Bu iş için Harçlar Pensilvanya # 240468 # 4100037709 taşeron ve Drexel Üniversitesi fason # 280773 Topluluğu kısmen sağlanmıştır.

Bir düzenleme programı labirent ortamlarda (MazeMaker), bir görselleştirme / resimleme modülü (MazeWalker), ve nihayet bir analiz ve yol görselleştirme aracı (MazeAnalyzer) oluşturmak için; Labirent-Suite üç ana uygulamalardan oluşur. Aşağıdaki bölümlerde MazeSuite kullanımı tanımlamak ve daha fazla ayrıntı için, her modül için tek MazeSuite üç ek video mevcuttur. 1. Tasarımı labirentine Labirent-Suite içinde MazeMaker uygulaması, sadece bir kuş bakışı görünüme bir iki boyutlu (2D) tuval bunları çizerek üç boyutlu (3D) ortamları oluşturmasına olanak sağlar. Duvarlar ve zeminler koordinatları belirtmek için fare tıklaması ile çizilebilir ve kullanıcılar 3D nesne dosyalarını içe ya da pozisyon, yönelim, renk, doku ve ışıklar gibi labirent içindeki öğelerin özelliklerini düzenleyebilirsiniz. Labirent başlangıç ​​ve bitiş bölgeleri böyle bir zaman aşımı gibi diğer çıkış kriterlere ek olarak tayin edilebilir. Separate metin mesajları da her çıkış koşulu için bir katılımcı bilgilendirmek için görüntülenebilir. Tasarım aşamasında, labirentine MazeMaker içindeki &#39;hızlı koşmak&#39; fonksiyonu kullanılarak test edilebilir. Işlevsel görüntüleme çalışmaları için, katılımcılar genellikle tekrarlanan denemeler ile bir dizi görevi gerçekleştirmek için istenir. Tekrarlanan denemelerin bu test kolaylaştırmak için, MazeMaker deneysel bir oturum için labirentine ve metin mesajları listeler sıralanır labirent liste dosyaları oluşturabilirsiniz. Bu deney için labirent listesi dosyası denemenin gün önce hazırlanmalı ve iyice pilot test önemlidir. MazeMaker ortamlarda kullanımı ve geliştirilmesi için üstünkörü bir öğretici &#39;- MazeMaker Tamamlayıcı videosu II&#39; de verilmiştir. 2. fNIR Kurulum ve fNIR sensör-pad yerleştirerek FNIR Kutusu Hazırlama <ol><li> FNIR kutusunun arkasında iki kablo konnektörleri vardır. Yuvanın birs USB bağlantısı içindir ve diğer bağlantı güç kablosu içindir. </li><li> Veri toplama için kullanılan bir PC veya Laptop için USB kablo aracılığıyla fNIR cihaz kutusu bağlayın. </li><li> Cihazın güç adaptörünü bağlayın ve anahtarı açmak. </li><li> Şerit kablo fNIR kutusu ile sensör pad bağlamak için kullanılır. <ol class="lalpha"><li> Sensör pad evler ışık kaynağı (LED) ve foto dedektörler. </li><li> LED&#39;ler sırasıyla, esas olarak deoksijenlenmedeki ve oksijenli-hemoglobin emilir ve böylece biyolojik doku nüfuz edebilir 730nm ve 850nm dalga boyunda kızıl ötesi ışık yayar. </li></ol></li></ol> Sensör-pad Yerleştirme <ol class="lalpha"><li> Sensör yerleştirilmesinden önce alnındaki saçlarını kaldırmak için katılımcı değildir. Sadece kaş üzerinde sensör şerit yerleştirin. Burun içinden geçer, aynı zamanda dikey simetri ekseni ile algılayıcının merkezine maç </li><li> Sensörünüalnına sıkıca pad ve başın arka kısmında bir araya kabloları tutmak için bir klip kullanabilirsiniz. Kesinlikle gerekli değil, baş-wrap veya tenis bandana sensör pad sabitlemek için tavsiye edilirken. </li><li> Alnına sensör pad yerleştirerek üzerine fNIR kutusuna şerit kablonun iki ucunu takın. Şerit kablolar &#39;Ben&#39; ve karşılık gelen &#39;Ben&#39; ve cihaz üzerinde &#39;II&#39; konnektörleri ile şerit kablonun &#39;II&#39; taraf eşleştirerek eklenmelidir. </li></ol> Veri toplama için Cobi Studio Yazılımı ile başlayan <ol><li> Ana penceresini açmak için masaüstü Bilişsel Optik Beyin Görüntüleme (Cobi) Studio13 simgesine tıklayın. </li><li> Program veri toplama ve görselleştirme için belirli önceden yapılan ayarlarla gelecektir. </li><li> Bu kontrol ve teyit veri toplama parametreleri ve gerekirse cihaz ayarlarını iletişim de (işaretleyici senkronizasyon) tetikleme önemlidir. </li><li> Exper &quot;eğer Cobi Studio otomatik olarak tüm ilgili veri dosyaları adlandırabilirsiniziment modu Yeni Deneme &quot;sihirbaz&quot; kullanılarak etkinleştirilir &quot;. </li><li> Deneme oturumu bir log (* txt.) Belirteç veriler için (* nir.) FNIR veriler için, (* mrk.) Ve: Veri klasörü, dosya 3 çeşit oluşturulur. </li></ol> 3. Deney Koşu: labirentine Rendering Cihaz fNIR veri toplama ayarlanması ve başlangıç <ol><li> LED Drive Cari nasıl parlak her LED parlar tanımlar. LED Drive Şu an için varsayılan değeri 20mA olduğunu. Bu değer cilt pigmentasyonu ve katılımcı diğer özelliklerine göre değiştirmek zorunda kalabilirsiniz. LED akım için önerilen aralığı 20mA 5mA arasındaki </li><li> Tüm kanallar için başlangıçta bir kazanç için varsayılan değer 20&#39;dir. Kazanç için önerilen değerler 1,5,10,15,20 vardır. </li><li> &#39;Başlat Geçerli aygıt&#39; bağlantısını tıklayın ve sinyal kalitesini inceleyin. Ham yoğunluk değerleri Cobi yaklaşımı 4000 yılında gösterilen veya altında 1000; ise, &#39;Durdur Aygıt&#39; ı tıklatın ve LED Sürücü Akım ve Cihaz ayarlayınUygun değerler elde edilinceye kadar kazanın. Düşük sinyal durumlarda, artan Cihaz Kazanç önce Şimdiki LED Drive artırın. Doymuş sinyal koşullar altında LED Sürücü Mevcut azaltmadan önce Aygıt Kazanç azaltır. Sinyal kalitesi kabul edilebilir olduğunda, Adım 4 ile devam edin. </li><li> Baseline başlayın. Bu 10 saniye veri toplamak ve oksi-ve deoksi-hemoglobin 8 konsantrasyonu değişiklikleri hesaplamak için ayarlanmış bir modifiye Beer-Lambert denklemi temel olarak kullanacak. </li><li> Baseline tam olsun (10-20 saniye sürebilir) </li><li> &#39;Kaydı başlat&#39; düğmesine tıklayın. Bu, tüm verileri kaydetmek başlayacaktır. Deney protokolü bundan sonra başlamalıdır. </li><li> Experimenter ekranın sol alt köşesinde bulunan el işareti menüsünü kullanarak &#39;add manuel marker düğmelere basarak belirli olaylar göstermek için deney oturum boyunca el işaretleri eklemek için seçebilirsiniz. </li><li> Görsel uyaranlara sunmak Labirent Suite başlatın. </li></ol> USIlabirentine işlemek için ng MazeWalker <ol><li> Başlat az menüden MazeWalker Çalıştır&gt; Labirent Suite&gt; MazeWalker </li><li> Gelişmiş altındaki menüde gelen &#39;Seri Port Enable&#39;&gt; Seri Port seçeneğini seçerek işareti senkronizasyonunu açma. Doğru COM bağlantı noktası adresi seçili olduğundan emin olun. </li><li> Labirent listesi dosyası (MazeMaker tarafından oluşturulan) seçin, ve ayrıca bu oturum için yeni bir günlük dosyası için bir ad seçin. İsim veya katılımcı sayısı yürüteç alanında kaydedilebilir. İsteğe otolog otomatik yerine manuel günlük dosyası belirtmeden bir zaman damgalı günlük dosyasına kaydetmek için kullanılan olabilir. </li><li> Click sürecini başlatmak için &#39;Başlat&#39;ı. Video ayarlarına bağlı olarak, protokol tam ekran çalıştırabilir veya pencere modunda olabilir. </li></ol> 4. Öznenin yolu görselleştirme MazeAnalyzer kullanarak, araştırmacı labirent ve günlük dosyalarından labirent ve katılımcının yolunu görselleştirmek olabilir. De dahil olmak üzere ek olarak, bir özet raporutoplam yol uzunluğu ve Her labirent tamamlanma süresini üstünkörü davranışsal tedbirler olarak üretilmektedir. Log dosyaları bir konu hem de öznenin bakış vektör ve nesnelerle etkileşim seyahat ettiği yol hakkında milisaniye çözünürlükte bilgileri içerir. Bir öğretici videosu &quot;Tamamlayıcı video ben - MazeAnalyzer &#39;sağlanır ve sonuçlar bölümünde açıklanan davranış ölçümleri üretmek için yöntemler birlikte MazeAnalyzer temel işlevselliği kullanımı anlatılmaktadır. 5. FNIR veri ve analiz İşleme Gürültü giderme veri işleme için ilk adımdır. Gürültü kaynakları) Kafa Hareketi 2) 1 içerir, kalp hızı ve solunum ve 3) Alet ve çevre ile ilgili gürültü gibi fizyolojik sinyaller. Baş hareketleri fNIR dedektörleri onları teşhir, cilt ile temasında kayması ve kaybetmenize neden olabilir: 1) ortam ışığı; 2) ışığı doğrudan fr yayılanom fNIR kaynakları; veya 3) Işık cilt yansıyan değil, korteks doku yansıyan olmaktan. Bu fNIR veri ani ve büyük çiviler neden çünkü hareket artefaktı Bu tip kolaylıkla tanınabilir. Kafasının hareketini bir daha ince obje serebral kan üzerinde yerçekimi etkisi nedeniyle. Hızlı baş hareketi kan verilerin eş zamanlı çarpıklaşması ile (ya da azalan) hızla artmaktadır, (veya uzak) doğru kan hacmi izlenmekte olan bölgede hareket etmesine neden olabilir. Hareket artefaktı bu tip dinamikler onlar beyin aktivasyonu nedeniyle gerçek hemodinamik yanıtı ile karışabilir LED &quot;pop&quot; daha yavaş olduğundan. FNIR doğal ortamlarda 16 bir beyin izleme teknolojisi olarak dağıtılan gerekiyorsa nedenle, fNIR verilerden hareket artefaktı kaldırarak önemli ve gerekli bir adımdır. Bu tür kalp atım hızı (0,5 Hz üstünde) ve solunum (0.2 Hz üzerinde) Fizyolojik sinyaller s&#39;den daha yüksek frekans aralıkları altındadıremodynamic tepkiler, bu yüzden, 0,1-0,15 Hz 9 arasındaki kesme frekansı olan bir doğrusal faz düşük-geçiş FIR filtresi kullanılarak ortadan kaldırılabilir. Enstrüman ve çevresel gürültü böyle daylight (DC) ve oda ışığında (60Hz) veya bilgisayar monitörü (60-75Hz) gelen ışık gibi ortam ışığı nedeniyle kaynaklı olabilir. Bu, gürültü bu tür ortadan kaldırmak için en iyi yol göre deney ortamında ve veri toplama sistemi hazırlamak için olduğu öne sürülmektedir. Filtre Bir analog alçak geçiren (anti-aliasing filtre) frekans aralığı örnekleme üzerine yüksek frekanslı gürültü katlama ortadan kaldırmak için fNIR kutusunda uygulamaya konmuştur. Sinyal 17-20 farklı özelliklerini kullanan birçok gelişmiş gürültü azaltma algoritmaları vardır. Verileri (örneğin doymuş) onarılmaz ise, bir konu veya oturumu dışlanabilir Ancak eğer. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig1.jpg" /> Şekil 1. </strong&gt; fNIR sinyal bileşenleri FNIR ham sinyaller ışık yoğunluğu ölçümleri (Bakınız Şekil 1) vardır. İki dalga boylarındaki optik yoğunluk (OD) değişiklikleri ölçerek, göreli oksi-Hb ve deoksi-Hb değişimi zamana modifiye Beer-Lambert Kanunu 21-23 kullanılarak elde edilebilir. Belirli bir giriş dalga boyunda OD (λ) giriş ışık şiddeti (I) ve çıkış (tespit) ışık şiddeti (dışarı) logaritmik oranıdır. OD da konsantrasyon (c) ve yok olma katsayısı kromofor (e), ışık kaynağı ile detektör arasında düzeltilir mesafe (d), artı, bir sabit azalma faktörü (G) ile ilgilidir. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443eq1.jpg" alt="Denklem 1" /> İki farklı zaman örnekleri de aynı I olması ve temel (I rest) sırasında ve görev (I testi), wavelen için OD farkı performansı sırasında ışık yoğunluğu tespitGTH λ olduğu <img src="/files/ftp_upload/3443/3443eq2.jpg" alt="Denklem 2" /> Iki farklı dalga boylarında OD Ölçme verir <img src="/files/ftp_upload/3443/3443eq3.jpg" alt="Denklem 3" /> 2x2 matris olmayan tekil ise, bu denklem grubu konsantrasyonlarda çözülebilir. Tipik olarak, iki dalga boyunda (~ 805nm deoksi emilim spektrumu aşağıda ve isosbestic noktasının üzerinde) diğer doku kromoforları, ve ii göre oksi-Hb ve deoksi-Hb emme baskın olduğu 700-900nm içinde i) seçilmiştir - ve oksi-Hb, sırasıyla deoksi-Hb ya da oksi-Hb birine emme değişiklikleri odaklama) birbirine çapraz. Bu çalışmada kullanılan fNIR alet 730nm ve 850nm dalga boylarını kullanmaktadır. Son olarak, işaretleri (zaman senkronizasyon sinyalleri) kullanarak, taban / dinlenme ve görevlerin dönemleri etiketli ve oksijenasyon veri özellikleri seçmek öyle ki, demek min ve olarak ayıklanırmaksimum değerleri. Cobi Studio çiğ ışık şiddeti ölçümleri ve hesaplanan oksijenasyon değerleri (modifiye bira lambert kanunu kullanarak) metin tabanlı dosyaları yanı sıra, zaman senkronizasyonu (işaretleyici) dosyaları hem de kaydeder. Cobi Studio ayrıca sonlu dürtü yanıtı alçak geçiren veya band geçiren filtreler gibi gürültü giderme yöntemleri uygulamak için kullanılabilir. Çıktı dosyaları gibi yaygın analiz yazılımı (Matlab, Excel, SPM ve SPSS) veya daha ileri işlemler için böyle fnirSoft 24 gibi özel analiz yazılımı ihraç edilebilir. 6. Temsilcisi Sonuçlar: fNIR Sinyal Örnekler İki dalga boyu bileşenleri ile tek bir ölçüm konumu (730nm ve 850nm) Rakamlar 2-5 önayar fNIR ham sinyaller ayrı ayrı gösterilir. Şekil 2, Şekil 3 ve 4. kabul edilemez ise, geçerli ve kabul edilebilir bir sinyal devir temsil eder ve atılır gerekmektedir. Şekil 5 hareket artefaktı ile kontamine olmuş ham sinyal sunulur ve temizlenmeli veya disk gerekirarded. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig2.jpg" alt="Şekil 2," /> Şekil 2. İyi fNIR ham sinyal örneği <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig3.jpg" alt="Şekil 3" /> Şekil 3. A bad fNIR ham sinyal örneği 850nm kanal doymuş olduğu. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig4.jpg" alt="Şekil 4," /> Şekil 4. Donanım sorunu veya kablo bağlantı sorunu var kötü bir fNIR ham sinyal örneği. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig5.jpg" alt="Şekil 5," /> Şekil 5. Hareket eserler vardır kötü bir fNIR ham sinyal örneği. Çalışma Protokolü Öğrenme Değerlendirmeleri iyi retansiyonu (örneğin, bellek) ve transfer (yani, genellenebilirliğini) testleri ile örneklenmiştir. Çalışmamızda, üç labirentine (maze1, maze2 ve maze3) idi105 denemeleri üç gün boyunca her toplam satın alma aşamasında uygulanmaktadır. Iki koşulları; rasgele uygulama sırası (RND) ile bloke edilmiş uygulama düzeni (BLK) Şekil 6 &#39;de özetlenmiştir. İki konularda dört günlük bir çalışma için gönüllü oldu. 4. gününde, 10 tutma denemeleri Her labirent için yapılmıştır ve labirentine rastgele sırayla sunuldu. İki roman labirentine (maze4 ve maze5) ek koridorları ve başlangıçta uygulanan labirentine farklı başlangıç ​​ve bitiş noktaları olduğu oluşturuldu. Denekler iki yeni labirentine her biri için on denemeler tamamlandı. Bu labirentine bir transfer adımını oluşturmuştur ve tüm rastgele sırayla sunuldu. Aktarım aşaması labirentine her konu edinimi labirentine ile öğrenme ve uygulama genelleme başardı ölçüde belirlemek için kullanılmıştır. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig6.jpg" alt="Şekil 6" /> Şekil 6. Örnek deney protokolüne anahat. Davranış Araştırma Sonuçlarına Aşağıdaki 7 ile 9 arasındaki rakamlar, her gün karşısında deneklerin ortalama özellik değerleri (yol uzunluğu, tamamlanma toplam süre ve hız) görüntüler. Birincisi, maze1, maze2 ve maze3 sonuçları hem RND ve BLK uygulama için listelenir. Sonraki, maze4 ve maze5 sonuçları bloke uygulama sonuçlarına karşı rastgele karşılaştırmak için listelenmiştir. Tüm hata çubukları ortalama (SEM) standart hata vardır. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig7.jpg" alt="Şekil 7" /> Şekil 7. RND toplam yol uzunluğu, tamamlama ve ortalama hızı toplam süresi dahil kazanma ve tutma görevler için davranışsal performans özeti uygulama. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig8.jpg" alt="Şekil 8," /> Şekil 8. Toplam yol uzunluğu dahil kazanma ve tutma görevleri için BLK uygulamada davranışsal performans özeti, tamamlanma toplam süresive ortalama hız. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig9.jpg" alt="Şekil 9" /> Şekil 9. Toplam yol uzunluğu, tamamlama ve ortalama hızı toplam süreye dahil transferi görevler için Davranışsal performans BLK karşılaştırılması vs RND uygulamadır. Eğitim fNIR Sonuçlar Başlangıca Oksijenli hemoglobin konsantrasyonu değişiklikleri MazeWalker (başlangıç ​​ve her labirentin sonuna gösterir) alınan belirteç verilerini kullanarak her bireyin labirent zaman boyunca ortalaması alınmıştır. Büyük büyüklüğünü konsantrasyon değişiklikleri bölgesel beyin aktivasyonu daha yüksek düzeyde temsil etmek için alınır. Aktivasyonunun yüksek seviyedeki RND uygulamaya göre BLK uygulama için saklama ve aktarma görevlerini de gözlenmedi. RND uygulama (Şekil 10 bakınız) ile karşılaştırıldığında transferi görevleri sırasında, aktivasyon düzeyi yüksek BLK uygulaması altında görüldü. BLK uygulama konusu için, aktarmakdenemeler tutma denemeleri kıyasla daha yüksek aktivasyon gereklidir. (Şekil 11 bakınız) BLK uygulamaya konu karşıt olarak RND uygulama konusu için, aktivasyon düzeyi transferi ve alıkoyma görevler için farklı değildi. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig10.jpg" alt="Şekil 10" /> Şekil 10. Hem tutma görevleri (solda) ve transfer görevleri (sağda) için BLK vs RND uygulama için ortalama oksi-Hb konsantrasyonu değişimlerinin karşılaştırılması. <img src="/files/ftp_upload/3443/3443fig11.jpg" alt="Şekil 11" /> Şekil 11. BLK (solda) ve RND (sağda) pratikte hem de kalıcılık vs transferi görevler için ortalama oksi-Hb konsantrasyonu değişimlerinin karşılaştırılması.

<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>

fNIR Cihazlar, LLC Drexel Üniversitesi optik beyin görüntüleme cihazı ve lisanslı IP ve know-how üretmektedir. H. Ayaz, M. Izzetoglu, K. Izzetoglu ve B. Onaral teknoloji geliştirme yer almakta ve böylece yeni bir başlangıç ​​şirketi fNIR Cihazlar, LLC küçük bir pay teklif edildi.

Insan beyninde prefrontal korteks (PFK) düşünceleri ve iç hedeflere ilişkin eylemlerin koordinasyonu üzerinde bilişsel kontrolü kolaylaştırır. Özellikle, dorsolateral anterior / PFC tür görev yönetimi, planlama ve mekansal navigasyon 25 gibi yüksek bilişsel fonksiyonları arabuluculuk bilinmektedir. fNIR beyin aktivasyonu çalışma klinik, laboratuar ve doğal ortamlarında kullanılan bir taşınabilir, güvenli ve noninvaziv beyin izleme aracıdır. Bu keşifsel çalışmada Labirent Suite ve mekansal navigasyon nörodavranışsal yönlerini incelemek için fNIR kullanımını göstermiştir. Işte bu çalışmada, MazeSuite platformun dorsolateral PFC mekansal seyir nörodavranışsal yönlerine okumak için ve bu iki araç kombinasyonu göstermek için fNIR ile birlikte kullanılır. MazeSuite deneysel bir tasarım, sunum ve analiz platformudur. Basit 3D çevre oluşturulması ve uygulama sağlarBir kullanıcı dostu grafik arayüzü ile ments ve otomatik olarak konu içinde veya konu karşılaştırmalar genelinde için davranışsal tedbirler kaydeder. MazeSuite ortamlarının tanıtımı, eşzamanlı zamanın senkronize fNIR ölçümleri, piyasada bulunan, taşınabilir, sürekli dalga fNIR sistemi (Imager 1000, fNIR Cihazlar, LLC) ve Cobi Studio yazılımı 15 kullanılarak alınmıştır. Sırasında fNIR önce beyin aktivasyonu 7,11 çalışma için klinik, laboratuvar ve doğal ortamlarında güvenli ve etkili bir noninvaziv beyin izleme aracı olarak kurulmuştur ve mekansal navigasyon görevlerin sırasında bağlamsal girişimi ile ilişkili bilişsel yanıtları incelemektir bu çalışmada kullanılmıştır. Uygulamada sipariş bağlamsal girişim etkilerini incelemek için, deneklerin düşük parazit (BLK) veya yüksek girişim (RND) uygulama için ya sunuldu. Bu farklı uygulama programları çoklu öğrenme etkisini test etmek için kullanılmıştırtoplama, saklama ve transfer testleri genelinde ple sanal mekansal gösterime labirent görevleri. Davranışsal sonuçlar hem uygulama siparişler için, konuların pratik olarak, onlar kısa süreler her labirent tamamlanmış düşündüren, labirent tamamlamak için gerekli toplam süre içinde monoton azalan bir eğilim olduğunu göstermektedir. Ayrıca, deneklerin labirent navigasyon hangi ile ortalama hız (labirent hızı) uygulaması ile artmıştır. Zaman içinde davranışsal tedbirler bu gelişmeler öğrenme çıkarımlar bekleniyor. Uygulamada denemeler sırasında oksi-Hb konsantrasyonu ortalama değişiklikler RND uygulama emri ile karşılaştırıldığında BLK pratikte yüksek beyin aktivasyonu gerekli olduğunu göstermektedir. Saklama ve transfer, sırasıyla hem BLK uygulama sırasına göre RND hızlı bir tamamlanma süresi ve kısa yol uzunluklarında sonuçlandı uygulama. RND BLK için ortalama oksi-Hb gözlenen ve bir düşme eğilimi azalır ac belirten retansiyonu çalışmalar boyunca İnançPFK&#39;de bilirlik. Önceki araştırma 12,26 öğrenme ilerleyen aşamalarında PFC aktivitesinde bir azalma olduğunu ileri sürdü gibi bu bulgu bekleniyor. Ayrıca, aktarım aşamasında yeni labirentine gezinti RND konusu uygulamaya göre BLK uygulamaya tabi yüksek beyin aktivasyon gereklidir. Pratikte sipariş zaten, (yani, maze1, maze2 ve maze3) bir sıralı (BLK uygulamada) sırayla görevleri öğrendiğimiz konu için bu tabakalı rasgele uygulama amacıyla öğrenilen görevler için farklı olduğunu göz önüne alındığında gerektirecek yeterince romanı olmuş olabilir görevleri 12,26 gerçekleştirmek için ek çaba ve bilişsel kaynaklar. Bununla birlikte, RND uygulama için, sinir aktivasyon faz transferi tutma faz daha yüksek değildir. Bu bulgular Van Horn ve arkadaşları 12 tarafından bildirilen sanal labirentine mekansal navigasyon ile PET bulguları doğrulamıştır. Summ yılındaary, biz mekansal seyrüsefer görevlerini öğrenme zaman sipariş uygulamaya ilişkin bağlamsal parazitlerin etkisi üzerine bir çalışma için Cobi Studio ile birlikte MazeSuite kullanımı nitelendirdi. Burada tartışılan yöntemler fNIR uzaysal gösterime görevleri ile sınırlı değildir ve başka beyin çalışmalarda çeşitli görevleri için de kullanılabilir. Tasarım, uygulama, veri toplama ve araştırmanın analiz aşamaları ileride yapılacak çalışmalar için bir kılavuz sağlamak niyeti ile açıklanmıştır.

<ul><li> Labirent 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 hazırlama, sunma ve seyir ve mekansal deneyler 1 analiz için tam bir araç setidir. MazeSuite tasarlamak ve düzenlemek uyarlanmış 3 boyutlu sanal ortamlarda, sanal ortamda bir katılımcı davranış performansını izlemek ve EEG ve göz izleme gibi fizyolojik ve nörogörüntüleme tedbirler için harici cihazlar ile senkronize etmek için kullanılabilir. Fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIR) insan beyninin işlevlerini 2-7 ilişkili serebral kan oksijenlenme değişimlerinin, sürekli noninvaziv ve taşınabilir izleme sağlayan bir optik beyin görüntüleme tekniğidir. Son on fNIR fazla bellek ve 7-11 problem çözme çalışma, etkili, dikkat gibi bilişsel görevleri izlemek için kullanılır. fNIR bir takılabilir ve minimal müdahaleci cihaz formunda uygulanabilir;, ekolojik olarak geçerli bir ortamda beyin etkinliğini izlemek için kapasitesine sahiptir. 12 sırasında, ilk romanı görev performansı değişebilir prefrontal korteks (PFK) beyin aktivasyon örüntüleri içerir. Hiçbir aktivasyon orada küçük iken bölgesel serebral kan akımı sanal labirentine mekansal navigasyon kodlama (yani, ilk naif performans) sırasında sağ frontal lobda aktive olduğu bulunmuştur pozitron emisyon tomografisi (PET), Van Horn ve arkadaşları kullanma uygulama sonrası ve kalıcılık testleri sırasında frontal bölgelerde. Bireylerin farklı uygulama programları 13,14 altında çoklu görevler elde Dahası, bağlamsal girişim, uygulama organizasyonu ile ilgili bir öğrenme olgusunun, etkileri belirgindir. Öğrenilmesi gereken görevleri bir sıralı olmayan, öngörülemeyen sipariş verildiğinde, Yüksek içeriksel girişim (rastgele uygulama programı) oluşturulur. Düşük bağlamsal paraziti (blokeöğrenilmesi gereken görevler öngörülebilir bir sırayla sunulduğunda uygulama programı) oluşturulur. Burada Amacımız iki yönlüdür: Önce Bilişsel Optik Beyin Görüntüleme (Cobi) Studio yazılımı 15 kullanarak fNIR beyin aktivitesi izleme sistemi kurulumu ve dağıtım göstermek için, deneysel protokol tasarım süreci ve MazeSuite kullanımı, ve ikinci göstermek için. Hedeflere örnek olarak, bir çalışma, bir alt örnek tek bir deney içinde MazeSuite ve Cobi Studio hem de kullanımını göstermek için sunulmaktadır. Çalışmanın bloke ve rastgele siparişler için bilgisayar labirent görevleri edinimi ve öğrenme sırasında Prefrontal korteksin bilişsel aktivite değerlendirmesini içerir. İki sağ elini yetişkin (bir erkek, bir kadın) dört gün boyunca 315 edinimi, 30 saklama ve 20 aktarma denemeleri yapılmıştır. Tasarım, uygulama, veri toplama ve araştırmanın analiz aşamaları ileride yapılacak çalışmalar için bir kılavuz sağlamak niyeti ile açıklanmıştır.

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 hazırlama, sunma ve seyir ve mekansal deneyleri analiz için tam bir araç setidir. Fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIR) serebral kan oksijenlenme değişikliklerin noninvaziv ve taşınabilir izleme sağlayan bir optik beyin görüntüleme tekniğidir. Bu kağıt bir bilişsel işleme öğrenme paradigması içinde MazeSuite ve fNIR kolektif kullanımını özetlemektedir.

Mekansal Navigasyon Öğrenme Eğitim için Infrared Spektroskopisi civarında MazeSuite ve Fonksiyonel kullanma

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

30.4K Görüntüleme.  Drexel University. MazeSuite hazırlama, sunma ve seyir ve mekansal deneyleri analiz için tam bir araç setidir. Fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIR) serebral kan oksijenlenme değişikliklerin noninvaziv ve taşınabilir izleme sağlayan bir optik beyin görüntüleme tekniğidir. Bu kağıt bir bilişsel işleme öğrenme paradigması içinde MazeSuite ve fNIR kolektif kullanımını özetlemektedir.

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

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains technically challenging. One approach, Activation-Induced Manganese-enhanced MRI (AIM MRI), has been used successfully to map neuronal activity in rodents 1-5. In AIM MRI, Mn2+ acts a calcium analog and accumulates in depolarized neurons 6,7. Because Mn2+ shortens the T1 tissue property, regions of elevated neuronal activity will enhance in MRI. Furthermore, Mn2+ clears slowly from the activated regions; therefore, stimulation can be performed outside the magnet prior to imaging, enabling greater experimental flexibility. However, because Mn2+ does not readily cross the blood-brain barrier (BBB), the need to open the BBB has limited the use of AIM MRI, especially in mice.
One tool for opening the BBB is ultrasound. Though potentially damaging, if ultrasound is administered in combination with gas-filled microbubbles (i.e., ultrasound contrast agents), the acoustic pressure required for BBB opening is considerably lower. This combination of ultrasound and microbubbles can be used to reliably open the BBB without causing tissue damage 8-11.
Here, a method is presented for performing AIM MRI by using microbubbles and ultrasound to open the BBB. After an intravenous injection of perflutren microbubbles, an unfocused pulsed ultrasound beam is applied to the shaved mouse head for 3 minutes. For simplicity, we refer to this technique of BBB Opening with Microbubbles and UltraSound as BOMUS 12. Using BOMUS to open the BBB throughout both cerebral hemispheres, manganese is administered to the whole mouse brain. After experimental stimulation of the lightly sedated mice, AIM MRI is used to map the neuronal response.
To demonstrate this approach, herein BOMUS and AIM MRI are used to map unilateral mechanical stimulation of the vibrissae in lightly sedated mice 13. Because BOMUS can open the BBB throughout both hemispheres, the unstimulated side of the brain is used to control for nonspecific background stimulation. The resultant 3D activation map agrees well with published representations of the vibrissae regions of the barrel field cortex 14. The ultrasonic opening of the BBB is fast, noninvasive, and reversible; and thus this approach is suitable for high-throughput and/or longitudinal studies in awake mice.

A technique is described for broadly opening the blood-brain barrier in the mouse using microbubbles and ultrasound. Using this technique, manganese can be administered to the mouse brain. Because manganese is an MRI contrast agent that accumulates in depolarized neurons, this approach enables imaging of neuronal activity.

Ultrasonik Kan-beyin bariyeri bozulması ve Manganez kontrastlı MRG kullanma İşlevsel beyin görüntüleme

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Nörobilim

Immunohistochemical Visualization of Hippocampal Neuron Activity After Spatial Learning in a Mouse Model of Neurodevelopmental Disorders

Induction of phosphorylated extracellular-regulated kinase (pERK) is a reliable molecular readout of learning-dependent neuronal activation. Here, we describe a pERK immunohistochemistry protocol to study the profile of hippocampal neuron activation following exposure to a spatial learning task in a mouse model characterized by cognitive deficits of neurodevelopmental origin. Specifically, we used pERK immunostaining to study neuronal activation following Morris water maze (MWM, a classical hippocampal-dependent learning task) in Engrailed-2 knockout (En2-/-) mice, a model of autism spectrum disorders (ASD). As compared to wild-type (WT) controls, En2-/- mice showed significant spatial learning deficits in the MWM. After MWM, significant differences in the number of pERK-positive neurons were detected in specific hippocampal subfields of En2-/- mice, as compared to WT animals. Thus, our protocol can robustly detect differences in pERK-positive neurons associated to hippocampal-dependent learning impairment in a mouse model of ASD. More generally, our protocol can be applied to investigate the profile of hippocampal neuron activation in both genetic or pharmacological mouse models characterized by cognitive deficits.

We describe an immunohistochemistry protocol to study the profile of hippocampal neuron activation following exposure to a spatial learning task in a mouse model characterized by cognitive deficits of neurodevelopmental origin. This protocol can be applied to both genetic or pharmacological mouse models characterized by cognitive deficits.

Nörogelişimsel Bozukluklar Fare Modeli Mekansal Öğrenme ardından Hipokampal Nöron Faaliyet immünohistokimyasal Görselleştirme

Induction of phosphorylated extracellular-regulated kinase (pERK) is a reliable molecular readout of learning-dependent neuronal activation. Here, we ...

Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles

Clinical research has leveraged a variety of paradigms to assess cognitive decline, commonly targeting spatial learning and memory abilities. However, interest in the cognitive processes of nonmodel species, typically within an ecological context, has also become an emerging field of study. In particular, interest in the cognitive processes in reptiles is growing although experimental studies on reptilian cognition are sparse. The few reptilian studies that have experimentally tested for spatial learning and memory have used rodent paradigms modified for use in reptiles. However, ecologically important aspects of the physiology and behavior of this taxonomic group must be taken into account when testing for spatially based cognition. Here, we describe modifications of the dry land Barnes maze and associated testing protocol that can improve performance when probing for spatial learning and memory ability in small squamate reptiles. The described paradigm and procedures were successfully used with male side-blotched lizards (Uta stansburiana), demonstrating that spatial learning and memory can be assessed in this taxonomic group with an ecologically relevant apparatus and protocol.

This paper describes a modification of the Barnes maze, a standard rodent paradigm used to assess spatial memory and learning, for use in small squamate reptiles.

Küçük pul pul Sürüngenler Mekansal Öğrenme ve Bellek değerlendirilmesi

Clinical research has leveraged a variety of paradigms to assess cognitive decline, commonly targeting spatial learning and memory abilities. However, ...

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in remote locations. This paper shows the development of field functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) imaging to the study of child language, reading, and cognitive development in a rural village setting of C&#244;te d&#39;Ivoire. Innovation in methods and the development of culturally appropriate neuroimaging protocols allow&#160;a first-time look into the brain&#39;s development and children&#39;s learning outcomes in understudied environments. This paper demonstrates protocols for transporting and setting up a mobile laboratory, discusses considerations for field versus laboratory neuroimaging, and presents a guide for developing neuroimaging consent procedures and building meaningful long-term collaborations with local government and science partners. Portable neuroimaging methods can be used to study complex child development contexts, including the impact of significant poverty and adversity on brain development. The protocol presented here has been developed for use in C&#244;te d&#39;Ivoire, the world&#39;s primary source of cocoa, and where reports of child labor in the cocoa sector are common. Yet, little is known about the impact of child labor on brain development and learning. Field neuroimaging methods have the potential to yield new insights into such urgent issues, and the development of children globally.

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy NIRS Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Portable neuroimaging approaches (functional Near Infrared Spectroscopy) provide advances to the study of the brain in previously inaccessible regions; here, rural C&#244;te d&#39;Ivoire. Innovation in methods and development of culturally-appropriate neuroimaging protocols permits novel study of the brain&#39;s development and children&#39;s learning outcomes in environments with significant poverty and adversity.

Kullanarak küresel çocuk gelişimi eğitimi için kızılötesi spektroskopi (NIRS) Nörogörüntüleme fonksiyonel beyin görüntüleme alanı yöntemleri: kırsal Sahra Güneyi Afrika

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding of the neurobiological underpinnings of social interactions, and possibly interpersonal relationships. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is well suited for conducting hyperscanning experiments because it measures local hemodynamic effects with a high sampling rate and, importantly, it can be applied in natural settings, not requiring strict motion restrictions. In this article, we present a protocol for conducting fNIRS hyperscanning experiments with parent-child dyads and for analyzing brain-to-brain synchrony. Furthermore, we discuss critical issues and future directions, regarding the experimental design, spatial registration of the fNIRS channels, physiological influences and data analysis methods. The described protocol is not specific to parent-child dyads, but can be applied to a variety of different dyadic constellations, such as adult strangers, romantic partners or siblings. To conclude, fNIRS hyperscanning has the potential to yield new insights into the dynamics of the ongoing social interaction, which possibly go beyond what can be studied by examining the activities of individual brains.

The present protocol describes how to conduct fNIRS hyperscanning experiments and analyze brain-to-brain synchrony. Further, we discuss challenges and possible solutions.

Hyperscanning deneyler fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi ile

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study of neuroscience as cellular function is determined by the composition and activity of cellular proteins. In this article, we describe how immunocytochemistry can be combined with near-infrared high-resolution scanning to provide a semi-quantitative measure of protein expression in distinct brain regions. This technique can be used for single or double protein expression in the same brain region. Measuring proteins in this fashion can be used to obtain a relative change in protein expression with an experimental manipulation, molecular signature of learning and memory, activity in molecular pathways, and neural activity in multiple brain regions. Using the correct proteins and statistical analysis, functional connectivity among brain regions can be determined as well. Given the ease of implementing immunocytochemistry in a laboratory, using immunocytochemistry with near-infrared high-resolution scanning can expand the ability of the neuroscientist to examine neurobiological processes at a systems level.

Here, we present a protocol that uses near-infrared dyes in conjunction with immunohistochemistry and high-resolution scanning to assay proteins in brain regions.

Kemirgen beyninde protein Ifadesini ölçmek için yakın kızılötesi floresan ve yüksek çözünürlüklü tarama kullanma

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by inspecting the relationship between the neural and hemodynamic signals. EEG is an electrophysiological technology that can measure the rapid neuronal activity of the cortex, whereas fNIRS relies on the hemodynamic responses to infer brain activation. The combination of EEG and fNIRS neuroimaging techniques can identify more features and reveal more information associated with the functioning of the brain. In this protocol, fused EEG-fNIRS measurements were performed for concurrent recordings of evoked-electrical potentials and hemodynamic responses during a Flanker task. In addition, the critical steps for setting up the hardware and software system as well as the procedures for data acquisition and analysis were provided and discussed in detail. It is expected that the present protocol can pave a new avenue for improving the understanding of the neural mechanisms underlying various cognitive processes by using the EEG and fNIRS signals.

The present protocol describes how to perform concurrent EEG and fNIRS recordings and how to inspect the relationship between the EEG and fNIRS data.&#160;

Flanker Görevi ile Eşzamanlı Elektroensefalografi ve Fonksiyonel Yakın Kızılötesi Spektroskopi Kayıtlarının Yapılması

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

Qualitative and Comparative Cortical Activity Data Analyses from a Functional Near-Infrared Spectroscopy Experiment Applying Block Design

Neuroimaging studies play a pivotal role in the evaluation of pre- vs. post-interventional neurological conditions such as in rehabilitation and surgical treatment. Among the many neuroimaging technologies used to measure brain activity, functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) enables the evaluation of dynamic cortical activities by measuring the local hemoglobin levels similar to functional magnetic resonance imaging (fMRI). Also, due to lesser physical restriction in fNIRS, multiple variants of sensorimotor tasks can be evaluated. Many laboratories have developed several methods for fNIRS data analysis; however, despite the fact that the general principles are the same, there is no universally standardized method. Here, we present the qualitative and comparative analytic methods of data obtained from a multi-channel fNIRS experiment using a block design. For qualitative analysis, we used a software for NIRS as a mass-univariate approach based on the generalized linear model. The NIRS-SPM analysis shows qualitative results for each session by visualizing the activated area during the task. In addition, the non-invasive three-dimensional digitizer can be used to estimate the fNIRS channel locations relative to the brain. To corroborate the NIRS-SPM findings, the amplitude of the changes in hemoglobin levels induced by the sensorimotor task can be statistically analyzed by comparing the data obtained from two different sessions (before and after intervention) of the same study subject using a multi-channel hierarchical mixed model. Our methods can be used to measure the pre- vs. post-intervention analysis in a variety of neurological disorders such as movement disorders, cerebrovascular diseases, and neuropsychiatric disorders.

We describe the analysis of continuous-wave functional near-infrared spectroscopy experiment using a block design with a sensorimotor task. To increase the reliability of the data analysis, we used the qualitative general linear model-based statistical parametric mapping and the comparative hierarchical mixed models for multi-channels.

Blok Tasarımı Uygulayan İşlevsel Yakın Kızılötesi Spektroskopi Deneyinden Nitel ve Karşılaştırmalı Kortikal Aktivite Veri Analizleri

Neuroimaging studies play a pivotal role in the evaluation of pre- vs. post-interventional neurological conditions such as in rehabilitation and surgical ...

Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy

Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a noninvasive method particularly suitable for measuring cerebral cortex activation in multiple subjects, which is relevant for studying group interpersonal interactions in ecological settings. Although many fNIRS systems technically offer the possibility to monitor more than two individuals simultaneously, establishing easy-to-implement setup procedures and reliable paradigms to track hemodynamic and behavioral responses in group interaction is still required. The present protocol combines fNIRS and video-based observation to measure interpersonal synchronization in quartets during a cooperative task.This protocol provides practical recommendations for data acquisition and paradigm design, as well as guiding principles for an illustrative data analysis example. The procedure is designed to assess differences in brain and behavior interpersonal responses between social and non-social conditions inspired by a well-known ice-breaker activity, the Collaborative Face Drawing Task. The described procedures can guide future studies to adapt group naturalistic social interaction activities to the fNIRS environment.

The present protocol combines functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) and video-based observationto measure interpersonal synchronization in quartets during a collaborative drawing task.

İşlevsel Yakın Kızılötesi Spektroskopi Kullanarak İşbirlikçi Çizim Sırasında Grup Senkronizasyonu

Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a noninvasive method particularly suitable for measuring cerebral cortex activation in multiple subjects, ...

fNIRS Çalışmalarında Devrim Yaratmak: Nöral Eşleşmeye Yeni Bir Yaklaşım

New Framework for Understanding Cross-Brain Coherence in Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) Hyperscanning Studies

Despite the growing body of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) hyperscanning studies, the assessment of coupling between two neural signals using wavelet transform coherence (WTC) seems to ignore the directionality of the interaction. The field is currently lacking a framework that allows researchers to determine whether a high coherence value obtained using a WTC function reflects in-phase synchronization (i.e., neural activation is seen in both members of the dyad at the same time), lagged synchronization (i.e., neural activation is seen in one member of the dyad prior to the other member), or anti-phase synchronization (i.e., neural activation is increased in one member of the dyad and decreased in the other). To address this need, a complementary and more sensitive approach for analyzing the phase coherence of two neural signals is proposed in this work. The toolbox allows investigators to estimate the coupling directionality by classifying the phase angle values obtained using traditional WTC into in-phase synchronization, lagged synchronization, and anti-phase synchronization. The toolbox also allows researchers to assess how the dynamics of interactions develop and change throughout the task. Using this novel WTC approach and the toolbox will advance our understanding of complex social interactions through their uses in fNIRS hyperscanning studies.

Yazar Spotlight: fNIRS Çalışmalarında Yeni İçgörülerin Kilidini Açmak - Beyinler Arası Senkronizasyon Analizi için Yeni Bir Çerçeve 

Wavelet transform coherence (WTC) is a common methodology for assessing the coupling between signals that is used in functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) hyperscanning studies. A toolbox for assessing the directionality of the signal interaction is presented in this work.

Fonksiyonel Yakın Kızılötesi Spektroskopisi (fNIRS) Hipertarama Çalışmalarında Beyinler Arası Tutarlılığı Anlamak için Yeni Çerçeve

Despite the growing body of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) hyperscanning studies, the assessment of coupling between two neural signals ...