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.

מטרת המחקר הייתה להעריך את השימוש הפוטנציאלי של fNIRS לביש ובלי הסיבים לעקוב אחר שינויי haemodynamic המוח וחמצון הקשורים לפעילות עצבית במוח במצבים בעולם האמיתי. מערכת fNIRS רבת ערוצים לביש ובלי סיבים שימשה למדידת פעילות מוח על קליפת המוח הקדם חזיתית במהלך משימת זיכרון פוטנציאלי שבוצעה מחוץ למעבדה. מקרה המחקר דיווח כאן בחן אם שינויים במוח בHBO 2 וHHb על משתתף לנוע בחופשיות בתגובה לרמזים PM חברתיים ולא חברתיים בניסוי מחוץ למעבדה יכולים להיות במעקב רציף וחסונה. השימוש בfNIRS על העברת משתתפים בניסויים מבוסס חיים בחופשיות מייצג מצב מאתגר. למעשה, תנועות ראש יכולות לגרום להתקות בדיקה עם חפצי תנועה עקב שמושחתים זיהוי האופטי של פעילות מוח 36. יתר על כן, חיישנים אופטיים רגישים לסטות אור (למשל., אור שמש, כאשר ניסויים מבוצעים מחוץ), יצירת רעש נוסף באותות fNIRS. מקרה המחקר דיווח מספק הפגנה ראשונית של ההיתכנות של מערכת fNIRS ביישומי חיים אמיתיים כזה. היעדר סיבים אופטיים בהתקנים כגון prevents צימוד אופטי בין הקרקפת וכתוצאה מכך optodes מדידות חזקות יותר נגד ממצאי תנועה. בנוסף, כובע ההצללה מבטיח מיגון טוב מהאור התועה אשר ימנע הרוויה גלאים ויחס נמוך אות לרעש (SNR). יתר על כן, עלייה בHBO 2 וירידה בריכוזי HHb נמצאו בהתכתבות של להיטי PM חברתיים ולא חברתיים (איור 3D-E) 11, 37 תומכים נוספים היתכנותה. כדי להעריך אם מגמות haemodynamic נצפו באיור 3D-E הן משמעותיות מבחינה סטטיסטית ולאתר אזורים מופעלים בתוך קליפת המוח הקדם חזיתית (איור 5, Vidאיו 1, 2 וידאו, איור 6, איור 7), ניתוחים ברמת הקבוצה נדרשים. על מנת להפוך את ההיקש ולזהות אזורי קליפת המוח הקדם חזיתית תפקודי מיוחדים 38, 39, עובד בעתיד יוצגו נתונים קבוצה וניתוחים סטטיסטיים המבוססים על פרמטרים סטטיסטיים מיפוי (SPM) תוך שימוש בגישה כללי לינארי דגם (GLM). למרות שתוצאות יש לקחת בחשבון ראשוני, זה כבר הוכיח כי fNIRS בלי הסיבים יכול להיות מובאת בצורה יעילה מחוץ להגדרות המעבדה המסורתיות ומשמשת לניטור בזמן אמת של פעילות המוח. זה פותח כיוונים חדשים למחקר נוירולוגים ומדעי המוח. יש לפחות שני תחומים ברורים ליישום בהקשר זה. הראשון מתייחס לתקפות אקולוגית. חוקרי מדעי המוח לחקור דפוסי פעילות המוח בזמן שאנשי ביצוע משימות קוגניטיביות (באמצעות דוגמא., סימן תלוי ברמת חמצן בדםשינוי אל כשלוח בMRI התפקודי) כדי לנסות לגלות כיצד המוח תומך ביכולות המנטליות שלנו. במקרים מסוימים, ניתן ליצור מצבים ניסיוניים בסורק התואמים מקרוב מאוד את המצב בחיי היומיום שבו התהליך של העניין משמש. קח, למשל, קריאה. קריאת מילות על תצוגה ואילו בסורק MRI סביר הופכת דרישות דומות כגון לקריאת מילות בספר כאשר בבית שהוא כמעט מובן מאליו שאת התוצאות שלוקטו בסורק יכולות לעזור להסביר כיצד המוח מיישם קריאה בחיי היומיום. עם זאת, לצורות רבות של התנהגות והכרה אנושיות, הנחה זו היא מסוכנת יותר. לדוגמא, התהליכים קוגניטיביים שמשתתף משתמש כאשר מצב חברתי מוצג בסורק MRI (שבו משתתף הוא נייח, בכוחות עצמם, ובסביבה מאוד לא מוכרת וחזקה בשליטה) עשויים להיות שונים בכל הקשור חשובים לאלה עוסק כאשר המשתתף הוא socialising בחיים אמיתיים 40. הדבר חשוב במיוחד במדעי המוח החברתיים שבו החקירה והקושרת העצבית של דינמיקה בין-אישית (hyperscanning מכונה, לבדיקה לראות Babiloni וAstolfi 2014 41) דורשת סביבת נטורליסטי יותר. hyperscanning מבוסס NIRS 42, 43 אולי כך מייצגים כלי חדש כדי לפקח בו זמנית פעילות המוח משני אנשים או יותר במצבים מציאותיים. ואכן, יש כמה יכולות נפשיות שלא ניתן ללמוד גם בסביבה המלאכותית מאוד ומוגבלת פיזי של סורק ה- MRI, PET או MEG. אלה סכומים מעורבים ניידות או גדול של תנועה גופנית כמו גם אינטראקציות החברתיות מעורבים אלה הם מועמדים ברורים. מסיבה זו, להיות מסוגלת ללמוד את פעילות המוח של משתתפים במצבי נטורליסטי רצוי מאוד לחוקרים. אזור שני, קשור, רחב של בקשה נוגע לשימוש בטכנולוגיה זו במצבים קליניים. מועמד ברור עשוי להיות neurorehabilitation, שבו אחד ייתכן שירצה לחקור את ההשפעות על המוח של נהלי הכשרה לפעולות יומיומיות (לדוגמא., במטבח), או בתרופות על אוכלוסיות עצביות מסוימות ביחס לפעילויות אלה. אבל הטכנולוגיה עשויה גם אולי תפותח למסגרות חינוכיות, כמו גם, ודוגמה., לשימוש בניטור עצמי &quot;בזמן אמת&quot; של פעילות מוחית. הניידות, הסיכון נמוך, והיכולת להשתמש בו באתר בסביבות עולם האמיתי עם מגבלה מזערית על התנהגות, גורמים שיטה זו שונה מאוד מאחרים, כי הם זמינים כרגע. עם זאת, למרות שמערכות fNIRS הביש להראות פוטנציאל לתצפיות בעולם אמיתי, יש מגבלות אחרות שיש לטפל בעת שימוש fNIRS במהלך הליכה טבעית. מאז אור אינפרא אדום עובר דרך הקרקפת, הוא רגיש לתהליכים שקורים הן במוחND תאים נוספים-מוחי של הראש. המחקרים קודמים הראו כי כמות מסוימת של האותות נמדדה באמצעות fNIRS נובעת משינויים מערכתיים 34, 39, 44, שאינם קשורים ישירות לפעילות המוח (ראה Scholkmann et al. 9 לסקירה). כהמודינמית הפנים וחוץ-מוחי מושפעים משינויים מערכתיים שני עורר משימה וספונטנית (למשל., קצב לב, לחץ דם, נשימה, זרימת דם בעור), שינויים פיסיולוגיים הקשורים לפעילות ההליכה צריכים להיחשב. הם נובעים ממערכת העצבים האוטונומית (ANS) פעילות, המסדירה קוטר קצב לב, נשימה, לחץ דם וכלי דרך סיבי efferent. לייתר דיוק, החלוקה האוהדת של ANS היא במהלך הפעילות הגופנית המובילה לקצב לב, לחץ דם ומרווחי נשימה של 45 מופעל היפר. לדוגמא, מחקרים קודמים הראו כי נשימה גורמת לשינויים בלחץ חלקי של diox carbonIDE בדם העורקי (פאקו 2) אשר בתורו השפעת זרימת דם במוח ודם במוח 46 נפח, 47. בנוסף, איור 3 א מציג דוגמא של עליות תקופתיות HHb וHBO 2 ירידות המתרחשות בתוך תקופות הליכה שיכול להתבלבל עם שחרור משרות מוח. כדי לעשות השוואות עקביות בין תנאים (לדוגמא., להעריך אם חלתי שינויים מהותיים בריכוז להתרחש ביחס לתקופה בסיסית), יש למדוד את כל שלבי הניסוי תחת אותו מצב הפעילות גופני. מסיבה זו, שלב הלך מנוחה (Rest 2) נכלל בפרוטוקול מבוסס החיים שלנו. פרשנות נכונה של נתוני fNIRS דורשת גם יחס אות לרעש טוב. זו מושגת בדרך כלל עם בלוק קונבנציונלי ועיצובים הקשורים לאירוע שבו גירויים החוזרים על עצם מספר פעמים. חזרות משפט ועיצובים מובנים לא תמיד אפשריות בניסויים מבוססי חיים. מסיבה זו, חיישנים נוספים וte ניתוח המתאיםchniques להסביר שינויים מערכתיים 48 ותנועת חפצים נחוצים כדי לשפר את יחס האות לרעש ולפרש אותות מוח. אנחנו מתכננים לחקור את ההשפעה של שינויים מערכתיים הקשורים לטיול כזה באמצעות השימוש במכשירים ניידים כדי לפקח על קצב נשימה, קצב לב וקצב הליכה. יתר על כן, הבעיה של התאוששות אירועים יש לטפל גם. בניסויי מדעי מוח הקוגניטיביים, פעילות המוח נחקרה ביחס לגירויים או סביבות שבם נתקלו המשתתפים, וההתנהגות שלהם בתגובה ל, או ציפייה שלהם. הנסיינים לכן צריכים (א) יודע מה הוא זמין כרגע למשתתף בסביבתם, ו- (ב) יש להם רקורד רגע-ידי-רגע של ההתנהגות של המשתתף. במצב מעבדה טיפוסי הגורמים הללו ניתן לשלוט בקלות מאז הנסיין יכול להגביל את מה שמשתתפי מפגש, ואת הטופס ומספר ההתנהגויות שהמשתתף יכול להפגין. עם זאת, זה לאהמקרה בסביבות &quot;בעולם האמיתי&quot; מחוץ למעבדה, שבו אירועים וחוויות רבים שמשתתפים במחקר יהיו מעבר לשליטה הקפדנית של הנסיין 49. בהתאם לכך, בסוג משימות &quot;בעולם האמיתי&quot; של הסוג למד כאן, רשומות וידאו המשמשים לניתוח (לדוגמא., Shallice וברג&#39;ס, 1991 3). זה מאפשר לשחזר שניהם (רמת בלוק-לדוגמא.,) שנגרמה וחולפת (, הקשורים לאירוע לדוגמא.) תהליכים התומכים בהיבטים שונים של ביצועים (לסקירה ראו גונן-יעקובי וברג&#39;ס, 2012 21). האירועים שהתאוששו מהקלטות הווידאו יהיה תלויים בשאלה התיאורטית שפונים בניסוי. במקרה המחקר דיווח, onsets האירוע היה התאושש מקטעי הווידאו שצולם על ידי המצלמות 3. הליך זה של קביעת תחילת והסיום של רמזים מסוימים ותגובות התנהגותיות הוא מייגע ודורש מיומנות כאשר בוצע על DAT מבוסס חייםא. נושא מרכזי הוא שעם סוג ניסויים &quot;חיים אמיתיים&quot; יש בדרך כלל לא באותה מידה של ידע מראש של אירועים כמו עם אלה המבוססים על המעבדה, ויש לי משתתפים בדרך כלל יותר היקף בדרך בה הם יכולים להגיב. יתר על כן, כמשתתפים חופשיים לנוע בסביבה טבעית ובלתי מבוקרת, הם מתמודדים עם מגוון רחב של גירויים במהירות משתנים וקשה לשחזר את תגובת haemodynamic לאירוע האמיתי של עניין. לדוגמא, במקרה המחקר, מגמות haemodynamic נצפו עבור HBO 2 וHHb (איור 3D-E) הן לא לתחילה-התאושש וידאו כמו התגובה הקשורים לאירוע הטיפוסי haemodynamic 38-נעול שלב. HBO 2 וHHb להתחיל בהתאמה לעלות וירידה של 20 שניות לפני הופעת הגירוי ולהגיע לשיא לאחר ש. ניתוחים נוספים יש צורך בכך כדי לקבוע אם PM מקלות אירועים מתרחשים בפועל כאשר המשתתף רואה היעד, כאשר הוא מתקרב אליה אוכשהוא מגיע אליו. בהתחשב בפוטנציאל של טכנולוגיות fNIRS בלי סיבים ליישומים קליניים חיים אמיתיים, לעבוד בעתיד יהיה לטפל בבעית קידוד וידאו על ידי פיתוח אלגוריתמים חדשים לזיהוי onsets אירוע בצורה אובייקטיבית יותר, כמו גם בוחן את האפשרות לעשות את זה באופן ישיר מנתוני fNIRS.

חריגות של פונקציה בתוך קליפת המוח הקדם חזיתית, ובמיוחד תת הקדמי ביותר (מקורי קליפת המוח הקדם חזיתית, או BA10) היא נפוצות במגוון של תנאים התפתחותיים, פסיכיאטריים ונוירולוגיות. זה גורם להפרעות משמעותיות בפתרון בעיות, זיכרון, ויכולות קשב בחיי היומיום שהם מאוד השבתת 1,2. עם זאת, בעיות מהסוג שקשה לאבחן במעבדה או במרפאת. סיבה לכך הוא התהליכים הנפשיים שBA 10 תומכים מעורבים בהתמודדות עם רומן, מצבים פתוחים, שבו ההתנהגות היא עצמית יזמו-3. מצבים כאלה הם קשים לשחזר בהצלחה במעבדה, שכן המצב הפורמלי, מלאכותי ומאולץ בחוזקה המשתתף בדרך כלל פונה במעבדה יכול לשנות את התנהגותם ואת הדרך שהם מתקרבים המשימה. זה יכול להפחית באופן משמעותי את תוקפו של המדידה לשתי מטרות קליניות או מחקר, עם סיכון חזק של &lt;מתחת לאבחון 4/ Sup&gt;. אחת היכולות קוגניטיביות הנתמכות על ידי האונות הקדמיות שבו זה בולט ביותר הוא זיכרון פוטנציאלי (כלומר, היכולת לזכור לבצע פעולה בעתיד), שבו כבר זמן רב ידוע כי לא יכולה להיות מחלוקת משמעותית בין המדידות שנלקחו בכל יום חיים והמעבדה 5. בעיות מתודולוגיות אלה יכולים לעקוף במידה רבה אם חוקרים וקלינאים חוקרים פונקצית קליפת המוח הקדם חזיתית, כוללים זיכרון פוטנציאלי, יכולים לעשות זאת על ידי לקיחת המידות שלהם במצבים &quot;בעולם האמיתי&quot;. בעוד טכניקות הדמייה מייצגות כלי רב עוצמה כדי לחקור את תפקוד המוח באופן לא פולשני והאובייקטיבי, רוב הטכניקות אלה להטיל מגבלות פיזיות בנושא, ולכן אינם מתאימים לשימוש בהגדרות יומיומיות חיים (למשל., תהודה מגנטית תפקודית ( fMRI), מגנט (MEG), טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET)). בהתחשב בצורך להביאמכשירים פונקציונליים הדמיה מחוץ למעבדה ושיפורים טכנולוגיים האחרונים נתנו, electroencephalography הנייד והביש (EEG) וספקטרוסקופיה אינפרא אדום (fNIRS) ליד פונקציונלי מערכות פותחו 6-11. אחד היתרונות הגדולים של fNIRS על EEG הוא הרזולוציה מרחבית גבוהה יותר שלה. יתר על כן, הוא פחות רגיש לממצאים תנועה, מהבהבים ותנועות עיניים 12. fNIRS ביש לכן מתאים יותר לשימוש בהקשרים יומיים-חיים, כפי שהוא מטיל מגבלות פיזיות פחות מ EEG ומאפשר תנועה חופשית בסביבה טבעית יותר. fNIRS הלא פולשני irradiates הראש עם אור האינפרה-אדום קרוב (650-900 ננומטר). כמו הרקמה הביולוגית היא יחסית שקופה שבטווח אורכי הגל, האור יכול להגיע למוח ונספג על ידי המוגלובין. fNIRS כך מודד את שינויי הריכוז של שני oxyhemoglobin (HBO 2) וdeoxyhemoglobin (HHb) נותן מידע של החמצון וhaemodynamic צ&#39;אןGES הקשורים לפעילות המוח. באופן ספציפי יותר, הפעלה פונקציונלית המוח מוגדר כעלייה מקבילה בHBO 2 וירידה בHHb 13. עם זאת, את עומק החדירה של האור אומר שאות ניתן לשחזר רק מפני השטח של קליפת המוח. כאור מתפזר מאוד ברקמה, לא ניתן לקבל מידע מאוד מרחבית מבני על המוח 14. מערכות fNIRS קונבנציונליות להשתמש בסיבים אופטיים מצמידים את הראש כדי להנחות את האור דרך הקרקפת ולאסוף את האור מפוזר בחזרה. למרות שהמכשירים אלה הם קומפקטיים, ניידים וגם מתאימים להגדרות מעבדה, חבילות סיבים אופטיים ומשקלם להגביל את תנועותיו של המשתתף, ואם לא התייצב גם, ההתקות שלהם להוביל לזיהום חפץ תנועת 7. הדור החדש של מערכות fNIRS ממוזערות ובלי סיבים מציע את האפשרות לחקור את פעילות מוח במצבים מציאותיים בנע בחופשיות משתתףים וללא מגבלות פיזיות משמעותיות. מצבים מציאותיים הם יקרים במיוחד כאשר בוחנים פונקציות ביצועיות אנושיות ומערכות fNIRS בלי הסיבים עשויים לספק תובנה ייחודית תפקודי מוח אנושיים. המערכות בלי הסיבים הראשונות היו מצוידות רק במספר קטן של ערוצים (לדוגמא., ערוץ אחד 15 ו -2 ערוצים 16) להגביל את החקירה לאזורים קטנים. לאחרונה, מכשירי fNIRS אלחוטיים וביש רבי ערוצים פותחו 6,7, 17-20 נותן את האפשרות לעקוב אחר מנות גדולות יותר של הראש על משתתפים לנוע בחופשיות. במחקר זה, מערכת fNIRS לביש ובלי סיבים רב-ערוצי חדשים המשמשת לניטור ולמפות את פעילות קליפת המוח הקדם חזיתית בזיכרון פוטנציאלי בעולם אמיתי משימה (PM). מערכת fNIRS מורכבת בעיקר של יחידת בדיקה גמישה (אוזניות) שמכסה גם את דורסולטרלי וקליפת מוח הקדם חזיתית מקורי (איור 1),אשר מחובר ליחידת עיבוד (תיבה ניידת) כי הוא משוחק על מותן של המשתתף (1D איור). האוזניות מורכבת של 6 משטח דיודות פולטות לייזר עם שני אורכי גל (705 ננומטר ו830 ננומטר) ו -6 פוטודיודות סיליקון. היעדר סיבים אופטיים מפחית את המשקל ואת חלק הארי של החללית, להיות יותר נוח וחזק נגד ממצאי תנועה. Optodes מסודר בגיאומטריה משתנה (איור 1 א) עם הפרדה בין optode של 3 סנטימטר, יצירת 16 צירופי מקור-גלאי (למשל., 16 ערוצי מדידה) 6. על מנת להגן על האוזניות מהאור המקיף, כובע הצללה מסופק (1D איור). מטרת מחקר זה הייתה לחקור פונקצית קליפת המוח הקדם חזיתית, במהלך משימת זיכרון פוטנציאלי בעולם האמיתי. במהלך משימות זיכרון פוטנציאליים, משתתפים מתבקשים לזכור להגיב לאות נדירה (לדוגמא., מוכרפנים או מדחן) בעת ביצוע משימה תובענית אחרת הידוע בשם &quot;משימה מתמשכת&quot;. בשני רחובות שונים של המשימה, רמזים חברתיים פוטנציאליים זיכרון (אדם) הם בניגוד לרמזים שאינם חברתיים פוטנציאליים זיכרון (מדחן). הניגוד הזה נבחר משום שהיא מייצגת הבחנה עיקרית בין צורות שונות של אות במשימות זיכרון פוטנציאלי המבוסס על אירוע וכן פרדיגמה הניסויית יכולה להיות כל הזמן קרוב למצב &quot;חיים אמיתיים&quot; 21. בעוד התואר הראשון 10 ידוע להיות רגיש לעיבוד חברתי לעומת המידע שאינו חברתי במצבים מסוימים (לדוגמא., גילברט et al., 2007 22), הראיות האחרונות עולה כי שינויי haemodynamic בתואר ראשון 10 הקשורים למשימות זיכרון פוטנציאליים יחסית הבדלים כדי לסמן לרגישים (ראו אל רג&#39;ס ואח., 2011 23 לבדיקה). לכן, שאלה פתוחה אם חברתית לעומת רמזים הלא-חברתיים משפיע התואר הראשון 10 פעילות בהקשר של הפרדיגמה זיכרון פוטנציאלי. מטרתו של מחקר זה היא להעריך את הכדאיות של שימוש במערכת fNIRS לעקוב אחר שינויים המודינמית קליפת המוח הקדם חזיתית וחמצון הנגרמים על ידי משימה קוגניטיבית בעולם אמיתי. כאן אנו מדווחים מקרה מחקר אחד (משתתף בריא מבוגר אחד, 24 שנים) על השימוש במכשיר fNIRS במהלך משימת זיכרון פוטנציאלי, שנערך בחוץ במיקום רחוב לונדון טיפוסי ומחקו את הדרישות של חיי היומיום. בפרט, אם ניתן להקליט שינויי haemodynamic בתגובה לרמזים PM חברתיים ולא חברתיים נחקר.

<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

קרוב פונקציונלי אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (fNIRS) היא טכניקת הדמייה שמשתמשת באור אינפרה-אדום הקרוב כדי לעקוב אחר פעילות המוח. בהתבסס על צימוד neurovascular, fNIRS הוא מסוגל למדוד את ריכוז ההמוגלובין משנה משניים לפעילות עצבית. בהשוואה לטכניקות הדמייה אחרות, fNIRS מהווה פשרה טובה מבחינת רזולוציה מרחב ובזמן. יתר על כן, הוא נייד, קל משקל, פחות רגיש לממצאים תנועה ואינו מטיל מגבלות פיזיות משמעותיות. לכן זה מתאים לניטור מגוון רחב של משימות קוגניטיביות (למשל, שמיעה, ניתוח הליכת אינטראקציה, חברתית) ואוכלוסיות שונות גיל (למשל, יילודים, מבוגרים, קשישים). הפיתוח האחרון של מכשירי fNIRS בלי הסיבים פתח את הדרך ליישומים חדשים במחקר מדעי מוח. זה מהווה הזדמנות ייחודית ללמוד פעילות פונקציונלית במהלך בדיקות בעולם אמיתי, שיכול להיות יותר רגיש ומדויק בתחתessing תפקוד הקוגניטיבי וחוסר תפקוד מבדיקות מבוססת מעבדה. מחקר זה בחן את השימוש בfNIRS בלי הסיבים כדי לעקוב אחר פעילות המוח במהלך משימת זיכרון פוטנציאלי בעולם אמיתי. פרוטוקול זה מתבצע מחוץ לשינויי ריכוז המעבדה והמוגלובין המוח נמדדים ברציפות על קליפת המוח הקדם חזיתית בעוד הנושא מסתובב כדי להשיג כמה משימות שונות.

איור 3 מציג דוגמא של HBO 2 ועיבוד אותות בלתי HHb (ערוץ 8) נרשם במהלך ניסוי PM מבוסס החיים במקרה זה (איור 3 א) והאותות המקביל (איור 3 ג) לאחר ש- מעובד מראש (איור 3 ). איור 4 מראה את כוח הספקטרום אדוה של ערוץ 8 HBO 2 ואותות HHb בי המלבן מציין את טווח התדרים שהשתמר עם מסנן הלהקה עוברת. בהתחשב בעובדה שהמשתתף הלך מחוץ לאורך הניסוי והזיז את ראשו כדי לבצע את המשימה, מערכת fNIRS הייתה חזקה נגד ממצאי תנועה ואור שמש. למעשה, ניתן למצוא HBO 2 מרווחים וdecrements HHb בהתכתבות שאינם חברתי (איור 3D) וחברתי (איור 3E) אירועי זיכרון פוטנציאליים. מגמות אלה בדרך כלל מציינים פעילות תפקודית מוח 13, 35. בלמעשה, כאשר אזור במוח מופעל, ביקוש חילוף החומרים בתאי העצב לעליות חמצן עם עליות עקב בזרימת דם במוח אזורית. כמו רוב החמצן מועבר לתאים באמצעות ההמוגלובין, במרווחים בHBO 2 וירידה בריכוזי HHb הם נצפו בפעילות המוח תפקודית 9. אזורים בקליפת מוח הקדם חזיתית כי התערוכה מגמות אלה ניתן להעריך על ידי הפריסה המרחבית של HBO 2 וערכי ריכוז HHb הממופים מעל המצח (איור 5, 1 וידאו, וידאו 2). דוגמא לאופן שהתגובות מוחיות לאירוע בערב חברתי מופצות בכל הערוצים מוצגת באיור 5. איור 5 א ודו&quot;ח איור 5 בהתאמה הפריסה המרחבית על המצח של HBO 2 וHHb לאירוע בערב החברתי (t = 2,455 ים) ואילו respectiv דו&quot;ח איור 5 ג ואיור 5D<html> איליי הפריסה המרחבית של HBO 2 וHHb לאירוע בערב שאינו חברתי (t = 1,744 ים). איור 5 מראה מקומות אזוריים (ערוצים) בי עלייה בHBO 2 (האדום, איור 5 א-ג) וירידה בHHb (כחול, איור 5-D) הם בבירור לצפייה, מעיד על תפקוד מוח גידול. דוגמא לפעילות בקליפת המוח הקדם חזיתית איך לראש הממשלה החברתית ואירועי PM הלא חברתיים וחלוקתו על פני שינוי הערוצים לאורך הזמן מוצגת בוידאו 1 ווידאו 2. בנוסף, איורים 6 ו -7 מראים מידע מכל הערוצים המקבילים ל חלונות זמן כלולים בוידאו 1 ווידאו 2, בהתאמה. haemodynamic וניתן לצפות שינויי חמצון באיור 3A הקשורות ללכת. עליות HHb לכאורה וHBO 2 ירידות מתרחשות בזמן הליכה ותנאים אלה יוסרו לאחר עיבוד מראש. <html> ontent &quot;FO: לשמור-together.within עמודים =&quot; תמיד &quot;&gt; <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig1.jpg" /> תצורת איור מיקום אוזניות 1. fNIRS וערוצים. הסדר Optodes בבדיקת fNIRS מודגמת בפנל. עיגולים אדומים מציינים את נקודות הזרקה (מקורות), עיגולים צהובים נקודות האיסוף (גלאים) ועיגולים ירוקים ערוצי מדידות. הבדיקה ממוקמת מעל המצח (B, C, D) עם ערוץ 9 בהתכתבות של נקודת איל&quot;ח וערוצי 8-9 מיושרים עם קו האמצע nasion-Inion. הם מיקום הערוצים הדיגיטלי הוסב למשרד התשתיות הלאומי מערכת קואורדינטות וחפף על קליפת המוח (E). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 6 / 53336fig2.jpg &quot;/&gt; חוגי איור 2. 10-20 מערכת אזכור אנטומיים. מודגשת מציינים את נקודות התייחסות שנבחרו להיות מסומנות על ראשו של המשתתף (NZ = nasion, איז = Inion, LPA = שמאל טרום-אוזניים, RPA = ימין טרום-אוזן). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig3.jpg" /> איור 3. איתותים זרם עיבוד מראש. (א) אותות גלם HBO 2 וHHb נלקחו מערוץ נציג (ערוץ 8). קווים שחורים מסמנים את ההתחלה והסוף של כל תנאי ניסוי. קווים ירוקים וארגמן לסמן את להיטי זיכרון הפוטנציאליים שאינם חברתיים וחברתיים. כוכביות לציין את התנאים הלכו. (R1 = מנוחת 1; R2 = Rest 2; B = Baseline; OGu = מזוהם שוטף; PMns = לאזיכרון פרוספקטיבי לענייני חברה; ראשי הממשלה = זיכרון פרוספקטיבי חברתי; OGC = מזוהם שוטפים). (ב) בלוח זה מציג את תרשים זרימת העיבוד מראש להחיל ערוץ 8 אותות גלם. (ג) האותות-מעובד מראש וכתוצאה מכך מוצגים. 2 עליות (D, E) HBO וHHb יורד להתרחש בתגובה לאי-חברתי (D) נבחר ולהיטים חברתיים (E) פוטנציאליים זיכרון. מגמה המודינמית זה בדרך כלל קשור להפעלה פונקציונלית. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig4.jpg" /> איור 4. ספקטרום כוח אדוה. (A, B) כוח הספקטרום אדוה של ערוץ 8 HBO 2 ואותות גלם HHb מוצגים בפנל A ו- B, בהתאמה. קווים שחורים מסמנים את ההתחלה והסוף של כל תנאי ניסוי. כוכביות לציין את התנאים הלכו. (R1 = 1 מנוחה; R2 = Rest 2; B = Baseline; OGu = שוטף מזוהם; = זיכרון פרוספקטיבי חברתי ראשי הממשלה;; זיכרון פרוספקטיבי שאינו חברתי PMns = OGC = שוטף מזוהמת). המלבן השחור מדגיש את טווח התדרים שהשתמר דרך מסנן הלהקה עוברת (0.008-.2 הרץ). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig5.jpg" /> איור 5. פריסה המרחבית של פעילות קליפת המוח לאירועים בערב. HBO 2 וHHb שינויי ריכוז ממופים על קליפת המוח כדי לאתר פעילות תפקודית בתגובה לאירועים חברתיים בערב (AB) ולאירועים שאינם חברתיים PM (CD). HBO 2וערכי HHb נלקחים בזמן t = 2,455 שניות לאירוע החברתי בערב (AB) וt = 1,744 שניות לאירוע שאינו חברתי PM (CD). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig6.jpg" /> 6. אותות Oxyhemoglobin וdeoxyhemoglobin איור לכל הערוצים בתגובה לאירועים בערב הלא-חברתיים. הקווים הירוקים מצביעים אירועים שאינם חברתיים PM (t = 1,744 שניות וt = 1,792 שניות). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/53336/53336fig7.jpg" /> איור 7. Oxyhemoglobin וsig deoxyhemoglobinאלכסונים לכל הערוצים בתגובה לאירוע בערב חברתי. קו מגנטה מציין את האירוע החברתי בערב (t = 2,455 שניות). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/53336fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/53336/53336mov1.jpg" /> וידאו 1. HBO 2 וHHb שינויי ריכוז לאירועים בערב חברתיים. הווידאו מראה כיצד HBO 2 (פנל משמאל) וHHb (פנל מימין) להתפתח לאורך זמן תוך המשתתף מתקרב ליעד PM החברתי. הווידאו של המצלמה מחוברת לחזה של הנסיין מסונכרן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/Video2_new.mp4" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה.</a> <img alt="איור 7" src= &quot;/ קבצים / ftp_upload / 53,336 / 53336mov2.jpg&quot; /&gt; וידאו 2. HBO 2 וריכוז HHb שינויים לאירועים בערב הלא-חברתיים. הווידאו מראה כיצד HBO 2 (פנל משמאל) וHHb (פנל מימין) להתפתח לאורך זמן תוך המשתתף מתקרב ליעד PM הלא חברתי. הווידאו של המצלמה מחוברת לחזה של הנסיין מסונכרן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53336/Video1_new.mp4" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה.</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

ניטור פעילות מוחית מחוץ למעבדה ללא מגבלות פיזיות מציב אתגרים מתודולוגיים. בלי סיבים, מערכת לביש פונקציונלית הקרוב אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (fNIRS) שימש למדידת פעילות המוח במהלך משימת זיכרון פוטנציאלי אקולוגית. זה הודגם כי מערכת זו יכולה לשמש כדי לעקוב אחר פעילות המוח במהלך ניסויים מבוססים שאינה מעבדה.

שימוש בבלי הסיבים, fNIRS ביש כדי לעקוב אחר פעילות המוח במשימות קוגניטיביות אמת העולם

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

איך לזהות פעילות האמיגדלה עם magnetoencephalography באמצעות הדמיה מקור

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

שיטה לחקירת הבדלי גיל הקשורים בקישוריות התפקודית של קוגניטיבית בקרת רשתות הקשורים למיון כרטיס שינוי ממדי ביצועים

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

משימות אוטומטיות חזותית קוגניטיבית להקלטה עצבית פעילות באמצעות הקרנה מקיר לקיר מבוך

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

חשיפת חירשות Beat: הפרעות קצב זיהוי עם אצבע מסונכרנות הקשה ומשימות תזמון תפיסתי

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

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

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

Practical Methodology of Cognitive Tasks Within a Navigational Assessment

מתודולוגיה המעשית של משימות קוגניטיביות בתוך הערכת ניווט

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

פוטנציאל הקשור לאירוע במהלך משימות יעד תגובה לחקר תהליכים קוגניטיביים של האיבר העליון השתמש בילדים עם שיתוק מוחין החד-צדדי

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

השוואת האפקט תדירות בין ההחלטה הלקסיקלית ומשימות שמות בסינית

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

עולם אמיתי<em&gt; מה- Where- מתי</em&gt; מבחן זיכרון

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

אוטומטית, וזמינותו התנהגות לטווח ארוך עבור פונקציות קוגניטיביות במודלים גנטיות מרובות של מחלת אלצהיימר, באמצעות IntelliCage

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