Il finanziamento per questo lavoro è stato fornito in parte dal Commonwealth della Pennsylvania # # 240468 4100037709 subappalto e Drexel University subappaltare # 280773.

<ol>
	<li>Ayaz, H., Allen, S. L., Platek, S. M., Onaral, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maze+Suite+1.0:+a+complete+set+of+tools+to+prepare,+present,+and+analyze+navigational+and+spatial+cognitive+neuroscience+experiments.">Maze Suite 1.0: a complete set of tools to prepare, present, and analyze navigational and spatial cognitive neuroscience experiments.</a> Behav. Res Methods. 40, 353-359 (2008).</li><li>Chance, B., Zhuang, Z., UnAh, C., Alter, C., Lipton, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognition-activated+low-frequency+modulation+of+light+absorption+in+human+brain.">Cognition-activated low-frequency modulation of light absorption in human brain.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90, 3770-3774 (1993).</li><li>Villringer, A., Planck, J., Hock, C., Schleinkofer, L., Dirnagl, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near+infrared+spectroscopy+(NIRS):+a+new+tool+to+study+hemodynamic+changes+during+activation+of+brain+function+in+human+adults.">Near infrared spectroscopy (NIRS): a new tool to study hemodynamic changes during activation of brain function in human adults.</a> Neuroscience letters. 154, 101-104 (1993).</li><li>Hoshi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-synchronous+behavior+of+neuronal+activity,+oxidative+metabolism+and+blood+supply+during+mental+tasks+in+man.">Non-synchronous behavior of neuronal activity, oxidative metabolism and blood supply during mental tasks in man.</a> Neuroscience letters. 172, 129-133 (1994).</li><li>Strangman, G., Boas, D. A., Sutton, 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=Non-invasive+neuroimaging+using+near-infrared+light.">Non-invasive neuroimaging using near-infrared light.</a> Biological psychiatry. 52, 679-693 (2002).</li><li>Coyle, S., Ward, T. E., Markham, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-computer+interface+using+a+simplified+functional+near-infrared+spectroscopy+system.">Brain-computer interface using a simplified functional near-infrared spectroscopy system.</a> Journal of neural engineering. 4, 219-226 (2007).</li><li>Ayaz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+brain+monitoring+for+operator+training+and+mental+workload+assessment.">Optical brain monitoring for operator training and mental workload assessment.</a> Neuroimage. , (2011).</li><li>Izzetoglu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+near-infrared+neuroimaging.">Functional near-infrared neuroimaging.</a> IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 13, 153-159 (2005).</li><li>Izzetoglu, M., Bunce, S. C., Izzetoglu, K., Onaral, B., Pourrezaei, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+brain+imaging+using+near-infrared+technology.">Functional brain imaging using near-infrared technology.</a> IEEE Eng Med Biol Mag. 26, 38-46 (2007).</li><li>Shalinsky, M. H., Kovelman, I., Berens, M. S., 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=Exploring+Cognitive+Functions+in+Babies,+Children+&#38;+Adults+with+Near+Infrared+Spectroscopy.">Exploring Cognitive Functions in Babies, Children &#38; Adults with Near Infrared Spectroscopy.</a> J. Vis. Exp. (29), e1268-e1268 (2009).</li><li>Izzetoglu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolution+of+field+deployable+fNIR+spectroscopy+from+bench+to+clinical+settings.">The evolution of field deployable fNIR spectroscopy from bench to clinical settings.</a> Journal of Innovative Optical Health Sciences. 4, 1-12 (2011).</li><li>Van Horn, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changing+patterns+of+brain+activation+during+maze+learning.">Changing patterns of brain activation during maze learning.</a> Brain Res. 793, 29-38 (1998).</li><li>Shewokis, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+consolidation+and+contextual+interference+effects+with+computer+games.">Memory consolidation and contextual interference effects with computer games.</a> Perc Motor Skills. 97, 581-589 (2003).</li><li>Magill, R. A., Hall, K. 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+review+of+the+contextual+interference+effect+in+motor+skill+acquisition.">A review of the contextual interference effect in motor skill acquisition.</a> Human Movement Science. 9, 241-289 (1990).</li><li>Ayaz, H., Onaral, 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> Analytical software and stimulus-presentation platform to utilize, visualize and analyze near-infrared spectroscopy measures Masters Degree thesis [dissertation]. , (2005).</li><li>Ayaz, H., Marek, T., Karwowski, W., Rice, 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> Advances in Understanding Human Performance: Neuroergonomics, Human Factors Design, and Special Populations. 3, 21-31 (2010).</li><li>Izzetoglu, M., Chitrapu, P., Bunce, S., Onaral, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+artifact+cancellation+in+NIR+spectroscopy+using+discrete+Kalman+filtering.">Motion artifact cancellation in NIR spectroscopy using discrete Kalman filtering.</a> Biomedical engineering online. 9, 16-16 (2010).</li><li>Huppert, T. J., Diamond, S. 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=HomER:+a+review+of+time-series+analysis+methods+for+near-infrared+spectroscopy+of+the+brain.">HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain.</a> Appl Opt. 48, 280-298 (2009).</li><li>Zhang, Q., Strangman, G., Ganis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+filtering+to+reduce+global+interference+in+non-invasive+NIRS+measures+of+brain+activation:+How+well+and+when+does+it+work?.">Adaptive filtering to reduce global interference in non-invasive NIRS measures of brain activation: How well and when does it work?.</a> Neuroimage. 45, 788-794 (2009).</li><li>Izzetoglu, M., Devaraj, A., Bunce, S., Onaral, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+artifact+cancellation+in+NIR+spectroscopy+using+Wiener+filtering.">Motion artifact cancellation in NIR spectroscopy using Wiener filtering.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 52, 934-938 (2005).</li><li>Cope, 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> The development of a near infrared spectroscopy system and its application for non invasive monitoring of cerebral blood and tissue oxygenation in the newborn infant. , (1991).</li><li>Elwell, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+adult+cerebral+hemodynamics+by+near-infrared+spectroscopy.">Quantification of adult cerebral hemodynamics by near-infrared spectroscopy.</a> Journal of Applied Physiology. 77, 2753-2753 (1994).</li><li>Wyatt, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitation+of+cerebral+blood+volume+in+human+infants+by+near-infrared+spectroscopy.">Quantitation of cerebral blood volume in human infants by near-infrared spectroscopy.</a> Journal of Applied Physiology. 68, 1086-1086 (1990).</li><li>Ayaz, 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> Functional Near Infrared Spectroscopy based Brain Computer Interface PhD thesis [dissertation]. , (2010).</li><li>Wood, J. N., Grafman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+prefrontal+cortex:+processing+and+representational+perspectives.">Human prefrontal cortex: processing and representational perspectives.</a> Nat Rev Neurosci. 4, 139-147 (2003).</li><li>Shadmehr, R., Holcomb, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+correlates+of+motor+memory+consolidation.">Neural correlates of motor memory consolidation.</a> Science. 277, 821-825 (1997).</li></ol>

Dispositivi fNIR, LLC produce l&#39;ottica dello strumento di imaging del cervello e IP licenza e know-how di Drexel University. H. Ayaz, M. Izzetoglu, K. Izzetoglu e B. Onaral sono stati coinvolti nello sviluppo della tecnologia e quindi offerto una quota minore nella nuova azienda Dispositivi di avvio fNIR, LLC.

La corteccia prefrontale (PFC) nel cervello umano facilita il controllo cognitivo il coordinamento dei pensieri e delle azioni in relazione agli obiettivi interni. In particolare, l&#39;anteriore / PFC dorsolaterale è noto a mediare funzioni cognitive superiori quali la gestione delle attività, la pianificazione e la navigazione spaziale 25. fNIR è un portatile, sicuro e non invasivo strumento di controllo del cervello che è stata utilizzata in clinica, di laboratorio e naturale impostazioni per studiare l&#39;attivazione del cervello. Questo studio esplorativo ha dimostrato l&#39;uso della Suite Maze e fNIR per studiare gli aspetti neurocomportamentali della navigazione spaziale. In questo studio esplorativo, la piattaforma MazeSuite viene utilizzato in combinazione con fNIR di studiare gli aspetti neurocomportamentali della navigazione spaziale nel PFC dorsolaterale e per dimostrare la combinazione di questi due strumenti. MazeSuite è una piattaforma sperimentale di progettazione, presentazione e analisi. Consente la creazione e applicazione di semplici ambienti 3D con una interfaccia grafica user friendly e registra automaticamente le misure comportamentali per soggetto o nel confronto tra soggetti. Durante la presentazione di ambienti MazeSuite, simultanea tempo sincronizzato fNIR misurazioni sono state scattate con un normale portatile, continuo sistema fNIR onda (Imager 1000, Dispositivi fNIR, LLC) e COBI software Studio 15. fNIR precedentemente è stato stabilito come uno strumento sicuro ed efficace di monitoraggio non invasivo del cervello in clinica, di laboratorio e naturale le impostazioni per lo studio di attivazione cerebrale 7,11 ed è usato in questo studio per analizzare le risposte cognitive associate a disturbi durante la contestuale dei compiti di navigazione spaziale. Per esaminare gli effetti delle interferenze pratica contestuale ordine, i soggetti sono stati presentati sia con bassa interferenza (BLK) o interferenze alta (RND) per la pratica. Questi gli orari pratica distinte sono stati utilizzati per testare l&#39;effetto di apprendimento virtuali multipli spaziale compiti labirinto di navigazione attraverso test acquisizione, il mantenimento e il trasferimento. I risultati indicano che il comportamento sia per ordini pratica, c&#39;è una tendenza monotona diminuzione del tempo totale necessario per completare labirinto, suggerendo che come pratica i soggetti, hanno completato ogni labirinto in brevi periodi di tempo. Inoltre, la velocità media con cui i soggetti navigato il labirinto (velocità labirinto) è aumentato con la pratica. Questi miglioramenti in misure comportamentali attraverso il tempo si prevede deduzioni di apprendimento. Significa ossi-emoglobina variazioni di concentrazione durante le prove pratiche indicano che la pratica BLK richiesta di attivazione cerebrali superiori rispetto alle RND per la pratica. RND pratica portato a tempi di realizzazione più veloce e la lunghezza dei percorsi più brevi rispetto all&#39;ordine pratica BLK sia per la conservazione ed il trasferimento, rispettivamente. Una tendenza al ribasso osservata nel frattempo ossi-Hb per BLK e RND pratica negli studi di ritenzione indicando una ridotta attività nella PFC. Questo risultato è atteso come la ricerca precedente ha suggerito che vi è una riduzione dell&#39;attività del PFC durante le fasi successive di apprendimento 12,26. Inoltre, la navigazione in labirinti nuovo durante la fase di trasferimento richieste di attivazione cerebrali superiori per pratica soggetta BLK rispetto alla pratica RND soggetto. Dato che l&#39;ordine pratica era diversa per i compiti già imparato (cioè, maze1, maze2 e maze3), questo ordine casuale stratificato pratica per il soggetto che ha imparato le attività di un sequenziale (BLK pratica) al fine potrebbe essere stato sufficientemente originali da richiedere ulteriore sforzo e le risorse cognitive per svolgere i compiti 12,26. Tuttavia, per il RND pratica, la fase di trasferimento di attivazione neurale non è stata superiore alla fase di ritenzione. Questi risultati confermano i risultati del PET con la navigazione spaziale di labirinti virtuali riportato da Van Horn e colleghi 12. In sintesi, abbiamo descritto l&#39;uso di MazeSuite in combinazione con COBI Studio per uno studio sugli effetti di interferenza contestuale relativi alla pratica ordine quando l&#39;apprendimento spaziale compiti di navigazione. I metodi fNIR discusse qui non si limitano a compiti di navigazione spaziale e può essere utilizzato per una varietà di attività in studi di neuroimaging altri. Fasi di progettazione, realizzazione, acquisizione e analisi dei dati dello studio sono stati spiegati con l&#39;intento di fornire una linea guida per gli studi futuri.

<ul><li> Maze Suite www.mazesuite.com </li><li> fNIR Imager 1000 www.fnirdevices.com </li></ul>

using mazesuite and functional near infrared spectroscopy to study learning in spatial navigation

MazeSuite è un set di strumenti completo per preparare, presentare e analizzare esperimenti di navigazione e spaziale 1. MazeSuite può essere utilizzato per progettare e modificare adattato ambienti virtuali 3D, tenere traccia delle prestazioni comportamentali uno dei partecipanti &#39;all&#39;interno dell&#39;ambiente virtuale e la sincronizzazione con dispositivi esterni per le misure fisiologiche e di neuroimaging, tra cui elettroencefalogramma e eye tracking. Funzionale spettroscopia nel vicino infrarosso (fNIR) è una tecnica di imaging ottico del cervello che permette il monitoraggio continuo, non invasivo, e portatile di variazioni dell&#39;ossigenazione del sangue cerebrale relativi alle funzioni del cervello umano 2-7. Negli ultimi dieci anni fNIR viene utilizzato per monitorare in modo efficace le attività cognitive come l&#39;attenzione, la memoria di lavoro e di problem solving 7-11. fNIR può essere implementato sotto forma di un dispositivo indossabile e minimamente invasiva, ha la capacità di monitorare l&#39;attività cerebrale in ambienti ecologicamente validi. Funzioni cognitive valutata attraverso le prestazioni missione comporta pattern di attivazione cerebrale della corteccia prefrontale (PFC) che variano dal rendimento iniziale compito romanzo, dopo le prove e durante la ritenzione 12. Utilizzando la tomografia ad emissione di positroni (PET), Van Horn e colleghi hanno scoperto che flusso ematico cerebrale regionale è stato attivato nel lobo frontale destro durante la codifica (per esempio, le prestazioni iniziali ingenuo) di navigazione spaziale dei labirinti virtuali, mentre c&#39;era poco da mancata attivazione del regioni frontali dopo le prove e durante i test di ritenzione. Inoltre, gli effetti di interferenza contestuale, un fenomeno di apprendimento relativi alla organizzazione della pratica, sono evidenti quando gli individui acquisiscono più attività in orari diversi la pratica 13,14. Di disturbo ad alta contestuale (orario pratica casuale) si crea quando i compiti da imparare sono presentati in modo non sequenziale, ordine imprevedibile. Bassa interferenza contestuale (orario pratica bloccato) si crea quando i compiti da imparare sono presentati in un ordine prevedibile. Il nostro obiettivo è duplice: in primo luogo per illustrare il processo di progettazione sperimentale, il protocollo e l&#39;utilizzo di MazeSuite, e la seconda, per dimostrare la configurazione e installazione del sistema di monitoraggio fNIR attività cerebrale cognitiva utilizzando ottiche Brain Imaging (COBI) Studio software 15. Per illustrare i nostri obiettivi, un sottocampione di uno studio è riportato che l&#39;uso di entrambe MazeSuite e COBI Studio in un singolo esperimento. Lo studio prevede la valutazione delle attività cognitiva del PFC durante l&#39;acquisizione e apprendimento di compiti labirinto computer per ordini bloccati e casuali. Due destri adulti (un maschio e una femmina) di acquisizione effettuate 315, 30 ritenzione e 20 prove di trasferimento in quattro giorni. Fasi di progettazione, realizzazione, acquisizione e analisi dei dati dello studio sono stati spiegati con l&#39;intento di fornire una linea guida per gli studi futuri.

Watch this Scientific Journal Video about Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation at JoVE.com

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation

MazeSuite è un set di strumenti completo per preparare, presentare e analizzare esperimenti di navigazione e spaziale. Funzionale spettroscopia nel vicino infrarosso (fNIR) è una tecnica di imaging ottico del cervello che permette il monitoraggio non invasivo e portatile di cambiamenti cerebrali ossigenazione del sangue. Questo documento riassume uso collettivo di MazeSuite e fNIR all&#39;interno di un paradigma di apprendimento cognitivo di elaborazione.

Utilizzando MazeSuite e funzionale Near Infrared Spectroscopy per studiare l&#39;apprendimento in navigazione spaziale

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted ...

using-mazesuite-functional-near-infrared-spectroscopy-to-study

Research

JoVE Journal

Neuroscience

30.3K Views.  Drexel University. MazeSuite è un set di strumenti completo per preparare, presentare e analizzare esperimenti di navigazione e spaziale. Funzionale spettroscopia nel vicino infrarosso (fNIR) è una tecnica di imaging ottico del cervello che permette il monitoraggio non invasivo e portatile di cambiamenti cerebrali ossigenazione del sangue. Questo documento riassume uso collettivo di MazeSuite e fNIR all'interno di un paradigma di apprendimento cognitivo di elaborazione.