Name: studying brain function in children using magnetoencephalography
Uploaded: 2019-04-08T14:00:00
Duration: 8 min
Description: Watch this Scientific Journal Video about Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography at JoVE.com

Dit werk werd gesteund door de Australian Research Council verleent CE110001021, DP170103148 en DP170102407. Wei He werd gesteund door een Macquarie University Research Fellowship (MQRF, IRIS-Project: 9201501199). Hannah Rapaport werd gesteund door de Australische regering onderzoek trainingsprogramma (RTP) en de Macquarie University Research Excellence beurs (MQRES). Robert A Seymour werd gesteund door PhD beurzen van de Universiteit van Aston, Birmingham, Groot-Brittannië en Macquarie University, Sydney, Australië. Paul F. Sowman werd gesteund door de National Health, Medical Research Council (1003760) en de Australian Research Council (DE130100868). De auteurs erkennen de samenwerking met het Kanazawa Institute of Technology en de Yokogawa Electric Corporation bij de vaststelling van de KIT-Macquarie laboratorium van het onderzoek van de hersenen.

Dit onderzoeksprotocol is goedgekeurd door de Macquarie University menselijke onderzoek ethische commissie.
1. MEG vertrouwd middelen
<ol><li>Gezinnen te voorzien van middelen om te leren over MEG voorafgaand aan het bezoeken de MEG-laboratorium, zoals een kindvriendelijke wetenschappelijk artikel7 MEG en de MSR, een verhaal-board detaillering van de stappen betrokken bij het voltooien van de MEG-experiment uit te leggen (bijvoorbeeld, Aanvullende figuur 1 en een MEG informatieblad voor ouders of verzorgers (bijvoorbeeld aanvullende figuur 2).</li>
</ol>2. MEG vertrouwd sessie
Opmerking: De sessie vertrouwd wordt meestal uitgevoerd voor 30 min, met inbegrip van een inleiding tot de MSR (5 minuten), een praktijk digitalisering (5 min) en MEG simulator training, met inbegrip van de praktijk van de experimentele taak (20 min). Het gedrag van de basisopleiding sessie tussen een-tot-zeven dagen vóór de data-acquisitie.
<ol><li>
MSR-Inleiding
	<ol>
<li>Neem het kind op een rondleiding door de MSR ("spaceship"), die is ingericht in kunst aan de muur ruimtevaartgerelateerde te versterken het ruimtethema van de missie.</li>
		<li>Vraag het kind om te oefenen liggen terug met hun hoofd in de helm dewar.</li>
		<li>Vertel het kind te liggen zo stil mogelijk, zodat het ruimteschip op koers blijft en de uiteindelijke bestemming kunt bereiken.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Digitalisering:
	<ol>
<li>Plaats van het kind op een kinderstoel en ze passen met een polyester zwembad cap ("astronaut helm") met vijf marker spoelen. Aanpassen wijde kappen door te vouwen tot de zijkanten. Opmerking: De spoelen verzenden gegevens naar een continue beweging bijhouden eenheid.</li>
		<li>Plaats een zender en drie ontvangers rond de hals van het kind.</li>
		<li>Vraag het kind blijk geven van hun beste 'beeld' pose en frequente positieve versterking bieden wanneer ze nog steeds blijven. Opmerking: Dit dient om het minimaliseren van hoofd verkeer tijdens de digitalisering die de nauwkeurigheid van de latere co registratie met de MEG sensoren8in gevaar kan brengen.</li>
		<li>Gebruik een digitizer pen (Zie Tabel van materialen) om op te nemen van de positie van drie fiducial punten (de nasion en links en rechts vooraf auricular punten) en de vijf marker spoelen, alsmede de vorm van het oppervlak van het hoofd. Opmerking: Deze data worden gebruikt voor later bepalen de positie van het hoofd van het kind met betrekking tot de MEG-sensoren.</li>
		<li>Verwijder het GLB, zender en drie ontvangers uit de hals van het kind.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MEG simulator:
	<ol>
<li>Neem het kind naar de kamer huisvesting de MEG-simulator (Zie Tabel van materialen en stap 9 en 10 in aanvullende figuur 1), een full-size replica van een systeem van MEG. De MEG-simulator is versierd met ruimte-thema-stickers en is voorzien van een mock helm dewar, een bed, een vak knop en, voor visuele displays, een scherm gelegen boven de mock dewar</li>
		<li>Beschrijf bondig de MEG procedures (dat wil zeggen, nog steeds liegen en deelnemen aan de experimentele taak van praktijk) scannen via het verhaal van een ruimtemissie van de praktijk.</li>
		<li>Past het kind met een 'helm van de astronaut' — een polyester zwembad cap heeft een bewegingsmelder die is gekoppeld aan de voorkant (Zie Tabel van materialen).</li>
		<li>Het uitnodigen van het kind te liggen in de simulator en Bekijk een video van hun keuze. Als het kind nerveus verschijnt, eerst tonen de experimentele procedures met een stuk speelgoed. Opmerking: Wanneer het kind het hoofd verkeer overschrijdt een vooraf bepaald (bijvoorbeeld 5 mm), de motion trackingsysteem automatisch (Zie Tabel van materialen) zal de video pauzeren en wacht tot de experimentator handmatig opnieuw starten van de video en herstellen de verkeer basislijn.</li>
		<li>Wanneer het kind dit deel van de training simulator vult, voorzien van het kind training op de experimentele taak met behulp van een aparte set van unieke stimuli.</li>
		<li>Aan het einde van de opleiding van de taak, bieden het kind een astronaut opleidingscertificaat.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. MEG Data acquisitie sessie
Opmerking: De data acquisitie sessie loopt meestal gedurende ongeveer 30 minuten, met inbegrip van de digitalisering (5 min), het opzetten van de deelnemer binnen de MSR (5 min) en data-acquisitie (ongeveer 20 min, afhankelijk van de lengte van de experimentele paradigma).
<ol><li>
Prejudiciële procedures
	<ol>
<li>Het gedrag van een 30-tot-60-s lege ruimte opnemen van ongeveer 15 minuten voordat het kind komt om te identificeren van elke significante extern geluid die worden aangetroffen door de MEG systeem8.</li>
		<li>Wanneer het kind aankomt, bevestigen dat ze niet dragen van een magnetisch materiaal op hun kleren of uitvoering van een in hun lichaam, zoals magnetische materialen kunnen de MEG-signaal verstoren (Zie Figuur 1B voor een voorbeeld van signaal ruis door metalen op de deelnemer). Opmerking: Als de ouder of verzorger wil begeleiden hun kind binnen de MSR, geldt de verwijdering van magnetische materialen ook voor hen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Digitalisering
	<ol>
<li>Controleer of het kind gaan naar het toilet moet voordat je begint met digitalisering, zoals zodra de digitalisering stap is voltooid, het gemeenschappelijk landbouwbeleid kan niet worden verwijderd, totdat de MEG overname sessie is voltooid.</li>
		<li>Herhaal de procedure van de digitalisering die worden beschreven in de sectie "MEG vertrouwd sessie" hierboven. Opmerking: Als het GLB meer dan 5 mm in de loop van het experiment beweegt, voert u een tweede digitalisering aan het einde van het experiment</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MSR set-up
	<ol>
<li>Neem het kind naar de MSR ("het ruimteschip"). Opmerking: Twee onderzoekers zijn vereist om deze procedure — ter begeleiding van het kind binnen de MSR als de "assistent onderzoeker" (samen met de ouder of verzorger, indien gewenst) en MEG de aanwinst van gegevens buiten de MSR als de "belangrijkste onderzoeker" uitvoeren. De MSR set-up duurt meestal 5 min.</li>
		<li>Instellen apparatuur binnen de MSR (assistent onderzoeker)<ol>
<li>Vraag het kind om hun hoofd in de helm dewar.</li>
			<li>Controleer dat hoofd van het kind centraal wordt uitgelijnd zodat de kroon van het hoofd zo dicht mogelijk aan de achterkant van de helm is dewar zonder aan te raken.</li>
			<li>Zorgen dat het kind comfortabel is, ontspannen, en blijft zo stil mogelijk tijdens MEG opnemen.</li>
			<li>Tijdens de opbouw, vermaken het kind door het afspelen van een video van hun keuze op een scherm boven de dewar.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Instellen apparatuur buiten de MSR (belangrijkste onderzoeker)<ol>
<li>Voeren van een pre-experiment/basislijn marker spoel meting om vast te leggen van het eerste hoofd standpunt met betrekking tot de helm dewar.</li>
			<li>Voeren een co registratie tussen het hoofd van het kind en de sensor-array met behulp van zowel de eerste markeerdraad spoel meting en de digitalisering hoofd shapegegevens. Opmerking: Deze voorbereidende metingen visuele inspectie van hoofd positie binnen de dewar om ervoor te zorgen dat het kind het hoofd juist gepositioneerd is mogelijk. Als niet aan deze voorwaarden wordt voldaan, opnieuw plaatst u het kind en een ander co registratie voeren voordat data-acquisitie.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Data-acquisitie
	<ol>
<li>Eenmaal tevreden met de hoofd positie ten opzichte van de helm dewar, start de opname MEG en de experimentele taak.</li>
		<li>Record lopende hoofdbewegingen met een pediatrische MEG softwaresysteem genaamd Real-Time Head Movement (ReTHM)9.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Het experiment beëindigen
	<ol>
<li>Wanneer de experimentele taak is voltooid, schakelt u ReTHM en eindigen de MEG opnemen. Verrichten van een meting van de spoel na experiment marker voor het meten van het uiteindelijke hoofd standpunt met betrekking tot de helm dewar. Opmerking: Deze meting biedt een eenvoudige visuele inspectie van algemene hoofdbewegingen tijdens het experiment.</li>
		<li>Bieden het kind cadeauzakje ("astronaut kit") voor hun deelname en de familie vergoeden voor hun tijd en reiskosten.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Baillet, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetoencephalography+for+brain+electrophysiology+and+imaging.">Magnetoencephalography for brain electrophysiology and imaging.</a> Nature Neuroscience. 20, 327-339 (2017).</li><li>Gaetz, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetoencephalography+for+clinical+pediatrics:+Recent+advances+in+hardware,+hethods,+and+clinical+applications.">Magnetoencephalography for clinical pediatrics: Recent advances in hardware, hethods, and clinical applications.</a> Journal of Pediatric Epilepsy. 04, 139-155 (2015).</li><li>Stolk, A., Todorovic, A., Schoffelen, J. -. M., Oostenveld, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Online+and+offline+tools+for+head+movement+compensation+in+MEG.">Online and offline tools for head movement compensation in MEG.</a> Neuroimage. 68, 39-48 (2013).</li><li>Tesan, G., Johnson, B. W., Reid, M., Thornton, R., Crain, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+Of+Neuromagnetic+brain+function+in+pre-school+children+with+custom+sized+MEG.">Measurement Of Neuromagnetic brain function in pre-school children with custom sized MEG.</a> Journal of Visualized Experiments. (36), 2923-2934 (2010).</li><li>Johnson, B. W., Crain, S., Thornton, R., Tesan, G., Reid, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+brain+function+in+pre-school+children+using+a+custom+sized+whole-head+MEG+sensor+array.">Measurement of brain function in pre-school children using a custom sized whole-head MEG sensor array.</a> Clinical Neurophysiology. 121, 340-349 (2010).</li><li>He, W., Brock, J., Johnson, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Face-sensitive+brain+responses+measured+from+a+four-year-old+child+with+a+custom-sized+child+MEG+system.">Face-sensitive brain responses measured from a four-year-old child with a custom-sized child MEG system.</a> Journal of Neuroscience Methods. 222, 213-217 (2014).</li><li>Brock, J., Sowman, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Meg+for+kids:+listening+to+your+brain+with+super-cool+SQUIDs.">Meg for kids: listening to your brain with super-cool SQUIDs.</a> Frontiers for Young Minds. 2, 10-13 (2014).</li><li>Gross, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Good+practice+for+conducting+and+reporting+MEG+research.">Good practice for conducting and reporting MEG research.</a> Neuroimage. 65, 349-363 (2013).</li><li>Oyama, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-Time+coil+position+monitoring+system+for+biomagnetic+measurements.">Real-Time coil position monitoring system for biomagnetic measurements.</a> Physics Procedia. 36, 280-285 (2012).</li><li>de Cheveign&#233;, A., Simon, J. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Denoising+based+on+spatial+filtering.">Denoising based on spatial filtering.</a> Journal of Neuroscience Methods. 171, 331-339 (2008).</li><li>Cheyne, D., Jobst, C., Tesan, G., Crain, S., Johnson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Movement-related+neuromagnetic+fields+in+preschool+age+children.">Movement-related neuromagnetic fields in preschool age children.</a> Human Brain Mapping. 35, 4858-4875 (2014).</li><li>N&#228;&#228;t&#228;nen, R., Pakarinen, S., Rinne, T., Takegata, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mismatch+negativity+(MMN):+towards+the+optimal+paradigm.">The mismatch negativity (MMN): towards the optimal paradigm.</a> Clinical Neurophysiology. 115, 140-144 (2004).</li><li>He, W., Brock, J., Johnson, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Face+processing+in+the+brains+of+pre-school+aged+children+measured+with+MEG.">Face processing in the brains of pre-school aged children measured with MEG.</a> Neuroimage. 106, 317-327 (2015).</li><li>Wehner, D. T., H&#228;m&#228;l&#228;inen, M. S., Mody, M., Ahlfors, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Head+movements+of+children+in+MEG:+quantification,+effects+on+source+estimation,+and+compensation.">Head movements of children in MEG: quantification, effects on source estimation, and compensation.</a> Neuroimage. 40, 541-550 (2008).</li></ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

In de afgelopen jaren, is als een waardevolle niet-invasieve neuroimaging techniek voor het onderzoeken van de neurale mechanismen die hersenen ontwikkeling1MEG opgezet. In-scanner hoofdbewegingen vormen echter een beruchte barrière voor het verkrijgen van goede kwaliteit MEG gegevens, met name bij de beoordeling van pediatrische populaties. Om dit probleem te verhelpen, heeft dit artikel een pediatrische MEG onderzoeksprotocol die op de procedures die worden beschreven in een eerdere papier uit de KIT-Macquarie Brain Research Laboratory 4 voortbouwtgepresenteerd.
De kritische procedures omvatten (1) voorzien van kinderen MEG vertrouwd bronnen waaruit ze over het experiment MEG leren kunnen voorafgaand aan het bezoeken de lab, waaronder een kindvriendelijke onderzoek artikel7 de MEG-systeem uit te leggen en de Magnetisch afgeschermd kamer (MSR), een verhaal-Pension waarin 10 eenvoudige stappen voor het voltooien van de MEG-experiment (aanvullende figuur 1), en een MEG informatieblad voor ouders en verzorgers (aanvullende figuur 2); (2) voorafgaand aan de MEG overname sessie met een vertrouwd sessie, waarin kinderen vertrouwd zijn met MEG procedures en worden opgeleid om te houden van hun hoofd nog steeds terwijl liggen binnen een MEG simulator; (3) het gebruik van passieve of "gamified" experimentele paradigma's te minimaliseren hoofd verkeer als gevolg van verveling en rusteloosheid; en (4) tracking lopende hoofdbewegingen tijdens online data-acquisitie met behulp van een systeem Real-Time Head Movement (ReTHM)9. Gegevens die zijn verkregen uit ReTHM kan worden gebruikt om off line correctie van hoofd bewegingsartefacten als voorbehandeling de MEG-gegevens.
De acquisitie van kwalitatief hoogwaardige MEG gegevens is kritisch afhankelijk van het kind gevoel op uw gemak in de roman MEG-omgeving. Ter bevordering van dit gevoel van gemak, onderzoekers worden aangemoedigd om de tijd besteden aan kinderen en hun families vertrouwd te maken met de MEG milieu en procedures vóór data-acquisitie. Dit kan worden bereikt door biedt kinderen en hun ouders MEG middelen waarmede de MEG-procedures in eenvoudige, toegankelijke taal. Bovendien kunnen gezinnen uitgenodigd worden voor een bezoek aan het laboratorium van MEG voordat de sessie overname gegevens om te voldoen aan de onderzoekers en de praktijk van de testprocedures van MEG. Kinderen leren door middel van opleiding op de MEG-simulator, impliciet het belang van het houden van hun hoofd nog steeds terwijl liggend in de MEG. Terwijl de MEG-vertrouwd vereist zowel de onderzoekers en de families te besteden extra tijd om het proces van het verzamelen van de gegevens, de voordelen van de verbetering van de kwaliteit van de gegevens van de MEG, evenals het minimaliseren van de tijd en de kosten van het uitvoeren van latere MEG gegevens overname sessies, aantoonbaar opweegt tegen dit nadeel. Bovendien, prestaties en naleving tijdens de sessie vertrouwd kunnen worden gebruikt om aan te geven of het kind is of is niet geschikt om uit te nodigen voor een werkelijke MEG data acquisitie sessie terug.
Om te minimaliseren in-scanner hoofd verkeer als gevolg van rusteloosheid, is beter het gebruik van een passieve experimentele paradigma die geen instructies, openlijke aandacht of actieve deelname vereist. Een betrouwbare evoked respons kan bijvoorbeeld worden verkregen met een auditieve excentrieke paradigma12, waarbij de deelnemer passief in een reeks van auditieve tonen luistert terwijl vermaakt door een stille video. Voor studies een openlijke antwoord vereist, moet de onderzoeker ernaar de experimentele taak insluiten in een boeiende spel-stijl paradigma11. Dit verbetert de samenwerking en rusteloosheid minimaliseert gedurende de taak. In visuele experimenten, het gebruik van een MEG-compatibele oog-tracker houdt weinig extra opzettijd maar is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat kinderen hebben gefixeerd op de positie van de visuele stimuli13.
Eventuele resterende hoofd bewegingsartefacten kunnen gecorrigeerd worden voor het gebruik van real-time hoofd beweging bijhouden. Bijvoorbeeld gegevens verkregen uit ReTHM kunnen worden opgeslagen in het bestand van de opname MEG en gebruikt om te compenseren voor hoofd verkeer tijdens data-acquisitie op een zodanige wijze dat hoofd-aan-sensor lokalisatie kan worden hersteld naar het niveau pre beweging te voorzien in een optimale bron wederopbouw die essentieel is voor de latere niveau brongegevens analyseert14.
De uitvoering van dit protocol beoogt verbetering van de kwaliteit van de pediatrische MEG gegevens, minimaliseren van deelnemer verloop in longitudinale studies, en ervoor zorgen dat gezinnen een plezierige ervaring van MEG onderzoek deelname, met als overkoepelend doel hebben ons begrip van de vroege ontwikkeling van de hersenen in zowel typische en atypische populaties te verbeteren.

Liquor (MEG) is een niet-invasieve functionele neuroimaging techniek die maatregelen van magnetische velden afkomstig van de elektrische activiteit van het menselijk brein1,2. MEG biedt uitstekende temporele resolutie en superieure ruimtelijke resolutie vergeleken met elektro-encefalografie (EEG) als gevolg van het ontbreken van signaal smeren van de biologische weefsels tussen de bronnen van de hersenen en de sensoren. MEG houdt bovendien geen blootstelling aan harde geluiden, straling of magnetische velden. Opzettijd is snelle en deelnemers kunnen vergezeld gaan van een ouder of verzorger tijdens het testen. Samen genomen, maken deze functies MEG een veelbelovend instrument voor het onderzoeken van de ontwikkeling van de typische en atypische hersenfunctie in jonge kinderen2
Voor het meten van reacties van de hersenen met behulp van MEG, moeten onderzoek deelnemers hun hoofden invoegen in een helm huisvesting een vaste matrix van supergeleidende sensoren. Het is van cruciaal belang dat de deelnemers houdt hun hoofd nog steeds in de MEG opnemen, als wijzigingen in de hoofd positie ten opzichte van de sensoren zowel degraderen de neuromagnetic signaal distributie en belemmeren nauwkeurige bron schatting. Schatting onnauwkeurig bron leidt onvermijdelijk tot onnauwkeurige statistisch gevolgtrekkingen in de macht van de bron, functionele connectiviteit en netwerk analyses3.
Minimaliseren van hoofd verkeer kunnen bijzonder uitdagende tijdens pediatrische MEG beoordeling voor een aantal redenen. Eerst, beoordeling van jonge kinderen in een volwassen MEG systeem is problematisch als kinderhoofdjes veel kleiner dan die van volwassenen zijn, en de grotere ruimte tussen de helm en van het kind hoofdhuid voorziet in onbeperkte hoofd verkeer. Tweede, de roman MEG milieu — een grote machine opgesloten in een vensterloze magnetisch afgeschermde kamer — kan intimiderend zijn voor jonge kinderen, en hoofd verkeer kan een gevolg van angst. Ten derde, zonder opleiding, kinderen kunnen niet volledig begrijpen of voldoen aan de verplichting om te blijven nog steeds voor de duur van het experiment. Ten slotte, kinderen hebben een beperkte capaciteit te tolereren verveling kunnen vinden dat sommige MEG experimenten te lang duren of zijn saai, resulterend in rusteloosheid en hoofd bewegingsartefacten.
Ter bestrijding van de langdurige uitdaging van hoofd beweging in pediatrische MEG onderzoek, presenteert dit artikel recente hardware en methodologische ontwikkelingen die zijn geïmplementeerd in de kindvriendelijke MEG protocol dat wordt gebruikt op de KIT-Macquarie Brain Research Laboratory ( Macquarie University, Sydney, Australië). Zoals uiteengezet in een eerdere papier uit dit laboratorium4, de problematiek van het gebruik van een wijde volwassene middelgrote helm dewar zijn aangepakt door het installeren van een wereldprimeur, geheel-hoofd pediatrische MEG systeem met een op maat gemaakte helm dewar beter passen de hoofden van jonge kinderen tussen ongeveer drie tot zes jaar. Deze hardware-aanpassing verbetert de signal-to-noise verhouding, als de sensoren fysiek dichter, gemiddeld, tot en met5,6van de hoofdhuid van de van het kind zijn. Meer recentelijk, de KIT-Macquarie Brain Research Laboratory verschillende nieuwe en nieuwe procedures om te overwinnen van de bovengenoemde antecedenten hoofd verkeer heeft ontwikkeld en vandaar naar het verbeteren van de kwaliteit van de gegevens.
Alle procedures in dit protocol worden toegelicht door middel van een verhaal waarin de deelnemer kind actief houdt zich bezig met een "astronaut ruimtemissie". Dit verhaal zorgt ervoor dat het kind MEG onderzoekervaring niet alleen minder intimiderend, maar ook spannend. Toepassing van deze procedures in een kindvriendelijke MEG protocol is belangrijk voor de verbetering van de kwaliteit van de gegevens, minimaliseren van deelnemer verloop in longitudinale studies en ervoor te zorgen dat gezinnen een positieve ervaring in hun onderzoek deelname hebben.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1073px;" width="1074">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">5 marker Coil set</td>
			<td style="width:505px;">Kanazawa Institute of Technology (KIT) and Yokogawa Electric Corporation, Japan</td>
			<td style="width:119px;">PQ11MKA</td>
			<td style="width:235px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Fastrak Digitizer &#8211; 3D</td>
			<td style="width:505px;">Polhemus Cochester, VT, USA</td>
			<td style="width:119px;">1A0383-001</td>
			<td>Pen digitizer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Magnetoencephalography (MEG)</td>
			<td style="width:505px;">Kanazawa Institute of Technology (KIT) and Yokogawa Electric Corporation, Japan</td>
			<td style="width:119px;">PQ1160C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">MEG simulator</td>
			<td style="width:505px;">Fino, NSW, Australia</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">MoTrack system</td>
			<td>Psychological Software Tools, PA, USA</td>
			<td style="width:119px;">MTK-09314-1307</td>
			<td>Motion tracking system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Polyester caps</td>
			<td style="width:505px;">Speedo</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>product code: SPE11733.435</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

studying brain function in children using magnetoencephalography

Liquor (MEG) is een niet-invasieve neuroimaging techniek die direct magnetische velden geproduceerd door de elektrische activiteit van het menselijk brein maatregelen. MEG is rustig en minder kans op het veroorzaken van claustrofobie vergeleken met magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Daarom is een veelbelovend instrument voor het onderzoeken van de hersenfunctie bij jonge kinderen. Analyse van MEG gegevens van pediatrische populaties wordt echter vaak bemoeilijkt door hoofd bewegingsartefacten die ontstaan als gevolg van de eis voor een ruimtelijk-vaste sensor-array dat niet is bevestigd aan het hoofd van het kind. Minimaliseren hoofdbewegingen tijdens MEG sessies kunnen bijzonder uitdagend zijn, zoals jonge kinderen vaak niet in staat zijn te blijven nog tijdens de experimentele taken. Het protocol hier gepresenteerd beoogt een vermindering van hoofd bewegingsartefacten tijdens pediatrische MEG scannen. Voorafgaand aan het bezoeken de MEG-laboratorium, zijn gezinnen voorzien van middelen die de MEG-systeem en de experimentele procedures in eenvoudige, toegankelijke taal verklaren. Een MEG vertrouwd sessie wordt uitgevoerd waarin kinderen vertrouwd zijn met zowel de onderzoekers als de MEG-procedures. Ze zijn dan opgeleid om hun hoofd te houden nog steeds terwijl liggen binnen een MEG simulator. Om kinderen te helpen zich op zijn gemak in de roman MEG milieu, worden alle procedures toegelicht door middel van het verhaal van een ruimtemissie. U wilt minimaliseren hoofd verkeer als gevolg van rusteloosheid, kinderen worden opgeleid en geschat aan de hand van leuke en boeiende experimentele paradigma's. Bovendien zijn kinderen residuele hoofd bewegingsartefacten gecompenseerd tijdens de data acquisitie sessie met behulp van een real-time hoofd movement tracking systeem. Deze kindvriendelijke uitvoeringsprocedures is belangrijk voor de verbetering van de kwaliteit van de gegevens, minimaliseren van deelnemer verloop in longitudinale studies en ervoor te zorgen dat gezinnen een positieve onderzoekservaring.

Gemeenschappelijke Liquor signalen Gemeenschappelijk MEG signalen worden weergegeven in Figuur 1, met inbegrip van een normale MEG signaal (Figuur 1A), evenals MEG signaal ruis door metalen op de deelnemer (Figuur 1,B), in welk geval ontgrendelen van de sensoren, open de deur van de MSR en vragen van de deelnemer te verwijderen van elk metaal uit hun lichaam, neem de metalen object uit de MSR en uitvoeren van een auto-tune voor het herhalen van de procedures die worden beschreven in afdeling 3.5; inmenging van een elektronisch apparaat (Figuur 1C, meestal vanaf een mobiele telefoon), in welk geval beurt uit van alle elektronische apparaten of bewegen hen uit de buurt van de MSR; een gebalde kaak (Figuur 1D), in welk geval herinneren de deelnemer om te ontspannen hun kaak voor de duur van de MEG opnemen; alpha golven (Figuur 1E; deze zijn gedefinieerd door de voortdurende golven acht tot en met 12 in een 1 s-interval), in welk geval Controleer dat de deelnemer niet in slaap (het is fijn om te blijven als ze wakker zijn); en gevangen magnetische flux (Figuur 1F); in dat geval ontgrendelen van de sensoren en inschakelen op de spoel verwarmingsautomaten voor 5 min. Als de flux na een latere auto-tuning aanhoudt, Markeer getroffen kanaal voor verwijdering uit latere data-analyse.
De beweging van het hoofd gedurende de data-acquisitie Pediatrische MEG gegevens voor en na ReTHM correctie is weergegeven in Figuur 2. Gegevens verzameld van een drie-jarige jongen die passief geluisterd naar auditieve tonen voor 15 min. gegevens was-uiten van beledigende taal10, band pass gefilterd11 (1-15 Hz), basislijn-gecorrigeerd en gemiddeld. De magnetische golfvormen root-mean-square (RMS) (in de rechter kolom) werden berekend op basis van alle sensoren. Gemiddelde in-scanner hoofdbewegingen waren 44.3 mm. Zoals aangetoond, ReTHM gecompenseerd voor beweging-gerelateerde artefacten, wat resulteert in meer focale isofield contourkaarten (op het hoogtepunt van de RMS-golfvormen; (A), minder vervormd RMS magnetische golfvormen (B), en meer zinvolle bron wederopbouw (C) in de bilaterale auditieve lobben.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58909/58909fig1.jpg"> Figuur 1 : Voorbeelden van gemeenschappelijke MEG signalen. (A) een normale MEG signaal. (B-F) MEG signaal ruis door (B) metalen op de deelnemer (specifiek, lawaai veroorzaakt door een kleine metalen gesp op een singlet riem), (C) storing van een elektronisch apparaat, (D) een gebalde kaak, alfagolven (E) en (F) gevangen magnetische flux. Voor de panelen C, E en F, is de tijdschaal op de x-as in intervallen van 10 seconden, en amplitude schaal op de y-as is 32768 A/D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58909/58909fig2.jpg"> Figuur 2 . Pediatrische MEG gegevens vóór en na correctie van de Real-Time Head Movement (ReTHM). Gegevens verzameld van een drie-jarige jongen die passief geluisterd naar auditieve tonen voor 15 min. Averaged in-scanner hoofdbewegingen waren 44.3 mm. (A) meer gericht isofield contourkaarten op het hoogtepunt van de golfvormen root mean square (RMS); (B) minder vervormd RMS magnetische golfvormen, en (C) meer zinvolle bron wederopbouw in de bilaterale auditieve lobben zijn geopenbaard na correctie van de ReTHM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Supplementary Figure 1" src="/files/ftp_upload/58909/58909supfig1.jpg"> Aanvullende figuur 1: overzicht 10 eenvoudige stappen voor het voltooien van de "astronaut opleiding" (dat wil zeggen, de MEG-experiment) aan boord van een verhaal. Dit wordt verzonden naar gezinnen voorafgaand aan het bezoeken de MEG-laboratorium om begeleiden van kinderen verwachtingen voor de sessie overname, alsmede om te bouwen van opwinding in afwachting van de "astronaut opleiding". Op data acquisitie dag, de kinderen het verhaal volgen naarmate het experiment vordert en verzamelen van postzegels na het voltooien van elke stap. Foto's gereproduceerd met schriftelijke toestemming van de ouders op de hoogte. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909supfig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Supplementary Figure 2" src="/files/ftp_upload/58909/58909supfig2v2.jpg"> Aanvullende figuur 2: Een MEG informatieblad voor ouders of verzorgers de MEG, de MSR, uit te leggen wat te verwachten op data acquisitie dag en wat te dragen. Foto gereproduceerd met schriftelijke toestemming van de ouders op de hoogte. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909supfig2v2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography at JoVE.com

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Bestuderen van de hersenfunctie bij kinderen met behulp van Liquor

Dit artikel introduceert een kindvriendelijke onderzoeksprotocol ter verbetering van de kwaliteit van de gegevens doordat hoofd verkeer tijdens pediatrische Liquor (MEG). We gezinnen vertrouwd te maken met het milieu MEG, trainen van kinderen te blijven nog steeds met behulp van een simulator MEG, corrigeren voor residuele hoofd bewegingsartefacten met behulp van een real-time hoofd beweging detectiesysteem.

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the ...

Pediatrische MEG-gegevens worden vaak gecompliceerd door hoofdbeweging artefacten. Dit nieuwe protocol biedt een uitgebreide demonstratie van hoe we de verplaatsing van het hoofd verminderen terwijl we MEG-gegevens van jonge kinderen verzamelen. Het implementeren van de kindvriendelijke procedures die in ons protocol worden beschreven, is belangrijk voor het verbeteren van de gegevenskwaliteit, het minimaliseren van de uitputtingsgraad van de deelnemers en het waarborgen dat gezinnen een positieve ervaring hebben met deelname aan onderzoek.Dit protocol kan worden toegepast bij de beoordeling van jonge kinderen met andere neuroimaging systemen, zoals fMRI of PET, waar het verminderen van de beweging van het hoofd tijdens het scannen is ook van cruciaal belang voor de kwaliteit van de gegevens. Om deze procedure te beginnen, bieden gezinnen middelen om te leren over magnetoencefalografie, of MEG, voorafgaand aan een bezoek aan het MEG-laboratorium, zoals een storyboard waarin de stappen die betrokken zijn bij het invullen van de MEG-experiment en een MEG-informatieblad voor ouders of verzorgers. Vervolgens, neem het kind op een rondleiding door de magnetisch afgeschermde kamer, of MSR, huisvesting van de pediatrische MEG-systeem, die is ingericht in de ruimte-gerelateerde kunst om de ruimte missie thema te versterken.Vraag het kind om te oefenen liggend met hun hoofd in de helmdeur. Vertel het kind vervolgens zo stil mogelijk te liggen, zodat het ruimteschip op koers blijft en zijn eindbestemming kan bereiken. Voor digitalisering, direct het kind om te zitten op een kinderstoel en past ze met een polyester badmuts met vijf marker spoelen, die gegevens te sturen naar een continue beweging tracking unit.Pas loszittende doppen aan door de zijkanten op te vouwen. Plaats een zender en drie ontvangers om de nek van het kind. Vraag het kind om hun beste standbeeld pose te tonen en bieden frequente positieve versterking, terwijl ze stil blijven.Dit dient om de hoofdbeweging tijdens de digitalisering te minimaliseren, wat de nauwkeurigheid van de daaropvolgende coregistratie tussen het hoofd van het kind en de MEG-sensoren in gevaar kan brengen. Gebruik een pendigitalizer om de positie van drie fiduciale punten en de vijf markeringsspoelen, evenals de vorm van het oppervlak van het hoofd op te nemen. Deze gegevens worden gebruikt om later de positie van het hoofd van het kind ten opzichte van de MEG-sensoren te bepalen.Verwijder aan het einde van de procedure de dop, zender en drie ontvangers uit de nek van het kind. Neem vervolgens het kind mee naar de kamer met de MEG-simulator, een replica van het MEG-systeem op ware grootte. De MEG simulator is versierd met stickers met ruimte thema en is uitgerust met een mock helm deur, een bed, een knoopdoos, en, voor visuele displays, een scherm gelegen boven de nepdeur.Beschrijf kort de MEG-scanprocedures door het verhaal van een oefenruimtemissie. Als het kind nerveus lijkt, moet u eerst de experimentele procedures met speelgoed demonstreren. Pas het kind met een astronautenhelm, een polyester badmuts met aan de voorzijde een bewegingsdetector.Laat het kind in de simulator gaan liggen en een video van zijn of haar keuze bekijken. Wanneer de hoofdbeweging van het kind een vooraf bepaalde drempel overschrijdt, pauzeert het bewegingsvolgsysteem de video automatisch en wacht het tot de onderzoeker de video handmatig opnieuw opstart en de bewegingsbasislijn herstelt. Wanneer het kind dit deel van de simulatortraining voltooit, geef je hem training over de experimentele taak met behulp van een aparte set unieke stimuli.Bied het kind aan het einde van de taaktraining een astronautentrainingscertificaat aan. Wanneer het kind aankomt, bevestig dan dat ze geen magnetisch materiaal op hun kleding of lichaam dragen, omdat magnetische materialen het MEG-signaal kunnen verstoren. Herhaal vervolgens de digitaliseringsprocedure die eerder in de MEG-kennismakingssessie is beschreven.Breng het kind vervolgens naar de MSR. Twee onderzoekers zijn nodig voor deze procedure, een om het kind te begeleiden in de MSR als de assistent-onderzoeker, en de andere om MEG data-acquisitie uit te voeren buiten de MSR als de belangrijkste onderzoeker. De MSR-installatie duurt meestal vijf minuten.Vraag het kind in de MSR om zijn hoofd in de helmdeur te plaatsen. Controleer of het hoofd van het kind centraal is uitgelijnd, zodat de kruin van het hoofd zo dicht mogelijk bij de achterkant van de helmdeur staat zonder het aan te raken. Zorg ervoor dat het kind comfortabel, ontspannen en blijft zo stil mogelijk voor de MEG-opname.Houd het kind tijdens het opzetten van de apparatuur bezig door een video van zijn keuze op het scherm boven de deur af te spelen. Buiten de MSR voert u een pre-experiment basislijnmarkeringsspoelmeting uit om de initiële hoofdpositie ten opzichte van de helmdeur vast te leggen. Voer vervolgens een coregistratie uit tussen het hoofd van het kind en de sensorarray met behulp van zowel de eerste markerspoelmeting als de vormgegevens van de digitaliseringskop.Deze voorbereidende metingen maken visuele inspectie van de hoofdpositie in de deur mogelijk om ervoor te zorgen dat het hoofd van het kind correct is geplaatst. Als niet aan deze voorwaarden wordt voldaan, herpositioneert u het hoofd van het kind en voert u een andere coregistratie uit voordat u begint met het verzamelen van gegevens. Eenmaal tevreden met de hoofdpositie met betrekking tot de helmdeur, start u de MEG-opname en de experimentele taak.Record lopende hoofdbewegingen met een pediatrische MEG software systeem genaamd real-time head movement. Aan het einde van het experiment, bieden het kind een geschenk zak voor hun deelname en bezoldigen de familie voor hun tijd en reiskosten. In dit experiment werden gegevens verzameld van een driejarige jongen die 15 minuten lang passief naar gehoortonen luisterde.De gegevens werden gedes noised, vervolgens verleden gefilterd, baseline gecorrigeerd, en gemiddeld. Root-mean-square magnetische, of RMS, golf vormen werden berekend van alle sensoren en de gemiddelde in-scanner hoofdbewegingen waren 44,3 millimeter. Zoals aangetoond, real-time hoofdbeweging gecompenseerd voor beweging-gerelateerde artefacten resulterend in meer focal isofield contour kaarten.Veel vervormde RMS magnetische golfvormen en zinvollere bronreconstructie in de bilaterale auditieve lobben. Tijdens de testprocedure is het belangrijk om een band met het kind op te bouwen, de sessie leuk en boeiend te houden en te reageren op tekenen van angst of rusteloosheid bij het kind. Door kinderen op te leren hun hoofd stil te houden tijdens pediatrische MEG-opnames, hebben we de kwaliteit van onze MEG-gegevens verbeterd.Geavanceerde analysetechnieken kunnen nu op deze gegevens worden toegepast. De pediatrische MEG opent niet alleen een venster voor wat er elektrisch gebeurt in de hersenen, maar stelt ons ook in staat om bepaalde cognitieve functies in kaart te brengen op de zich ontwikkelende hersenen.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Studying Synaptic Vesicle Pools using Photoconversion of Styryl Dyes

Studeren Synaptic Blaasjes zwembaden met behulp van Photoconversion van styrylkleurstoffen

The fusion of synaptic vesicles with the plasma membrane (exocytosis) is a required step in neurotransmitter release and neuronal communication. The ...

In utero Electroporation followed by Primary Neuronal Culture for Studying Gene Function in Subset of Cortical Neurons

In utero Electroporation followed by Primary Neuronal Culture for Studying Gene Function in Subset of Cortical Neurons

In utero Elektroporatie gevolgd door primaire neuronale Cultuur voor het bestuderen van Gene Functie in subset van de corticale neuronen

In vitro study of primary neuronal cultures allows for quantitative analyses of neurite outgrowth. In order to study how genetic alterations affect ...

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound fTCD

Beoordeling van de cerebrale lateralisatie bij kinderen met behulp van functionele Transcranial Doppler-echografie (fTCD)

There are many unanswered questions about cerebral lateralization.  In particular, it remains unclear which aspects of language and nonverbal ability are ...

Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

Samenhang tussen Brain Cortical Functie en neurocognitieve prestatie tijdens Changed Gravity Voorwaarden

Previous studies of cognitive, mental and/or motor processes during short-, medium- and long-term weightlessness have only been descriptive in nature, and ...

Mosaic Analysis of Gene Function in Postnatal Mouse Brain Development by Using Virus-based Cre Recombination

Mozaïek Analyse van Gene Functie in Postnatale Mouse ontwikkeling van de hersenen met behulp van Virus-based Cre recombinatie

Normal brain function relies not only on embryonic development when major neuronal pathways are established, but also on postnatal 
development when ...

In ovo Electroporation in Chick Midbrain for Studying Gene Function in Dopaminergic Neuron Development

In ovo Electroporation in Chick Midbrain for Studying Gene Function in Dopaminergic Neuron Development

In ovo Elektroporatie in Chick middenhersenen voor het bestuderen van gen-functie in dopaminerge Neuron Ontwikkeling

Dopaminergic neurons located in the ventral midbrain control movement, emotional behavior, and reward mechanisms1-3. The dysfunction of ventral midbrain ...

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

Functionele neuroimaging Met behulp van ultrasone bloed-hersen barrière verstoring en mangaan-enhanced MRI

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

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

Co-analyse van hersenstructuur en functie met behulp van fMRI en Diffusie-gewogen beeldvorming

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

Local Application of Drugs to Study Nicotinic Acetylcholine Receptor Function in Mouse Brain Slices

Lokale toepassing van geneesmiddelen aan nicotine acetylcholine receptor functie in de hersenen van muizen Slices Studie

Tobacco use leads to numerous health problems, including cancer, heart disease, emphysema, and stroke. Addiction to cigarette smoking is a prevalent ...

Imaging Serotonergic Fibers in the Mouse Spinal Cord Using the CLARITY/CUBIC Technique

Beeldvorming Serotonerge vezels in de muis Spinal Cord Met behulp van de DUIDELIJKHEID / CUBIC Techniek

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal ...