסטי. התוצאות מצביעות על מתאם גבוה בין קבוצות לfNIRS ואותות ה- fMRI באזור אינטגרציה של האונה הטמפורלית והמתאם בין האותות מוצגת ב- קו עם שלפני בלימודים / fNIRS מקביל fMRI 3. איור 9 מציין כי פעילות fNIRS ב האונה הרקתית היא לא רק בקליפת מוח שנינות הטבעoxy- ההפרש שעות וdeoxyHb chromofore ספיגה, אלא גם כי הפעילות באונה הטמפורלית היא שונה לגמרי מזה שנראה באונה הקדמית אינו תואם את פעילות fMRI באונה הטמפורלית. אנו מדגישים כמה היבטים קריטיים של המחקר המאפשרים נתונים להשוואה בין שתי השיטות. ראשית, הכיול של מקומות optode היה מתואר כאסטרטגיה מרכזית במאשרת האנטומיה ופרשנות של התוצאות בקליפת המוח. השינויים שעשינו לתוכנה וחומרה אפשרה לנו לסנכרן הפרדיגמה שלנו עם פרוטוקול עיצוב בלוק מותאם להניב תגובות קליפת המוח חזקות בשני ההליכים. כמו כן, אנו מתארים אסטרטגיות מפתח כדי להבטיח גבוהה יחס אות לרעש (הסרת שיער ממשטח optode) והפחתה של חפצים כוללים תנועה וגירוי פנים (נושאים הונחו במיוחד לא לגעת בראש או הפנים שלהם). תוצאות אלו והתוצאות של מחקרים קודמים חוקר fNIRS במקביל / FMנהלי ההדמיה RI לאשר מתאם גבוה בין האותות ניבא 1-3 כתיאורטי. מגבלה אחת לפרשנות של הנתונים שהוצגו כאן היא שלא הצליחו לנצל טכניקות חדשות יותר באופטימיזציה של הקלטת NIRS שמראה שאפשר להגדיל את הרזולוציה של נתוני ערוץ הבודדים באמצעות הקלטות צפיפות גבוהות. טכניקת צפיפות גבוהה זה שימשה גם כדי להפריד בין מרכיבים שטחיים מNIRS קליפת המוח מאותת 27 בנוסף לטכניקות אחרות להסרת חפצים מלחץ דם, קצב לב ומשתנים מערכתיים אחרים 6,7,28. כמו כן, הוכיח כי מיקום הבדיקה וchromaphore בחירה יכולה לשמש כדי לשלוט על תוצאות חיוביות שגויות 29 וסינון הסתגלות של אותות NIRS ניתן להשתמש ביעילות במקרה של גבוהה יחס אות לרעש. המשימה שיש לנו כאן והועסק בעבר באמצעות מערכות NIRS מסחריות עם פרדיגמות שהוצגו בעיצוב בלוק 10,11הפיק נתונים עם אותות גדולים ולא נדרש טכניקות ניתוח נוספות או חומרה להראות דמיון בין אותות. עם זאת, ייתכן שהנתונים שהוצגו כאן יכולים להיות שיפור נוסף באמצעות השימוש בטכניקות אלה ואחרים בעיבוד אותות NIRS. מתודולוגיות נוכחיים בNIRS הפונקציונלי לא יחליפו את הצורך בסריקת fMRI; ולא, כפי שאנו מציעים כאן, נהלי שתי ההדמיה (בנוסף לEEG ואחרים) יכולים לשמש כדי להשלים אחד את השני. במקרה של קבוצה של אנשים שהם התווית לסריקת fMRI, fNIRS עשוי להוכיח את הטכניקה המעשית היחידה לברר את היתרונות של תכנית אימונים כגון תוכניות למניעת סיכון נפילה לאנשים עם מחלת פרקינסון. יתר על כן, fNIRS יש מספר הכיוונים העתידיים שיכול לשמש גם כדי להוסיף מידע לפרטים אנטומיים הניתנים באמצעות סריקת MR. optodes צפיפות גבוהה מיקום optode וגדלו יניב גבוה יותרפתרון זמני שיכול לשמש לקישוריות וניתוח מרכיבי עיקרון, כמו גם דיוק מוגבר של דוגמנות אות BOLD.

המטרה של השיטות שתוארו כאן הייתה לפתח פרוטוקול עבודה כדי להשוות fMRI (דימות תהודה מגנטית תפקודיות) וfNIRS (ספקטרוסקופיה קרובה אינפרא אדום התפקודית) אותות במשימות רבי מודלי דומות. במיוחד אנו מכוונים לפתח הליך הדמיה תפקודי לשימוש עם אנשי התווית לסריקות ה- fMRI מסורתיים בשל רעד, dyskinesia, או התקנים מושתלים מרובים. בעוד תוכניות הכשרה ושיקום יעילות רבות קיימות עבור אנשים בסיכון לנפילה, שאין אישור של המנגנונים העצביים שבבסיס יעילות של תוכניות אלה. לעתים קרובות, אנשים המשתתפים בתוכניות הכשרה אלה הם מהסיבות שהובאו-הצביע קונטרה. הרציונל שלנו למחקר היה לקבוע את היעילות של ספקטרוסקופיה הפונקציונלית קרוב אינפרא אדום (fNIRS) כדי לקבוע דפוסי פעילות המוח הקשורים למשימה מוטורית נטורליסטי מעורב תנועות גוף כולו. מטרות לטווח ארוך כוללות פיתוח כלי להרבעהגם y פרדיגמות למידה מוטורית לא רק, אלא ישמש כדי לאשר את נאותות fNIRS למגוון רחב יותר של משימות שאינן אפשריים לביצוע באופן נטורליסטי בשיטות מסורתיות. פעילות fNIRS כבר בעבר הראתה שמתאם גבוה (r = .77-.94) לאזורים הומולוגיים עם הקלטות (רמת חמצן בדם תלויות) BOLD fMRI אות במחקרים מוגבלים שנמדדו fNIRS מקביל ופעילות פונקציונלית fMRI באמצעות אצבע פסיכולוגית ופשוטה קלאסית הקשה פרדיגמות 1-3. התוצאות של מחקרים אלה מאשרות fNIRS תקף ואמין לקביעת פעילות בקליפת המוח הקשורים למשימה סביבתית מופחתת תואמת עם fMRI. עם זאת, יש יתרונות רבים על פני fNIRS fMRI כשיטת הדמייה. fNIRS, חשוב מכך, הוא הרבה פחות רגיש לחפץ תנועה מfMRI ומאפשר נושאים להתנהג כפי שהם היו בסביבת נטורליסטי בניגוד למחקרי fMRI המגבילים paradig מנוע4 מילישניות. הדיוק הזמני הקשורים לfNIRS מאפשר לקביעת שינויים בפונקציות תגובה עצביות עם גרעיניות מוגברת בשל תדר הדגימה המוגבר. לבסוף, את עלות fNIRS נמוכה מסריקת fMRI ומאפשרת ללימודים להתנהל בפחות עלות. עם זאת, יש חסרונות של fNIRS לעומת fMRI כולל עומק מוגבל של חדירה, רזולוציה מרחבית מוגבלת, ולאחרונה זה כבר הראה כי תופעות פיזיולוגיות מסוימות כגון לחץ דם, קצב לב, ואת זרימת דם בקרקפת יכול להציג את השפעות חיוביות שגויות ל אות המודינמית קליפת המוח 5-9. בעוד מספר מתודולוגיות והתפתחויות חומרה ספציפיות לNIRS, כוללים עיבוד אותות, חומרה כדי לספק הדרגתיים optode בצפיפות גבוהה בימים אלו פיתחו, זה עדיין חשוב לפתח שיטות מעורבות המאפשרות fMRI ונהלי fNIRS למשלימים אחד את השני. מחקר זה משמש לבדיקהשיטה של ​​fNIRS לקביעת מנגנונים עצביים העוסקים במשימת משחק וידאו ריקוד נטורליסטי. מטרת המחקר הייתה להשוות את פעילות במרכז אינטגרציה של המוח (gyrus הזמני מעולה ואמצע) בין קבוצה של אנשים צילם באמצעות fMRI לקבוצה אחרת של נבדקים משתמש בגרסה טבעית של משימת הדמיה באמצעות fNIRS. הקבוצה שלנו חקרה בעבר תחום זה באמצעות פרדיגמות משחק אינטראקטיבי דומות והראתה פעילות באונה הרקתית מגיב לשני chromophores oxy- ודה-oxyHb בהתאם להפעלות בקליפת המוח 10. יש לנו גם בעבר ניסה לשלוט בחפצים מערכתיים בעבר על ידי הצגת תגובות בתחום זה הם מווסתים במשרעת ביחס לעומס בקליפת המוח של המשימה ולא תגובות מערכתיות הקשורים לפעילות עצמה 11. Gyrus הזמני מעולה והאמצע ידע פעילות הקשורה לאינטגרציה של גירויים חושיים רבי מודלי ויש לנו בעברמוצג תחום זה להיות פעיל בDance Dance Revolution (DDR) משחק במחקרי fMRI טייס בנוסף לפרסומי fNIRS 10-12. ההשערה שלנו למחקר הנוכחי הייתה שפעילות תפקודית בתחום זה כפי שנרשם fNIRS באמצעות תהיה בקורלציה משמעותית עם פעילות פונקציונלית שהוקלטה באמצעות fMRI בפרוטוקול משחק ריקוד דומה אבל מוגבל. הפרוטוקול המתואר כאן כולל כיצד לשנות משחק וידאו ריקוד לשמש כפרדיגמה הדמייה בשני fNIRS ופרוטוקולי fMRI. עם זאת ההליך הכולל אינו ספציפי לפרדיגמה של משחק וידאו ויכול להיות מתאים לכל מספר של משימות שאינן אפשריים לביצוע במגבלות של פרוטוקול fMRI, כוללים משימות שפה ותנועה. פרוטוקול זה מתאר את ההליך נוסף להשתמש הספציפי האנטומי של fMRI כדי לפתח אזורים ספציפיים של העניין (ROI) שניתן ללמוד עוד במשימות בעולם אמיתי-האמיתי באמצעות fNIRS.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="800">
	<colgroup>
		<col />
		<col span="2" />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:208px;">Equipment</td>
			<td style="width:49px;"></td>
			<td style="width:49px;"></td>
			<td style="width:495px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Shimadzu OMM-3000</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://www.shimadzu.com/an/lifescience/imaging/nirs/nirs_top.html; The OMM-3000 used in this study has been replaced by the LABNIRS</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;">Polhemus Patriot 3D Digitizer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://polhemus.com/motion-tracking/all-trackers/patriot/</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">GE Twin-Speed 1.5T MRI scanner</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://www3.gehealthcare.com/en/Products/Categories/Magnetic_Resonance_Imaging; The Twin-Speed 1.5T scanner has been retired.&#160; A number of new scanners are available to replicate this procedure</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;">Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;">Stepmania</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://www.stepmania.com/</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;">Matlab</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://www.mathworks.com/</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;">NIRS-SPM</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://bisp.kaist.ac.kr/NIRS-SPM.html</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;">WFU Pick Atlas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://fmri.wfubmc.edu/software/PickAtlas</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fmri validation of fnirs measurements during a naturalistic task

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced version of the task using fMRI (functional magnetic resonance imaging). Recently, it has been shown that fNIRS can accurately record functional brain activities equivalent to those concurrently recorded with functional magnetic resonance imaging for classic psychophysical tasks and simple finger tapping paradigms. However, an often quoted benefit of fNIRS is that the technique allows for studying neural mechanisms of complex, naturalistic behaviors that are not possible using the constrained environment of fMRI. Our goal was to extend the findings of previous studies that have shown high correlation between concurrently recorded fNIRS and fMRI signals to compare neural recordings obtained in fMRI procedures to those separately obtained in naturalistic fNIRS experiments. Specifically, we developed a modified version of the dance video game Dance Dance Revolution (DDR) to be compatible with both fMRI and fNIRS imaging procedures. In this methodology we explain the modifications to the software and hardware for compatibility with each technique as well as the scanning and calibration procedures used to obtain representative results. The results of the study show a task-related increase in oxyhemoglobin in both modalities and demonstrate that it is possible to replicate the findings of fMRI using fNIRS in a naturalistic task. This technique represents a methodology to compare fMRI imaging paradigms which utilize a reduced-world environment to fNIRS in closer approximation to naturalistic, full-body activities and behaviors. Further development of this technique may apply to neurodegenerative diseases, such as Parkinson&#8217;s disease, late states of dementia, or those with magnetic susceptibility which are contraindicated for fMRI scanning.

תוצאות הניסוי מצביעות על פעילות המתקבלת מאינטגרציה המרכזי בgyri הזמני מעולה והאמצע באמצעות הדמיה בתהודה מגנטית תפקודית (fMRI) יש מתאם גבוה לספקטרוסקופיה הקרובה אינפרא אדום הפונקציונלית אותות (fNIRS) יוצרים את אותו האזור בגרסה הטבעית של המשימה . איור 8 מציג את הנתונים גולמיים מנורמלים וממוצע בין 16 נושאים מהליך fMRI הסריקה (זכר כחול) והנושאים 26 מפרוטוקול fNIRS (זכר אדום). נתונים הוצמדו בזמן 0 והשלב הפעיל של אינטראקציה משחק התקיים ב -30 שניות הראשונות של הגרף (משימת שכותרתו). הקו המקווקו האנכי מציין את המעבר של ירוק לאדום, רקע במשימה ותחילת שלב המנוחה (מצויינים כמנוחה) שני קבוצות הנתונים מראות עלייה בתגובות בשלב הפעיל וירידה בשלב המנוחה עם השתנות מוגברת ראתה ב אות ה- fMRI. השוואות נעשו בין העקבות על ידי רג הראשוןressing אות fMRI כדי למזער את שורש הבדל ממוצע מרובע בין שתי העקבות. מקדם מתאם התוצאה בין שני האותות היה 0.78 וערך p למתאם היה 0.03. איור 9 מייצג מוח טיוח עם מיקומי ערוץ גבי מנושא אחד. ממוצע עקבות מערוצי 1 ו -22 מוצגות עם קווים מוצקים המייצגים אותות oxyhemoglobin וקווים מקווקווים מייצגים אותות deoxyhemoglobin. אדום ועקבות כחולות מייצגות את שתי וריאציות על משחק, מוסיקה ולא מוסיקה, בהתאמה. אותות מערוץ 1 לשמש דוגמא שליטה להשוות עם האזור של עניין. אותות בשני אזורים אלה שונים ביחס למשימה-תגובה. <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/52116/52116fig8.jpg" /> איור 8:. מתאם בין fNIRS ואותות ה- fMRI מהתיכון הזמני gyrus fNIRS(אדום) וfMRI אותות (כחולים) מוצגים לכל קבוצה ± SEM מיוצגת על ידי קצוות מוצלים. מקדם הרגרסיה בין השניים הוא 0.78; p = 0.03. הכנס תערוכות טיוח של ההחזר על ההשקעה שנקבעה מהפעילות בfMRI עם פעילות שיא במשרד התשתיות הלאומית לתאם (-66, -24, 0) בגודל אשכול = 571, לא שיא ​​= 5.73. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52116/52116fig8highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.</a> <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/52116/52116fig9.jpg" /> איור 9: הבדלים באותות באונה הטמפורלית ופרונטאלית זמן קורס של ΔoxyHb (קו מוצק) וΔdeoxyHb (קו מקווקו) תגובות של נושא אחד משני ניסויים יחידים של משחק הריקוד מראה שני תנאים &quot;עם מוסיקה (אדום). &quot;ו&quot;&quot; תנאים לא מוסיקה (כחול). נתון זה שונה מאונו et al. </eמ &#39;&gt; 10.

Watch this Scientific Journal Video about fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task at JoVE.com

fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task

We present a method to compare functional brain activity recorded during a naturalistic task using fNIRS with activity recorded during fMRI.

fMRI אישור של מדידות fNIRS במהלך משימה נטורליסטי

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced ...

fmri-validation-of-fnirs-measurements-during-a-naturalistic-task

Research

JoVE Journal

Behavior

20.6K Views.  Yale School of Medicine. We present a method to compare functional brain activity recorded during a naturalistic task using fNIRS with activity recorded during fMRI. 

Video: fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task

Method for Simultaneous fMRI/EEG Data Collection during a Focused Attention Suggestion for Differential Thermal Sensation

In the present work, we demonstrate a method for concurrent collection of EEG/fMRI data. In our setup, EEG data are collected using a high-density 256-channel sensor net. The EEG amplifier itself is contained in a field isolation containment system (FICS), and MRI clock signals are synchronized with EEG data collection for subsequent MR artifact characterization and removal. We demonstrate this method first for resting state data collection. Thereafter, we demonstrate a protocol for EEG/fMRI data recording, while subjects listen to a tape asking them to visualize that their left hand is immersed in a cold-water bath and referred to, here, as the cold glove paradigm. Thermal differentials between each hand are measured throughout EEG/fMRI data collection using an MR compatible temperature sensor that we developed for this purpose. We collect cold glove EEG/fMRI data along with simultaneous differential hand temperature measurements both before and after hypnotic induction. Between pre and post sessions, single modality EEG data are collected during the hypnotic induction and depth assessment process. Our representative results demonstrate that significant changes in the EEG power spectrum can be measured during hypnotic induction, and that hand temperature changes during the cold glove paradigm can be detected rapidly using our MR compatible differential thermometry device.

We present a protocol for concurrent collection of EEG/fMRI data, and synchronized MR clock signal recording. We demonstrate this method using a unique paradigm whereby subjects receive &#x2018;cold glove&#x2019; instructions during scanning, and EEG/fMRI data are recorded along with hand temperature measurements both before and after hypnotic induction.

שיטה לאיסוף נתוני fMRI/EEG בו זמנית במהלך הצעת תשומת לב ממוקדת לתחושה תרמית דיפרנציאלית

In the present work, we demonstrate a method for concurrent collection of EEG/fMRI data. In our setup, EEG data are collected using a high-density ...

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

הנוהג קיים הטוב ביותר לקבלת נתונים EEG באיכות גבוהה במהלך fMRI סימולטני

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, modifications to the standard task, can be used to systematically tax the neural systems controlling either attention or impulse control. Importantly, these challenges have consistent effects on behavior across laboratories in intact animals and can reveal either enhancements or deficits in cognitive function that are not apparent when rats are only tested on the standard task. The variety of behavioral measures that are collected can be used to determine if other factors (i.e., sedation, motivation deficits, locomotor impairments) are contributing to changes in performance. The versatility of the 5CSRTT is further enhanced because it is amenable to combination with pharmacological, molecular, and genetic techniques.

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, which are modifications of the standard task, increase flexibility of the task and can be combined with other manipulations to more fully characterize behavior.

תגובת 5-Choice הסידורי זמן משימה: משימה של תשומת לב ודחף בקרה למכרסמים

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. ...

Transferring Cognitive Tasks Between Brain Imaging Modalities: Implications for Task Design and Results Interpretation in fMRI Studies

As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm (the visual oddball task) with a long history of behavioral and electroencephalography (EEG) experiments to a functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiment is considered. The aims of this paper are to briefly describe fMRI and when its use is appropriate in cognitive neuroscience; illustrate how task design can influence the results of an fMRI experiment, particularly when that task is borrowed from another imaging modality; explain the practical aspects of performing an fMRI experiment. It is demonstrated that manipulating the task demands in the visual oddball task results in different patterns of blood oxygen level dependent (BOLD) activation. The nature of the fMRI BOLD measure means that many brain regions are found to be active in a particular task. Determining the functions of these areas of activation is very much dependent on task design and analysis. The complex nature of many fMRI tasks means that the details of the task and its requirements need careful consideration when interpreting data. The data show that this is particularly important in those tasks relying on a motor response as well as cognitive elements and that covert and overt responses should be considered where possible. Furthermore, the data show that transferring an EEG paradigm to an fMRI experiment needs careful consideration and it cannot be assumed that the same paradigm will work equally well across imaging modalities. It is therefore recommended that the design of an fMRI study is pilot tested behaviorally to establish the effects of interest and then pilot tested in the fMRI environment to ensure appropriate design, implementation and analysis for the effects of interest.

Transferring a paradigm with a history of use in EEG experiments to an fMRI experiment is considered. It is demonstrated that manipulating the task demands in the visual oddball task resulted in different patterns of BOLD activation and illustrated how task design is crucial in fMRI experiments.

העברת משימות קוגניטיביות בין שיטות הדמיה מוחית: השלכות על המשימה עיצוב ותוצאות פרשנות בfMRI לימודים

As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm ...

Topographical Estimation of Visual Population Receptive Fields by fMRI

Visual cortex is retinotopically organized so that neighboring populations of cells map to neighboring parts of the visual field. Functional magnetic resonance imaging allows us to estimate voxel-based population receptive fields (pRF), i.e., the part of the visual field that activates the cells within each voxel. Prior, direct, pRF estimation methods1 suffer from certain limitations: 1) the pRF model is chosen a-priori and may not fully capture the actual pRF shape, and 2) pRF centers are prone to mislocalization near the border of the stimulus space. Here a new topographical pRF estimation method2 is proposed that largely circumvents these limitations. A linear model is used to predict the Blood Oxygen Level-Dependent (BOLD) signal by convolving the linear response of the pRF to the visual stimulus with the canonical hemodynamic response function. PRF topography is represented as a weight vector whose components represent the strength of the aggregate response of voxel neurons to stimuli presented at different visual field locations. The resulting linear equations can be solved for the pRF weight vector using ridge regression3, yielding the pRF topography. A pRF model that is matched to the estimated topography can then be chosen post-hoc, thereby improving the estimates of pRF parameters such as pRF-center location, pRF orientation, size, etc. Having the pRF topography available also allows the visual verification of pRF parameter estimates allowing the extraction of various pRF properties without having to make a-priori assumptions about the pRF structure. This approach promises to be particularly useful for investigating the pRF organization of patients with disorders of the visual system.

It is important to obtain unbiased estimates of visual population receptive fields (pRFs) by functional magnetic resonance imaging. We use mild regularization constraints to estimate pRF topography without a-priori assumptions about pRF shape, allowing us to choose specific pRF models post-hoc. This is particularly advantageous in subjects with visual-pathway lesions.

הערכה טופוגרפית של אוכלוסייה החזותית פתוחים שדות ידי fMRI

Visual cortex is retinotopically organized so that neighboring populations of cells map to neighboring parts of the visual field. Functional magnetic ...

Using the Threat Probability Task to Assess Anxiety and Fear During Uncertain and Certain Threat

Fear of certain threat and anxiety about uncertain threat are distinct emotions with unique behavioral, cognitive-attentional, and neuroanatomical components. Both anxiety and fear can be studied in the laboratory by measuring the potentiation of the startle reflex. The startle reflex is a defensive reflex that is potentiated when an organism is threatened and the need for defense is high. The startle reflex is assessed via electromyography (EMG) in the orbicularis oculi muscle elicited by brief, intense, bursts of acoustic white noise (i.e., &#8220;startle probes&#8221;). Startle potentiation is calculated as the increase in startle response magnitude during presentation of sets of visual threat cues that signal delivery of mild electric shock relative to sets of matched cues that signal the absence of shock (no-threat cues). In the Threat Probability Task, fear is measured via startle potentiation to high probability (100% cue-contingent shock; certain) threat cues whereas anxiety is measured via startle potentiation to low probability (20% cue-contingent shock; uncertain) threat cues. Measurement of startle potentiation during the Threat Probability Task provides an objective and easily implemented alternative to assessment of negative affect via self-report or other methods (e.g., neuroimaging) that may be inappropriate or impractical for some researchers. Startle potentiation has been studied rigorously in both animals (e.g., rodents, non-human primates) and humans which facilitates animal-to-human translational research. Startle potentiation during certain and uncertain threat provides an objective measure of negative affective and distinct emotional states (fear, anxiety) to use in research on psychopathology, substance use/abuse and broadly in affective science. As such, it has been used extensively by clinical scientists interested in psychopathology etiology and by affective scientists interested in individual differences in emotion.

Potentiation of the startle reflex is measured via electromyography of the orbicularis oculi muscle during low (uncertain) and high (certain) probability electric shock threat in the Threat Probability Task. This provides an objective measure of distinct negative emotional states (fear/anxiety) for research on psychopathology, substance use/abuse, and broad affective science.

שימוש במשימות הסתברות איום על הערכת חרדה ופחד בזמן איום לא בטוח ומסוים

Fear of certain threat and anxiety about uncertain threat are distinct emotions with unique behavioral, cognitive-attentional, and neuroanatomical ...

Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning process. Here a method is described in which 3-4 month old infants learn a task by discovery and their leg movements are captured to quantify the learning process. This discovery-learning task uses an infant activated mobile that rotates and plays music based on specified leg action of infants. Supine infants activate the mobile by moving their feet vertically across a virtual threshold. This paradigm is unique in that as infants independently discover that their leg actions activate the mobile, the infants&#8217; leg movements are tracked using a motion capture system allowing for the quantification of the learning process. Specifically, learning is quantified in terms of the duration of mobile activation, the position variance of the end effectors (feet) that activate the mobile, changes in hip-knee coordination patterns, and changes in hip and knee muscle torque. This information describes infant exploration and exploitation at the interplay of person and environmental constraints that support task-specific action. Subsequent research using this method can investigate how specific impairments of different populations of infants at risk for movement disorders influence the discovery-learning process for task-specific action.

A method is described in which 3-4 month old infants learn a task by discovery and their leg movements are captured to quantify the learning process.

כימות למידה בתינוקות צעירים: פעולות מעקב רגלו במהלך משימה למידת גילוי

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning ...

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.

A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Utilizing Electroencephalography Measurements for Comparison of Task-Specific Neural Efficiencies: Spatial Intelligence Tasks

Spatial intelligence is often linked to success in engineering education and engineering professions. The use of electroencephalography enables comparative calculation of individuals&#39; neural efficiency as they perform successive tasks requiring spatial ability to derive solutions. Neural efficiency here is defined as having less beta activation, and therefore expending fewer neural resources, to perform a task in comparison to other groups or other tasks. For inter-task comparisons of tasks with similar durations, these measurements may enable a comparison of task type difficulty. For intra-participant and inter-participant comparisons, these measurements provide potential insight into the participant&#39;s level of spatial ability and different engineering problem solving tasks. Performance on the selected tasks can be analyzed and correlated with beta activities. This work presents a detailed research protocol studying the neural efficiency of students engaged in the solving of typical spatial ability and Statics problems. Students completed problems specific to the Mental Cutting Test (MCT), Purdue Spatial Visualization test of Rotations (PSVT:R), and Statics. While engaged in solving these problems, participants&#39; brain waves were measured with EEG allowing data to be collected regarding alpha and beta brain wave activation and use. The work looks to correlate functional performance on pure spatial tasks with spatially intensive engineering tasks to identify the pathways to successful performance in engineering and the resulting improvements in engineering education that may follow.

This manuscript describes an approach to measure neural activity of humans while solving spatially focused engineering problems. The electroencephalogram methodology helps interpret beta brain wave measurements in terms of neural efficiency, with the aim of ultimately enabling comparisons of task performance both between problem types and between participants.

ניצול מדידות Electroencephalography להשוואה של יעילות עצבית משימה ספציפית: משימות אינטליגנציה מרחבית

Spatial intelligence is often linked to success in engineering education and engineering professions. The use of electroencephalography enables ...

Feeding Experimentation Device (FED): Construction and Validation of an Open-source Device for Measuring Food Intake in Rodents

Food intake measurements are essential for many research studies. Here, we provide a detailed description of a novel solution for measuring food intake in mice: the Feeding Experimentation Device (FED). FED is an open-source system that was designed to facilitate flexibility in food intake studies. Due to its compact and battery powered design, FED can be placed within standard home cages or other experimental equipment. Food intake measurements can also be synchronized with other equipment in real-time via FED's transistor-transistor logic (TTL) digital output, or in post-acquisition processing as FED timestamps every event with a real-time clock. When in use, a food pellet sits within FED's food well where it is monitored via an infrared beam. When the pellet is removed by the mouse, FED logs the timestamp onto its internal secure digital (SD) card and dispenses another pellet. FED can run for up to 5 days before it is necessary to charge the battery and refill the pellet hopper, minimizing human interference in data collection. Assembly of FED requires minimal engineering background, and off-the-shelf materials and electronics were prioritized in its construction. We also provide scripts for analysis of food intake and meal patterns. Finally, FED is open-source and all design and construction files are online, to facilitate modifications and improvements by other researchers.

Feeding Experimentation Device FED: Construction and Validation of an Open-source Device for Measuring Food Intake in Rodents

Feeding Experimentation Device (FED) is an open-source device for measuring food intake in mice. FED can also synchronize food intake measurements with other techniques via a real-time digital output. Here, we provide a step-by-step tutorial for the construction, validation, and usage of FED.

האכלת התקני ניסויים (FED): בנייה ותיקוף של התקן קוד פתוח עבור מדידת צריכת מזון במכרסמים

Food intake measurements are essential for many research studies. Here, we provide a detailed description of a novel solution for measuring food intake in ...