Name: using fiberless, wearable fnirs to monitor brain activity in real-world cognitive tasks
Uploaded: 2015-12-02T16:00:00
Duration: 10 min 7 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Fiberless, Wearable fNIRS to Monitor Brain Activity in Real-world Cognitive Tasks at JoVE.com

The authors would like to acknowledge funding from the Wellcome Trust (088429/Z/09/Z, 104580/Z/14/Z support to IT).

The authors declare that they have no competing financial interests.

وكان الهدف من هذه الدراسة لتقييم إمكانية استخدام يمكن ارتداؤها وfiberless fNIRS لمراقبة الديناميكية الدموية في الدماغ والأوكسجين التغييرات المرتبطة ب الدماغ نشاط الخلايا العصبية في حالات العالم الحقيقي. تم استخدام نظام fNIRS الأقنية يمكن ارتداؤها وfiberless لقياس نشاط الدماغ خلال قشرة الفص الجبهي أثناء مهمة ذاكرة مستقبلية تجرى خارج المختبر. وبحثت دراسة الحالة ذكرت هنا ما إذا كانت تغيرات في الدماغ في HBO 2 و HHB على المشاركين التحرك بحرية في استجابة لPM العظة الاجتماعية وغير الاجتماعية في تجربة خارج المختبر يمكن رصدها بشكل مستمر وبقوة. استخدام fNIRS على التحرك المشاركين في التجارب القائمة على حياة بحرية يمثل حالة صعبة. في الواقع، يمكن أن حركات الرأس يسبب نزوح التحقيق مع الحركة الفنية يترتب على ذلك أن الفاسدة تحديد البصرية من نشاط الدماغ 36. وعلاوة على ذلك، وأجهزة الاستشعار البصرية حساسة للضوء شارد (على سبيل المثال، وضوء الشمس عند إجراء تجارب خارج)، وخلق ضجيج إضافية في إشارات fNIRS. تقدم دراسة حالة ذكرت مظاهرة الأولية للجدوى نظام fNIRS في مثل هذه التطبيقات واقع الحياة. غياب الألياف البصرية في هذه الأجهزة يمنع اقتران البصرية بين فروة الرأس وoptodes مما أدى إلى قياسات أكثر قوة ضد الحركة الفنية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن سقف التظليل يضمن التدريع جيدة من الضوء الشارد الذي يتجنب الكشف عن التشبع وانخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR). وعلاوة على ذلك، تم العثور على زيادات في HBO 2 وانخفاض في تركيزات HHB في مراسلات PM الزيارات الاجتماعية وغير الاجتماعية (الشكل 3D-E) 11، 37 مما يدعم جدواه. من أجل تقييم ما إذا كانت الاتجاهات الديناميكية الدموية التي لوحظت في الشكل 3D-E ذات دلالة إحصائية لتحديد المناطق وتفعيلها داخل قشرة الفص الجبهي (الشكل 5، فيدEO 1، فيديو 2، الشكل (6)، الشكل 7)، فهناك حاجة إلى تحليلات على مستوى المجموعة. من أجل جعل الاستدلال وتحديد مناطق قشرة الفص الجبهي وظيفيا المتخصصة 38، 39، سوف يعمل في المستقبل تقديم بيانات المجموعة والتحليلات الإحصائية على أساس الخرائط الإحصائية البارامترية (SPM) باستخدام نهج عامة النموذج الخطي (GLM). على الرغم من أن النتائج يجب أن تعتبر أولية، وقد ثبت أن fiberless fNIRS يمكن تقديمه فعليا خارج إعدادات المختبر التقليدية والمستخدمة لرصد الوقت الحقيقي من نشاط الدماغ. هذا يفتح الاتجاهات الجديدة للأبحاث العصبية والأعصاب. هناك مجالين على الأقل واضحة للتطبيق في هذا الصدد. الأولى تتعلق بصحة البيئة. الباحثين علم الأعصاب الإدراكي التحقيق في أنماط نشاط المخ في حين أن الناس يؤدون المهام الإدراكية (باستخدام سبيل المثال.، علامة يعتمد مستوى الأوكسجين في الدمتغيير القاعدة على وكيل في التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي) وذلك في محاولة لاكتشاف كيفية دعم المخ قدراته العقلية لدينا. في بعض الحالات، فمن الممكن لخلق حالات تجريبية في الماسح الضوئي الذي يطابق عن كثب الوضع في الحياة اليومية حيث يتم استخدام عملية الفائدة. تنظر، على سبيل المثال، القراءة. قراءة الكلمات على شاشة أثناء وجوده في الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي المرجح أن يجعل مثل هذه المطالب مماثلة لقراءة الكلمات في الكتاب عندما في المنزل التي اتخذتها تقريبا من المسلم به أن النتائج المستقاة في الماسح الضوئي يمكن أن تساعد في شرح الطريقة التي تنفذ بها الدماغ القراءة في الحياة اليومية. ومع ذلك، لعدة أشكال من السلوك البشري والإدراك، وهذا الافتراض هو أكثر خطورة. على سبيل المثال، والعمليات المعرفية التي يستخدمها أحد المشاركين عندما تقدم الوضع الاجتماعي في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي (حيث مشارك غير متحرك، من تلقاء نفسها، وفي بيئة غير مألوفة للغاية وتخضع لرقابة مشددة) قد يكون جيدا مختلفة في ما يخص هامة لتلك تعمل عندما يكون المشارك socialisجي في الحياة الحقيقية 40. هذا مهم بشكل خاص في علم الأعصاب الاجتماعي حيث التحقيق في يرتبط العصبية من ديناميات بين الشخصية (hyperscanning تسميته، لاستعراض رؤية Babiloni وAstolfi، 2014 41) يتطلب وجود بيئة أكثر طبيعية. hyperscanning أساس تقارير قوائم الجرد الوطنية 42، 43 وبالتالي قد يمثل أداة جديدة لمراقبة نشاط المخ في وقت واحد من شخصين أو أكثر في حالات واقعية. في الواقع، هناك بعض القدرات العقلية التي لا يمكن دراستها بشكل جيد في بيئة اصطناعية للغاية ومقيدة جسديا من الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي، PET أو MEG. تلك التي تنطوي على التمشي أو كبيرة كميات من الحركة الجسدية فضلا عن تلك التي تنطوي على التفاعلات الاجتماعية مرشحين واضحين. لهذا السبب، أن تكون قادرة على دراسة نشاط الدماغ من المشاركين في الحالات الطبيعية غير مرغوب فيه للغاية للباحثين. A، ذات الصلة، منطقة واسعة الثانية من تطبيق تتعلق استخدام هذه التكنولوجيا فيالحالات السريرية. قد يكون مرشح واضح neurorehabilitation، حيث يمكن للمرء أن ترغب في دراسة الآثار على الدماغ من إجراءات التدريب لأنشطة الحياة اليومية (على سبيل المثال، في المطبخ)، أو دواء معين على السكان العصبية فيما يتعلق بهذه الأنشطة. ولكن هذه التكنولوجيا يمكن أيضا ربما تكون وضعت لضبط التعليمية أيضا، وعلى سبيل المثال، لاستخدام &quot;الوقت الحقيقي&quot; الرصد الذاتي من نشاط الدماغ. قابلية، منخفضة المخاطر، والقدرة على استخدامها في الموقع في بيئات العالم الحقيقي مع الحد الأدنى من القيود على السلوك، ويجعل هذه الطريقة تختلف كثيرا عن غيرها المتوفرة حاليا. ومع ذلك، على الرغم من أن أنظمة fNIRS يمكن ارتداؤها تظهر إمكانية الملاحظات في العالم الحقيقي، وهناك قيود الأخرى التي يجب معالجتها عند استخدام fNIRS أثناء المشي الطبيعي. منذ ضوء الأشعة تحت الحمراء ينتقل عن طريق فروة الرأس، أنه حساس للعمليات التي تحدث في كل من لالدماغيND مقصورات خارج المخ من الرأس. وأظهرت دراسات سابقة أن قدرا معينا من الإشارات التي تقاس من خلال fNIRS ينشأ عن التغيرات النظامية 34، 39، 44 التي لا ترتبط مباشرة لنشاط الدماغ (انظر Scholkmann وآخرون. (9) لاستعراض). كما تتأثر الدورة الدموية داخل وخارج الدماغية بسبب التغيرات النظامية على حد سواء، أثار مهمة وعفوية (على سبيل المثال، معدل ضربات القلب وضغط الدم والتنفس، وتدفق الدم الجلد)، وينبغي النظر في التغيرات الفسيولوجية المتعلقة بالنشاط المشي. انها تأتي من الجهاز العصبي اللاإرادي (ANS) النشاط، الذي ينظم معدل ضربات القلب والتنفس وضغط الدم والأوعية قطر من خلال الألياف صادر لها. على نحو أدق، وتقسيم تعاطفا من ANS هو فرط تنشيط أثناء ممارسة الرياضة مما يؤدي إلى معدل ضربات القلب وضغط الدم والتنفس زيادات 45. على سبيل المثال، أظهرت الدراسات السابقة أن التنفس يؤدي الى تغييرات في الضغط الجزئي للdiox الكربونبيئة تطوير متكاملة في الدم الشرياني (باكو 2) والذي بدوره تأثير الدماغي تدفق الدم وحجم الدم في الدماغ 46، 47. وبالإضافة إلى ذلك، ويبين الشكل 3A مثال على زيادات HHB الدورية وHBO 2 الانخفاضات التي تحدث خلال فترات قصيرة سيرا على الأقدام التي يمكن الخلط بينه وبين تعطيل الدماغ. من أجل إجراء مقارنات ثابتة بين الشروط (على سبيل المثال، تقييم ما إذا كانت تغييرات كبيرة في تركيز تحدث يتعلق فترة الأساس)، ينبغي أن تقاس جميع المراحل التجريبية في إطار نفس الولاية النشاط البدني. لهذا السبب، أدرج مرحلة الراحة سار (الراحة 2) لدينا في البروتوكول القائم على الحياة. والتفسير السليم للبيانات fNIRS يتطلب أيضا SNR جيد. وعادة ما يتحقق هذا مع كتلة التقليدية والتصاميم ذات الصلة بالحدث حيث تتكرر التحفيز عدة مرات. التكرار محاكمة والتصاميم الهيكلية ليست دائما ممكنة في تجارب فى الحياة. لهذا السبب، وأجهزة استشعار إضافية والشركة المصرية للاتصالات تحليل المناسبةchniques لحساب التغييرات المنهجية 48 والحركة الفنية ضرورية لتحسين SNR وتفسير إشارات الدماغ بشكل صحيح. ونحن نخطط للتحقيق في تأثير هذه التغييرات المنهجية المتعلقة المشي من خلال استخدام الأجهزة المحمولة لمراقبة معدل التنفس ومعدل ضربات القلب وسرعة المشي. وعلاوة على ذلك، فإن مشكلة الانتعاش الأحداث تحتاج إلى معالجة، أيضا. في التجارب علم الأعصاب المعرفية، والتحقيق في نشاط الدماغ في ما يتعلق المحفزات أو البيئات التي كتبها المشاركين واجهتها، وسلوكهم في استجابة ل، أو تحسبا منها. لذا المجربون تحتاج إلى (أ) معرفة ما هو متاح حاليا للمشارك في بيئتهم، و (ب) لديها سجل حظة تلو لحظة من سلوك المشارك. في حالة مختبر نموذجي هذه العوامل يمكن التحكم بسهولة منذ مجرب يمكن أن تقيد ما تواجه المشاركين، وشكل وعدد من السلوكيات التي يمكن للمشارك جلاء. ومع ذلك، هذا ليسالحال في بيئات &quot;العالم الحقيقي&quot; خارج المختبر، حيث العديد من الأحداث والتجارب التي المشارك البحوث سوف يكون هي خارجة عن سيطرة صارمة من المجرب 49. وفقا لذلك، في &quot;العالم الحقيقي&quot; نوع المهام من النوع درس هنا، وتستخدم سجلات الفيديو لتحليل (على سبيل المثال، Shallice وبورغيس، 1991 3). وهذا يسمح لاسترداد كل من أصيب (على سبيل المثال، على مستوى الكتلة) وعابرة (على سبيل المثال، ذات الصلة الحدث) العمليات التي تدعم مختلف جوانب الأداء (للمراجعة يرى جونين-Yaacovi وبورغيس، 2012 21). الأحداث التي سيتم استردادها من تسجيلات الفيديو سيعتمد على السؤال النظري يجري تناولها في التجربة. في دراسة الحالة المبلغ عنها، تم انتشال onsets الحدث من أشرطة الفيديو تم تصويره من قبل 3 كاميرات. هذا الإجراء من تحديد بداية وانتهاء العظة معينة والاستجابات السلوكية غير شاقة وتتطلب مهارة عندما أجريت على دات القائم على الحياةا. A القضية المركزية هي أن مع &quot;الحياة الحقيقية&quot; تجارب نوع هناك عادة ليست بنفس الدرجة من المعرفة المسبقة للأحداث كما هو الحال مع تلك المستندة إلى المختبر، ويتعين على المشاركين عادة مجالا أكبر في الطريقة التي يمكن أن تستجيب. وعلاوة على ذلك، كمشاركين أحرار في التحرك في بيئة طبيعية وغير المنضبط، وأنهم يواجهون مجموعة متنوعة من المحفزات سريع التغير، وأنه من الصعب لاسترداد الاستجابة الديناميكية الدموية إلى الحدث الحقيقي للفائدة. على سبيل المثال، في دراسة الحالة، والاتجاهات الديناميكية الدموية التي لوحظت HBO 2 و HHB (الشكل 3D-E) ليست لبداية تعافى الفيديو مثل ذات الصلة بالحدث استجابة نموذجية الديناميكية الدموية 38 مرحلة غير الساحلية. HBO 2 و HHB بدء التوالي في الارتفاع والانخفاض 20 ثانية قبل بدء التحفيز وتصل ذروتها بعد ذلك. وبالتالي هناك حاجة تحليلات أخرى لتحديد ما إذا PM العظة الأحداث التي تحدث في الواقع عندما يرى المشارك الهدف، عندما تقترب نحوه أوعندما تصل إلى ذلك. ونظرا للإمكانات تكنولوجيا fNIRS fiberless للتطبيقات السريرية واقع الحياة، والعمل في المستقبل سوف معالجة مشكلة ترميز الفيديو من خلال تطوير خوارزميات جديدة لتحديد onsets الحدث بطريقة أكثر موضوعية، وكذلك استكشاف إمكانية القيام بذلك مباشرة من البيانات fNIRS.

خلل في وظيفة داخل قشرة الفص الجبهي، وخصوصا الفرعي الأكثر الأمامي (قشرة الفص الجبهي منقاري، أو BA10) هو شائع في مجموعة من الظروف التنموية، الأمراض النفسية والعصبية. أنه يسبب اضطرابات ملحوظة في حل المشكلات والذاكرة وقدرات الإنتباه في الحياة اليومية التي توهن جدا 1،2. ومع ذلك، هذه الأنواع من المشاكل من الصعب تشخيص المرض في المختبر أو العيادة. وذلك لأن العمليات العقلية التي تشارك BA 10 الدعم في التعامل مع الرواية، وحالات مفتوحة العضوية، حيث السلوك ذاتية اللصق، بدأ 3. مثل هذه الحالات من الصعب إعادة بنجاح في المختبر، لأن الوضع الرسمي اصطناعية ومقيدة بإحكام يواجه المشارك عادة في المختبر يمكن أن يتغير سلوكهم والطريقة التي تقترب من المهمة. وهذا يمكن أن تقلل إلى حد كبير من صلاحية القياس لأي أغراض الطبية أو البحثية، مع خطر قوي من تحت التشخيص 4 &lt;/ سوب&gt;. واحدة من قدراتهم المعرفية بدعم من الفص الجبهي حيث هذا هو الأكثر وضوحا هو ذاكرة المحتملين (أي القدرة على تذكر لإجراء عمل في المستقبل)، حيث المعروف منذ وقت طويل أن يمكن أن يكون هناك خلاف كبير بين القياسات التي اتخذت في كل يوم الحياة والمختبر 5. هذه القضايا المنهجية الممكن تجاوز إلى حد كبير إذا الباحثين والأطباء التحقيق قبل الجبهية وظيفة القشرة، بما في ذلك ذاكرة مستقبلية، يمكن القيام بذلك عن طريق أخذ قياساتهم في حالات &quot;العالم الحقيقي&quot;. بينما تقنيات التصوير العصبي تمثل أداة قوية لتحقيق وظيفة الدماغ بطريقة غير الغازية وموضوعية، فإن معظم هذه التقنيات فرض قيود مادية على هذا الموضوع، وبالتالي فهي ليست مناسبة للاستخدام في بيئات الحياة اليومية (على سبيل المثال، الرنين المغناطيسي الوظيفي ( الرنين المغناطيسي الوظيفي)، الدماغ المغناطيسي (MEG)، التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)). نظرا للحاجة لتحقيقوقد وضعت الأدوات الفنية التصوير خارج المختبر ونظرا التحسينات التكنولوجية الحديثة، كهربية المحمولة ويمكن ارتداؤها (EEG) والوظيفية بالقرب من مطياف الأشعة تحت الحمراء (fNIRS) نظم 6-11. واحدة من أهم مزايا fNIRS على EEG هو دقة أعلى في المكاني. وعلاوة على ذلك، فمن أقل حساسية للالحركة الفنية، وامض وحركات العين 12. fNIRS يمكن ارتداؤها هي بالتالي أكثر ملاءمة للاستخدام في سياق الحياة اليومية، كما أنها تفرض القيود المادية أقل من EEG ويسمح بحرية الحركة في بيئة طبيعية أكثر. fNIRS يضيء غير جراحية في الرأس مع الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء (650-900 نانومتر). كما الأنسجة البيولوجية شفافة نسبيا في هذا النطاق الموجي، لا يمكن للضوء تصل إلى الدماغ والحصول على استيعابها من قبل الهيموغلوبين. وبالتالي fNIRS يقيس التغيرات تركيز كل من الأوكسي هيموغلوبين (HBO 2) وديوكسي هيموغلوبين (HHB) إعطاء المعلومات من الأوكسجين والديناميكية الدموية تشانغيس المرتبطة نشاط الدماغ. وبشكل أكثر تحديدا، يعرف الدماغ تفعيل ظيفية وزيادة متزامنة في HBO 2 وانخفاض في HHB 13. ومع ذلك، فإن عمق تغلغل ضوء يعني أن الإشارة لا يمكن استردادها من السطح القشري. كما هو منتشر للغاية الضوء في الأنسجة، وأنه من غير الممكن الحصول على معلومات غاية الهيكلية مكانيا عن الدماغ 14. نظم fNIRS التقليدية تستخدم الألياف البصرية إلى جانب في الرأس لتوجيه الضوء من خلال فروة الرأس وجمع ضوء متناثرة الظهر. على الرغم من أن هذه الصكوك هي المدمجة والمحمولة ومناسبة تماما للبيئة معملية، والألياف البصرية حزم وزنهم تحد من تحركات المشاركين، وإذا لم يستقر بشكل جيد، والتشريد بهم تؤدي إلى تلوث الحركة قطعة أثرية 7. الجيل الجديد من أنظمة fNIRS المنمنمة وfiberless توفر إمكانية استكشاف نشاط الدماغ في حالات واقعية على التحرك بحرية مشاركالصورة ودون قيود مادية كبيرة. حالات واقعية هي قيمة خاصة عند استكشاف المهام التنفيذية البشرية والنظم fNIRS fiberless قد توفر رؤية فريدة في وظائف الدماغ. تم تجهيز أنظمة fiberless الأولى فقط مع عدد قليل من القنوات (على سبيل المثال، قناة واحدة 15 و 2 القنوات 16) الحد من التحقيق إلى مناطق صغيرة. وفي الآونة الأخيرة، وقد وضعت متعددة القنوات أجهزة fNIRS اللاسلكية ويمكن ارتداؤها 6،7، 17-20 إعطاء إمكانية لمراقبة أجزاء أكبر من الرأس على المشاركين التحرك بحرية. في هذه الدراسة، تم استخدام متعدد القنوات الجديدة نظام fNIRS يمكن ارتداؤها وfiberless لرصد والخريطة النشاط قشرة الفص الجبهي خلال ذاكرة المحتملين في العالم الحقيقي (PM) المهمة. ويتكون النظام fNIRS في المقام الأول من وحدة التحقيق مرن (سماعة) التي تغطي كلا من ظهراني جانبي وقشرة الفص الجبهي منقاري (الشكل 1)،وهذا مرتبط إلى وحدة المعالجة (مربع المحمولة) التي تلبس على الخصر المشارك (1D الشكل). ويتكون الرأس تتكون من 6 سطح الثنائيات الليزر مع اثنين من الطول الموجي (705 نانومتر و 830 نانومتر) و 6 ثنائيات ضوئية السيليكون. غياب الألياف البصرية يقلل من الوزن والجزء الأكبر من التحقيق، ويجري أكثر راحة وقوية ضد الحركة الفنية. يتم ترتيب optodes في الهندسة بالتناوب (الشكل 1A) مع الفصل بين optode من 3 سم، وخلق 16 تركيبات مصدر للكشف عن (على سبيل المثال، 16 قنوات القياس) 6. من أجل حماية الرأس من الضوء المحيط، يتم توفير غطاء التظليل (1D الشكل). وكان الهدف من هذه الدراسة للتحقيق وظيفة قشرة الفص الجبهي، خلال مهمة ذاكرة المحتملين في العالم الحقيقي. خلال مهام الذاكرة المحتملين، وطلب من المشاركين أن نتذكر للرد على جديلة نادرة (على سبيل المثال، مألوفةوجه أو متر وقوف السيارات) أثناء أداء مهمة شاقة آخر يعرف باسم &quot;مهمة مستمرة&quot;. في اثنين من كتل مختلفة من هذه المهمة، ويتناقض العظة الذاكرة المحتملين الاجتماعية (شخص) لمنبهات ذاكرة مستقبلية غير الاجتماعية (أ متر وقوف السيارات). وقد تم اختيار هذا التناقض لأنه يمثل تمييزا كبيرا جعل بين أشكال مختلفة من جديلة في المهام المتعلقة بالذاكرة المستقبلية القائمة على الحدث، وذلك يمكن الاحتفاظ النموذج التجريبي على مقربة من &quot;الحياة الحقيقية&quot; الوضع 21. في حين BA 10 ومن المعروف أن تكون حساسة لتجهيز الاجتماعية مقابل المعلومات غير الاجتماعية في بعض الحالات (على سبيل المثال، جيلبرت وآخرون، 2007 22)، وتشير أدلة حديثة إلى أن التغيرات الديناميكية الدموية في مكتبة الإسكندرية 10 المتعلقة المهام المتعلقة بالذاكرة المحتملين نسبيا غير حساسة لجديلة الاختلافات (انظر بيرجس وآخرون، 2011 23 للمراجعة). وهكذا، فإنه هو سؤال مفتوح سواء كانت اجتماعية مقابل العظة غير الاجتماعية يؤثر BA 10 النشاط في سياق نموذج الذاكرة المحتملين. الهدف من هذه الدراسة هو تقييم جدوى استخدام نظام fNIRS لرصد التغيرات الدورة الدموية القشرة قبل الجبهية والأوكسجين الناجم عن مهمة المعرفية في العالم الحقيقي. نحن هنا تقرير دراسة حالة واحدة (أحد المشاركين البالغين الأصحاء، 24 عاما) على استخدام الجهاز fNIRS خلال مهمة ذاكرة مستقبلية، أجريت خارج في موقع نموذجي الشارع لندن ومحاكاة متطلبات الحياة اليومية. على وجه الخصوص، ما إذا كانت التغيرات الديناميكية الدموية في استجابة لPM العظة الاجتماعية وغير الاجتماعية التي يمكن تسجيلها والتحقيق فيها.

<table border="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Wearable Optical Topography</td>
			<td>Hitachi Medical Corporation</td>
			<td></td>
			<td>fNIRS system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Patriot</td>
			<td>Polhemus</td>
			<td></td>
			<td>3D magnetic digitizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ActionCam</td>
			<td>Mobius</td>
			<td></td>
			<td>Subject&#39;s Camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hero3</td>
			<td>GoPro</td>
			<td></td>
			<td>Experimenter&#39;s Camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Panasonic HC-V720</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td></td>
			<td>Experimenter&#39;s Camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Platform for Optical Topography Analysis Tools (POTATo) software</td>
			<td>Hitachi Medical Corporation</td>
			<td></td>
			<td>http://www.hitachi.co.jp/products/ot/analyze/kaiseki_en.html</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using fiberless, wearable fnirs to monitor brain activity in real-world cognitive tasks

وظيفية الأدنى الأشعة تحت الحمراء الطيفي (fNIRS) هي تقنية تصوير الأعصاب يستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة لمراقبة نشاط المخ. بناء على اقتران الوعائية العصبية، fNIRS قادرة على قياس تركيز الهيموجلوبين يتغير الثانوي لنشاط الخلايا العصبية. بالمقارنة مع تقنيات التصوير العصبي أخرى، fNIRS يمثل حلا وسطا جيدا من حيث القرار المكانية والزمانية. وعلاوة على ذلك، فمن المحمولة، خفيفة الوزن، وأقل حساسية للالحركة الفنية ولا يفرض القيود المادية كبيرة. ولذلك فمن المناسب لرصد مجموعة واسعة من المهام المعرفية (على سبيل المثال، السمعية وتحليل المشي والتفاعل الاجتماعي) والسكان العمرية المختلفة (على سبيل المثال، المواليد الجدد، والكبار والمسنين). وقد فتحت التطورات الأخيرة في الأجهزة fNIRS fiberless الطريق إلى تطبيقات جديدة في مجال البحوث الأعصاب. وهذا يمثل فرصة فريدة لدراسة النشاط الوظيفي خلال التجارب في العالم الحقيقي، التي يمكن أن تكون أكثر حساسية ودقة في الحمارessing وظيفة الادراك والخلل من الاختبارات على أساس المختبر. وبحثت هذه الدراسة استخدام fiberless fNIRS لمراقبة نشاط المخ أثناء مهمة ذاكرة المحتملين في العالم الحقيقي. يتم تنفيذ هذا البروتوكول خارج تقاس المختبر والهيموجلوبين الدماغ تغيرات تركيز مستمر على مدى قشرة الفص الجبهي بينما يمشي هذا الموضوع في جميع أنحاء من أجل إنجاز العديد من المهام المختلفة.

ويعرض الشكل 3 مثال على HBO 2 و إشارات HHB الامم المتحدة المجهزة (قناة 8) سجلت خلال PM التجربة القائمة على الحياة في دراسة الحالة هذه (الشكل 3A) وإشارات المقابلة (الشكل 3C) بعد معالجتها مسبقا (الشكل 3B ). ويبين الشكل 4 طيف الطاقة المويجات من قناة HBO 8 2 وإشارات HHB التي المستطيل يدل على مدى التردد مع الحفاظ على تصفية الفرقة بالمرور. وبالنظر إلى حقيقة أن المشاركين كان يسير خارج في كافة مراحل التجربة ونقل رأسه لتنفيذ المهمة، وكان نظام fNIRS قوية ضد الحركة الفنية وأشعة الشمس. في الواقع، HBO 2 العلاوات والتناقصات HHB يمكن العثور عليها في المراسلات إلى غير الاجتماعية (الشكل 3D) والاجتماعية (الشكل 3E) أحداث ذاكرة المحتملين. هذه الاتجاهات تدل عادة نشاط المخ وظيفية 13، 35. وفيالواقع، عندما يتم تنشيط منطقة الدماغ، والطلب الخلايا العصبية &#39;التمثيل الغذائي لزيادة الأكسجين مع الزيادات اللاحقة في إقليمي تدفق الدم إلى المخ. كما يتم تسليم معظم الأكسجين إلى الخلايا من خلال الهيموجلوبين، ولوحظت زيادات في HBO 2 وانخفاض في تركيزات HHB خلال نشاط الدماغ وظيفية 9. المناطق داخل قشرة الفص الجبهي الذي يحمل هذه الاتجاهات يمكن تقييمها من قبل التوزيع المكاني للHBO 2 و HHB قيم تركيز معين على جبهته (الشكل 5 فيديو 1 فيديو 2). ويرد مثال على كيفية توزيع استجابات الدماغ لPM الحدث الاجتماعي عبر كل القنوات في الشكل (5). 5A الشكل وتقرير الشكل 5B على التوالي التوزيع المكاني على جبين HBO 2 و HHB لPM الحدث الاجتماعي (ر = 2455 الصورة)، في حين الشكل 5C والشكل 5D تقرير respectiv<html> اعل التوزيع المكاني للHBO 2 و HHB لPM الحدث غير الاجتماعي (ر ق = 1744). يبين الشكل 5 مواقع إقليمية (قنوات) حيث زيادة في HBO 2 (الأحمر والشكل 5A-C) وانخفاض في HHB (الأزرق والشكل 5B-D) ويمكن ملاحظتها بوضوح، مما يدل على وظيفة زيادة الدماغ. وقدم مثالا على النشاط قبل الجبهي القشرة كيف لPM الاجتماعي وPM الأحداث غير الاجتماعية وتوزيعه عبر قنوات التغيير مع مرور الوقت في فيديو 1 وفيديو 2. بالإضافة إلى ذلك، أرقام 6 و 7 تظهر البيانات من جميع القنوات المقابلة ل نوافذ زمنية المدرجة في فيديو 1 وفيديو 2، على التوالي. الديناميكية الدموية ويمكن ملاحظة التغييرات الأوكسجين في الشكل 3A ذات الصلة المشي. ويزيد HHB واضحة و HBO 2 انخفاضات تحدث أثناء ظروف المشي، وتتم إزالة هذه بعد المعالجة التمهيدية. <html> ontent &quot;FO: المحافظة على together.within صفحة =&quot; دائما &quot;&gt; <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig1.jpg" /> تكوين الشكل 1. fNIRS سماعة التنسيب والقنوات. الترتيب Optodes في التحقيق fNIRS هو موضح في لوحة A. الدوائر الحمراء تشير إلى نقاط الحقن (المصادر)، والدوائر الصفراء للنقاط جمع (كشف) والدوائر الخضراء القنوات القياسات. يتم وضع مسبار على جبهته (B، C، D) مع قناة 9 في المراسلات نقطة FPZ وقنوات 8-9 تتماشى مع خط الوسط ناسيون-Inion. يتم تحويل قنوات موقع الرقمية في MNI نظام الإحداثيات وتتداخل على قشرة الدماغ (E). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> 6 / 53336fig2.jpg &quot;/&gt; وتشير الشكل 2. 10-20 نظام الإشارات التشريحية. وأبرز الدوائر النقاط المرجعية المختارة يتم وضع علامة على رأس المشاركين (نيوزيلندي = ناسيون، عز = Inion، LPA = اليسار قبل أذني، الجيش الوطني الرواندي = الحق قبل الأذني). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig3.jpg" /> الشكل 3. الإشارة تيار ما قبل المعالجة. (A) إتش بي أو 2 وHHB إشارات الخام المأخوذة من قناة تمثيلية (قناة 8). خطوط سوداء تشكل بداية ونهاية كل حالة تجريبية. خطوط خضراء وأرجواني علامة يضرب ذاكرة مستقبلية غير الاجتماعية والاجتماعية. العلامات النجمية تشير إلى الظروف مشى. (R1 = الراحة 1؛ R2 = الراحة 2، B = خط الأساس؛ أغش = الجارية ملوثة. PMns = غيرذاكرة مستقبلية -الأخبار الاجتماعية. رئيسا وزراء = ذاكرة مستقبلية الاجتماعية؛ شركة الغاز العمانية = الملوثة مستمر). (B) وتظهر هذه اللوحة قبل معالجة تدفق الرسم البياني تطبيقها على القناة 8 إشارات الخام. (C) وترد إشارات معالجتها قبل الناجمة عن ذلك. (D، E) HBO 2 الزيادة والنقصان HHB تحدث استجابة لاختياره غير الاجتماعي (D) والاجتماعية (E) يضرب الذاكرة المحتملين. عادة ما يرتبط هذا الاتجاه الدورة الدموية إلى تنشيط وظيفية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 4" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig4.jpg" /> الرقم 4. المويجات أطياف السلطة. (A، B) وترد أطياف السلطة المويجات من قناة HBO 8 2 وإشارات الخام HHB في لوحة A و B، على التوالي. خطوط سوداء تشكل بداية ونهاية كل حالة تجريبية. العلامات النجمية تشير إلى الظروف مشى. (R1 = الراحة 1؛ R2 = الراحة 2، B = خط الأساس؛ أغش = الجارية ملوثة. PMns = الذاكرة غير الاجتماعية المستقبلية. بمس = الذاكرة الاجتماعية المستقبلية. OGC = الجارية ملوثة). المستطيل الأسود يبرز مدى التردد الحفاظ عليها من خلال تصفية الفرقة تمرير (،008-0،2 هرتز). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 5" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig5.jpg" /> الرقم 5. التوزيع المكاني للنشاط القشرية لPM الأحداث. يتم تعيين HBO 2 و HHB التغييرات التركيز على القشرة الخارجية للدماغ لتحديد النشاط الوظيفي استجابة لPM المناسبات الاجتماعية (AB) وPM الأحداث غير الاجتماعية (CD). HBO 2وتؤخذ القيم HHB في تي = 2455 ثانية لPM الحدث الاجتماعي (AB) و t = 1744 ثانية لPM الحدث غير الاجتماعي (CD). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (6)" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig6.jpg" /> الرقم 6. الأوكسي هيموغلوبين وديوكسي هيموغلوبين إشارات لجميع القنوات استجابة لPM الأحداث غير الاجتماعية، وخطوط خضراء تشير إلى PM الأحداث غير الاجتماعية (ر = 1744 ثانية ور = 1792 ثانية). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 7" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig7.jpg" /> الرقم 7. الأوكسي هيموغلوبين وديوكسي هيموغلوبين سيجNALS لجميع القنوات استجابة لPM الحدث الاجتماعي. الخط البنفسجي يدل على PM الحدث الاجتماعي (ر = 2455 ثانية). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig7large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 7" src="/files/ftp_upload/53336/53336mov1.jpg" /> فيديو 1. HBO 2 والتغييرات تركيز HHB لPM المناسبات الاجتماعية. ويظهر الفيديو كيف HBO 2 (اللوحة اليسرى) وHHB (اللوحة اليمنى) تتطور مع مرور الوقت في حين أن المشاركين يقترب إلى الهدف PM الاجتماعي. الفيديو من الكاميرا المرفقة يتزامن الصدر مجرب و. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/Video2_new.mp4" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة هذا الفيديو.</a> <img alt="الرقم 7" src= &quot;/ ملفات / ftp_upload / 53336 / 53336mov2.jpg&quot; /&gt; الفيديو 2. HBO 2 و تركيز HHB تغييرات PM الأحداث غير الاجتماعية. ويظهر الفيديو كيف HBO 2 (اللوحة اليسرى) وHHB (اللوحة اليمنى) تتطور مع مرور الوقت في حين أن المشاركين يقترب إلى PM المستهدفة غير الاجتماعي. الفيديو من الكاميرا المرفقة يتزامن الصدر مجرب و. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/Video1_new.mp4" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة هذا الفيديو.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Using Fiberless, Wearable fNIRS to Monitor Brain Activity in Real-world Cognitive Tasks at JoVE.com

Using Fiberless, Wearable fNIRS to Monitor Brain Activity in Real-world Cognitive Tasks

رصد نشاط الدماغ خارج المختبر دون قيود مادية تحديات المنهجية. A fiberless، وكان يستخدم الأشعة تحت الحمراء الطيفي يمكن ارتداؤها الأدنى (fNIRS) نظام وظيفي لقياس نشاط الدماغ أثناء مهمة استطلاعية الذاكرة البيئية. وقد تبين أن هذا النظام يمكن استخدامها لمراقبة نشاط المخ أثناء التجارب غير مختبر القائم.

باستخدام Fiberless، fNIRS لبس لمراقبة نشاط المخ في المهام المعرفية في العالم الحقيقي

Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a neuroimaging technique that uses near-infrared light to monitor brain activity. Based on neurovascular ...

Research

JoVE Journal

Behavior

How to Detect Amygdala Activity with Magnetoencephalography using Source Imaging

كيفية الكشف عن نشاط اللوزة مع الدماغ المغناطيسي باستخدام التصوير المصدر

In trace fear conditioning a conditional  stimulus (CS) predicts the occurrence of the unconditional stimulus (UCS),  which is presented after a brief ...

A Method for Investigating Age-related Differences in the Functional Connectivity of Cognitive Control Networks Associated with Dimensional Change Card Sort Performance

منهج في التحقيق المتعلقة العمر الاختلافات في الربط الوظيفي للتحكم الشبكات المعرفية المرتبطة بتغير الأبعاد بطاقة الأداء ترتيب

The ability to adjust behavior to sudden changes in the environment develops gradually in childhood and adolescence. For example, in the Dimensional ...

Automated Visual Cognitive Tasks for Recording Neural Activity Using a Floor Projection Maze

الآلي المهام البصرية المعرفي للتسجيل العصبية آخر باستخدام الإسقاط الطابق المتاهة

Neuropsychological tasks used in primates to investigate mechanisms of learning and memory are typically visually guided cognitive tasks. We have ...

Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks

كشف بيت الصمم: اضطرابات كشف إيقاع مع فنجر تزامن التنصت والمهام الإدراكية التوقيت

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here ...

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

نقل المهام المعرفية بين الدماغ التصوير الطرائق: الآثار المترتبة على تصميم العمل ونتائج التفسير في دراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي

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

Practical Methodology of Cognitive Tasks Within a Navigational Assessment

المنهجية العملية للمهام الإدراكي في غضون تقييم الملاحي

This paper describes an approach for measuring navigation accuracy relative to cognitive skills. The methodology behind the assessment will thus be ...

Event-related Potentials During Target-response Tasks to Study Cognitive Processes of Upper Limb Use in Children with Unilateral Cerebral Palsy

الإمكانيات ذات الصلة بالحدث أثناء المهام الهدف الاستجابة لدراسة العمليات المعرفية العليا أطرافهم استخدام في الأطفال الذين يعانون من الشلل الدماغي من جانب واحد

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral ...

Comparing the Frequency Effect Between the Lexical Decision and Naming Tasks in Chinese

وبمقارنة تأثير التردد بين قرار المعجمة والمهام تسمية باللغة الصينية

In psycholinguistic research, the frequency effect can be one of the indicators for eligible experimental tasks that examine the nature of lexical access. ...

A Real-world What-Where-When Memory Test

A Real-world What-Where-When Memory Test

A ريال-وورد<em&gt; ما، أين، متى</em&gt; اختبار الذاكرة

Episodic memory is a complex memory system which allows recall and mental re-experience of previous episodes from one&#39;s own life. Real-life episodic ...

Automated, Long-term Behavioral Assay for Cognitive Functions in Multiple Genetic Models of Alzheimer's Disease, Using IntelliCage

الآلي، التحليل السلوكي طويلة الأجل للوظائف المعرفية في عدة نماذج الوراثية لمرض الزهايمر، باستخدام إينتيليكاجي

Multiple factors&#8212;such as aging and genes&#8212;are frequently associated with cognitive decline. Genetically modified mouse models of cognitive ...