Name: studying brain function in children using magnetoencephalography
Uploaded: 2019-04-08T14:00:00
Duration: 8 min
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Questo lavoro è stato supportato da Australian Research Council concede CE110001021, DP170103148 e DP170102407. Wei He è stata sostenuta da un assegno di ricerca Università di Macquarie (MQRF, progetto di IRIS: 9201501199). Hannah Rapaport è stato sostenuto dal programma di formazione di ricerca del governo australiano (RTP) e Macquarie University Research Excellence Borse di studio (MQRES). Robert A Seymour è stato sostenuto da borse di dottorato da Aston University, Birmingham, UK e Macquarie University, Sydney, Australia. Paul F. Sowman è stata sostenuta dal National Health e il Medical Research Council (1003760) e l'Australian Research Council (DE130100868). Gli autori riconoscono la collaborazione con il Politecnico di Kanazawa e Yokogawa Electric Corporation nello stabilire il KIT-Macquarie Brain Research Laboratory.

Questo protocollo di ricerca è stato approvato dal comitato etico di Macquarie University umana ricerca.
1. MEG familiarizzazione risorse
<ol><li>Fornire alle famiglie con risorse per imparare a MEG prima di visitare il laboratorio di MEG, ad esempio un articolo scientifico adatti7 spiegando MEG e MSR, una storia-scheda dettaglio i passaggi necessari a completare l'esperimento MEG (ad es., Complementare figura 1 e foglio informativo MEG per i genitori o gli operatori sanitari (per esempio, complementare figura 2).</li>
</ol>2. MEG sessione di familiarizzazione
Nota: La sessione di familiarizzazione viene eseguita in genere per 30 min, compreso un'introduzione a MSR (5 minuti), una digitalizzazione di pratica (5 min) e addestramento con simulatore MEG, comprese le pratiche per l'attività sperimentale (20 min). Condurre la sessione di familiarizzazione tra uno-a-sette giorni prima della data di acquisizione dati.
<ol><li>
Introduzione di MSR
	<ol>
<li>Prendere il bambino in un tour del modulo MSR ("astronave") che è decorato in arte muro relative allo spazio per rafforzare il tema della missione spaziale.</li>
		<li>Chiedere al bambino di pratica menzogne dietro con la testa nel casco dewar.</li>
		<li>Dire al bambino di mentire ancora possibile affinché la nave spaziale rimane il corso e può raggiungere la sua destinazione finale.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Digitalizzazione:
	<ol>
<li>Sedere il bambino su una sedia alta e farli stare con una cuffia poliestere ("casco astronauta") contenente cinque bobine di marcatore. Adattare larghi tappi piegando i lati. Nota: Le bobine di inviano dati ad un'unità di rilevamento di movimento continuo.</li>
		<li>Posto un trasmettitore e tre ricevitori intorno al collo del bambino.</li>
		<li>Chiedere al bambino di dimostrare la loro miglior posa 'statua' e offrono frequente rinforzo positivo quando rimangono ancora. Nota: Questo serve a ridurre al minimo movimento della testa durante la digitalizzazione che può compromettere la precisione della successiva co-registrazione con sensori MEG8.</li>
		<li>Utilizzare un digitalizzatore a penna (Vedi Tabella materiali) per registrare la posizione di tre punti fiduciali (il nasion e sinistro e destra pre-auricular punti) e le bobine di cinque indicatore, così come la forma della superficie della testa. Nota: Questi dati viene utilizzati per poi determinare la posizione della testa del bambino in relazione i sensori di MEG.</li>
		<li>Rimuovere il tappo, trasmettitore e tre ricevitori dal collo del bambino.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Simulatore di MEG:
	<ol>
<li>Portare il bambino in camera housing il simulatore di MEG (Vedi Tabella materiali e passaggi 9 e 10 in complementare figura 1), una full-size replica di un sistema di MEG. Il simulatore di MEG è decorato con adesivi a tema spaziale ed è dotato di un mock dewar, un letto, una casella di pulsante del casco e, per i visual display, uno schermo situato sopra il finto dewar</li>
		<li>Descrivere brevemente il MEG scansione procedure (vale a dire, che si trova ancora e partecipare al compito sperimentale pratica) attraverso la narrazione di una missione spaziale di pratica.</li>
		<li>Dimensioni del bambino con un 'casco astronauta' — una cuffia poliestere che ha un rilevatore di movimento attaccato alla parte anteriore (Vedi Tabella materiali).</li>
		<li>Invitare il bambino a mentire nel simulatore e guarda un video di loro scelta. Se il bambino appare nervoso, prima di illustrare le procedure sperimentali con un giocattolo. Nota: Ogni volta che il movimento della testa del bambino supera una soglia predeterminata (ad es. 5 mm), il sistema di rilevamento del movimento (Vedi Tabella materiali) automaticamente mettere in pausa il video e aspettare per lo sperimentatore per far ripartire il video e ripristinare manualmente il previsione di movimento.</li>
		<li>Quando il bambino completa questa parte del training simulator, è possibile fornire al bambino con formazione dell'attività sperimentale utilizzando un set separato di stimoli unici.</li>
		<li>Alla fine della formazione attività, offrire al bambino un certificato di formazione di astronauta.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. sessione di acquisizione di dati MEG
Nota: La sessione di acquisizione di dati in genere viene eseguito per circa 30 min, tra cui la digitalizzazione (5 min), impostare il partecipante all'interno del MSR (5 min) e l'acquisizione di dati (circa 20 min, a seconda della lunghezza del paradigma sperimentale).
<ol><li>
Procedure preliminari
	<ol>
<li>Condurre una stanza vuota di 30-60 s registrazione circa 15 min prima che il bambino arriva per identificare qualsiasi rumore esterno significativo che viene rilevato da MEG sistema8.</li>
		<li>Quando il bambino arriva, confermare che non sono da portare qualsiasi materiale magnetico sui loro vestiti o trasportare qualsiasi nel loro corpo, come materiali magnetici possono distorcere il segnale MEG (vedere Figura 1B per un esempio di segnale rumore a causa di metallo sul partecipante). Nota: Se il genitore o il caregiver desidera accompagnare i loro figli all'interno del MSR, la rimozione di materiali magnetici si applica anche a loro.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Digitalizzazione
	<ol>
<li>Verifica se il bambino ha bisogno di andare alla toilette prima di iniziare la digitalizzazione, come una volta completata la fase di digitalizzazione, il tappo non può essere rimosso fino al termine della sessione di acquisizione di MEG.</li>
		<li>Ripetere la procedura di digitalizzazione descritta nella precedente sezione "Sessione di familiarizzazione di MEG". Nota: Se il tappo si muove più di 5 mm nel corso dell'esperimento, eseguire una digitalizzazione seconda alla fine dell'esperimento</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Set-up MSR
	<ol>
<li>Prendere il bambino a MSR ("l'astronave"). Nota: Due ricercatori sono necessari per questa procedura — uno per accompagnare il bambino dentro il MSR come "assistant researcher" (insieme con il genitore o il caregiver, se lo si desidera) e uno per eseguire l'acquisizione di dati MEG fuori il MSR come il "ricercatore principale". Il set-up MSR richiede in genere di 5 min.</li>
		<li>Impostare apparecchiatura all'interno il MSR (assistente ricercatrice)<ol>
<li>Chiedere al bambino di mettere la testa nel casco dewar.</li>
			<li>Controllare che la testa del bambino sia allineata centralmente tale che la parte superiore della testa è il più vicina possibile alla parte posteriore del casco dewar senza toccare.</li>
			<li>Assicurarsi che il bambino sia confortevole, rilassato e rimane ancora il più possibile durante la registrazione di MEG.</li>
			<li>Durante il set-up, tenere il bambino intrattenuti dalla riproduzione di un video di loro scelta su uno schermo sopra il dewar.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Impostare attrezzatura fuori il MSR (ricercatore principale)<ol>
<li>Condurre una misurazione di bobina pre-experiment/basale marcatore per registrare la posizione di testa iniziale per quanto riguarda il casco dewar.</li>
			<li>Condurre una co-registrazione tra la testa del bambino e l'array di sensori utilizzando sia la misurazione di bobina del marcatore iniziale e i dati di forma della testa di digitalizzazione. Nota: Queste misure preparatorie permettono l'ispezione visiva della posizione della testa all'interno del dewar per garantire che la testa del bambino sia posizionata correttamente. Se queste condizioni non sono soddisfatte, riposizionare il bambino e condurre un altro co-registrazione prima di iniziare l'acquisizione dei dati.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Acquisizione dati
	<ol>
<li>Una volta soddisfatto con la posizione della testa rispetto al casco dewar, avviare il registrazione di MEG e l'attività sperimentale.</li>
		<li>Registrazione movimenti della testa in corso con un sistema di software di MEG pediatrico denominato movimento della testa in tempo reale (ReTHM)9.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Termina l'esperimento
	<ol>
<li>Una volta ultimata l'attività sperimentale, disattivare ReTHM e terminare il registrazione di MEG. Eseguire la misurazione di bobina un post-esperimento indicatore per misurare la posizione di testa finale per quanto riguarda il casco dewar. Nota: Questa misura fornisce una semplice ispezione visiva dei movimenti della testa nel complesso durante l'esperimento.</li>
		<li>Offrire al bambino un sacchetto regalo ("kit di astronauta") per la loro partecipazione e remunerare la famiglia per il loro tempo e le spese di viaggio.</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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Negli ultimi anni, MEG è stata stabilita come una tecnica di neuroimaging non invasiva prezioso per indagare i meccanismi neurali alla base del cervello di sviluppo1. Tuttavia, i movimenti della testa in scanner posa una famigerato barriera all'ottenimento di buona qualità dati MEG, particolarmente nel valutare le popolazioni pediatriche. Per ovviare a questo problema, questo articolo ha presentato un protocollo di ricerca pediatrico di MEG che si basa su procedure descritte in un articolo precedente dal KIT-Macquarie Brain Research Laboratory 4.
Le procedure critiche includono (1) fornire i bambini con MEG familiarizzazione risorse da cui possono imparare circa l'esperimento MEG prima di visitare il laboratorio, che includono un bambino-amichevole ricerca articolo7 che spiega il sistema di MEG e il schermati magneticamente camera (MSR), una storia-Pensione delineando 10 semplici passi per completare l'esperimento MEG (complementare figura 1) e un foglio informativo di MEG per genitori e tutori (complementare figura 2); (2) precedenti la sessione di acquisizione di MEG con una sessione di familiarizzazione, in cui i bambini sono familiarità con le procedure di MEG e sono addestrati a mantenere le loro teste ancora mentre siete sdraiati all'interno di un simulatore di MEG; (3) utilizzando paradigmi sperimentali passive o "gamified" per ridurre al minimo il movimento della testa a causa di noia e agitazione; e (4) rilevamento movimenti della testa in corso durante l'acquisizione dei dati online utilizzando un sistema di movimento della testa in tempo reale (ReTHM)9. I dati ottenuti da ReTHM utilizzabile per condurre in linea correzione di artefatti di movimento della testa quando la pre-elaborazione dei dati di MEG.
L'acquisizione di dati di alta qualità MEG dipende in modo critico il bambino a sentirsi a proprio agio nell'ambiente romanzo di MEG. Per favorire questo senso di facilità, i ricercatori sono incoraggiati a dedicare tempo a familiarizzare i bambini e le loro famiglie con MEG ambiente e procedure prima di iniziare l'acquisizione dei dati. Questo può essere raggiunto attraverso offerta bambini e loro genitori risorse di MEG che spiegano le procedure di MEG in un linguaggio semplice e accessibile. Inoltre, le famiglie possono essere invitate a visitare il laboratorio di MEG prima della sessione di acquisizione dati per incontrare i ricercatori e praticare le procedure di prova di MEG. Attraverso la formazione sul simulatore di MEG, i bambini imparano in modo implicito l'importanza di mantenere le loro teste ancora mentre siete sdraiati nel MEG. Mentre la familiarizzazione di MEG richiede i ricercatori e le famiglie a dedicare ulteriore tempo per il processo di raccolta di dati, i vantaggi del miglioramento della qualità dei dati MEG, come pure riducendo al minimo i tempi e costi di condurre i dati successivi MEG sessioni di acquisizione, probabilmente supera questo inconveniente. Inoltre, prestazioni e conformità durante la sessione di familiarizzazione può essere utilizzati per indicare se il bambino è o non è adatto per invitare nuovamente per una sessione di acquisizione di dati MEG effettiva.
Per ridurre al minimo movimento della testa in scanner a causa di inquietudine, è preferibile utilizzare un paradigma sperimentale passivo che non richiede istruzioni, evidente attenzione o partecipazione attiva. Ad esempio, un'affidabile risposta evocata può essere ottenuta con un oddball uditiva paradigma12, per cui il partecipante ascolta passivamente una sequenza di toni uditive mentre intrattenuti da un video in silenzio. Per gli studi che richiedono una risposta evidente, il ricercatore dovrebbe mirare ad incorporare l'attività sperimentale in un coinvolgente gioco in stile paradigma11. Ciò migliora la cooperazione e minimizza irrequietezza durante l'attività. In esperimenti di visual, l'uso di MEG-compatibile eye-tracker comporta poco tempo ulteriori set-up ma è necessaria per garantire che i bambini hanno fissato sulla posizione dello stimolo visivo13.
Qualsiasi artefatti di movimento della testa residua possono essere corretto per l'utilizzo di tracciamento del movimento testa in tempo reale. Ad esempio, i dati ottenuti da ReTHM possono essere memorizzati nel file di registrazione di MEG e utilizzati per compensare il movimento della testa durante l'acquisizione dei dati in modo tale che il testa-a-sensore localizzazione può essere ripristinato al livello pre-movimento per consentire un'ottima fonte ricostruzione, che è essenziale per dati a livello di sorgente successivi analizza14.
L'attuazione del presente protocollo mira a migliorare la qualità dei dati pediatrici di MEG, ridurre al minimo il tasso di abbandono partecipante in studi longitudinali e garantire che le famiglie hanno una piacevole esperienza di partecipazione ricerca MEG, con l'obiettivo di migliorare la nostra comprensione dello sviluppo iniziale del cervello nelle popolazioni sia tipiche che atipiche.

Magnetoencefalografia (MEG) è una tecnica di neuroimaging funzionale non invasivo che misura i campi magnetici generati dall'attività elettrica del cervello umano1,2. MEG offre un'eccellente risoluzione temporale e risoluzione spaziale superiore confrontato con l'elettroencefalografia (EEG) a causa della mancanza di segnale sbavature dai tessuti biologici tra le fonti di cervello ed i sensori. Inoltre, MEG non comporta l'esposizione a rumori forti, radiazioni o campi magnetici. Tempo di set-up è rapido e i partecipanti possono essere accompagnati da un genitore o un operatore sanitario durante test. Prese insieme, queste caratteristiche rendono MEG uno strumento promettente per indagare lo sviluppo tipico e atipico della funzione del cervello in bambini in giovane età2.
Per misurare le risposte del cervello utilizzando MEG, i partecipanti alla ricerca deve inserire le loro teste in un casco alloggiamento una matrice fissa di sensori superconduttori. È fondamentale che i partecipanti mantiene le loro teste ancora in tutta la MEG registrazione, come cambiamenti nella posizione della testa rispetto i sensori entrambi degrada la distribuzione del segnale neuromagnetic e ostacolare la stima accurata origine. Stima di origine inesatte porta inevitabilmente a inferenze statistiche imprecise in fonte di alimentazione, connettività funzionale e analisi di rete3.
Riducendo al minimo movimento della testa può essere particolarmente impegnativo durante la valutazione di MEG pediatrica per una serie di motivi. In primo luogo, valutare i bambini piccoli in un sistema di MEG adulto è problematico, come le teste dei bambini sono molto più piccole di quelli degli adulti, e lo spazio aumentato tra il casco e il cuoio capelluto del bambino permette di muovere la testa senza vincoli. In secondo luogo, l'ambiente romanzo di MEG — una macchina di grandi dimensioni chiuso dentro una stanza senza finestre magneticamente schermata — può essere intimidatorio per i bambini piccoli, e movimento della testa può essere una conseguenza dell'ansia. In terzo luogo, senza formazione, i bambini possono non completamente capire o assolvere l'obbligo di rimanere ancora per tutta la durata dell'esperimento. Infine, i bambini che hanno una limitata capacità di tollerare la noia possono trovare che alcuni esperimenti di MEG prendono troppo a lunghi o sono noiosi, conseguente irrequietezza e testa artefatti di movimento.
Per affrontare la sfida di vecchia data di movimento della testa nella ricerca pediatrica di MEG, questo articolo presenta hardware recente e avanzamenti metodologici che sono implementati nel bambino-amichevole MEG protocollo utilizzato presso il KIT-Macquarie Brain Research Laboratory ( Università di Macquarie, Sydney, Australia). Come descritto in una carta precedente da questo laboratorio4, i problemi legati all'uso di un casco da adulto di dimensioni larghi dewar sono stati risolti installando una prima mondiale, sistema di MEG pediatrica tutta la testa con un casco su misura dewar per meglio adattarsi le teste dei bambini piccoli tra circa tre-sei anni di età. Questo adattamento di hardware migliora il rapporto segnale-rumore, come i sensori sono fisicamente più vicino, in media, al cuoio capelluto5,6 del bambino. Più recentemente, il laboratorio di ricerca del cervello di KIT-Macquarie ha sviluppato diverse procedure nuove e nuove per superare i suddetti antecedenti di movimento della testa e quindi per migliorare la qualità dei dati.
Tutte le procedure descritte in questo protocollo sono spiegate attraverso una narrazione in cui il partecipante di bambino si impegna attivamente in una "missione spaziale astronauta". Questa narrazione assicura che l'esperienza del bambino MEG ricerca è non solo meno intimidatorio, ma anche emozionante. L'implementazione di queste procedure in un protocollo di MEG adatti è importante per migliorare la qualità dei dati, riducendo al minimo tasso di abbandono partecipante in studi longitudinali e garantire che le famiglie hanno un'esperienza positiva nella loro partecipazione di ricerca.

<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

Magnetoencefalografia (MEG) è una tecnica non invasiva neuroimaging che direttamente misura campi magnetici generati dall'attività elettrica del cervello umano. MEG è tranquillo e meno probabile indurre claustrofobia confrontato con risonanza magnetica (MRI). È pertanto uno strumento promettente per lo studio di funzione del cervello in bambini in giovane età. Tuttavia, l'analisi dei dati di MEG da popolazioni pediatriche è spesso complicata da artefatti di movimento della testa che sorgono come conseguenza il requisito per una serie di sensori nello spazio fisso che non vi siano attaccata alla testa del bambino. Riducendo al minimo i movimenti della testa durante le sessioni di MEG può essere particolarmente impegnativo come bambini piccoli spesso sono in grado di rimanere ancora durante compiti sperimentali. Il protocollo qui presentato mira a ridurre artefatti di movimento della testa durante pediatrica MEG scansione. Prima di visitare il laboratorio di MEG, le famiglie sono fornite con le risorse che spiegano il sistema di MEG e le procedure sperimentali in un linguaggio semplice e accessibile. Una sessione di familiarizzazione di MEG è condotto durante la quale i bambini sono a conoscenza con i ricercatori e le procedure di MEG. Quindi sono addestrati per tenere la testa ancora mentre siete sdraiati all'interno di un simulatore di MEG. Per aiutare i bambini a sentirsi a proprio agio nel romanzo ambiente MEG, tutte le procedure sono spiegate attraverso la narrazione di una missione spaziale. Per ridurre al minimo movimento della testa a causa di inquietudine, i bambini sono addestrati e valutati utilizzando paradigmi sperimentali divertente e coinvolgente. Inoltre, artefatti di movimento della testa residua bambini vengono compensate durante la sessione di acquisizione di dati utilizzando un movimento della testa in tempo reale sistema di tracciamento. L'implementazione di queste procedure adatti è importante per migliorare la qualità dei dati, riducendo al minimo tasso di abbandono partecipante in studi longitudinali e garantire che le famiglie hanno un'esperienza di ricerca positiva.

Segnali comuni di magnetoencefalografia MEG comuni segnali vengono visualizzati nella Figura 1, tra cui un normale segnale MEG (Figura 1A), così come rumore di segnale MEG a causa di metallo sul partecipante (Figura 1B), nel qual caso sbloccare i sensori, aprire la porta MSR e Chiedere al partecipante di rimuovere qualsiasi metallo dal loro corpo, poi prendere l'oggetto metallico fuori il MSR ed eseguire un auto-tune prima di ripetere le procedure descritte nella sezione 3.5; interferenza da un dispositivo elettronico (Figura 1C, più spesso da un telefono cellulare), nel quale caso girate fuori tutti i dispositivi elettronici o li allontana il MSR; ricordare una mascella serrata (Figura 1D), nel qual caso il partecipante per rilassarsi loro mascella per tutta la durata del MEG registrazione; onde alfa (Figura 1E; questi sono definiti da otto a 12 onde continue in un intervallo di 1 s), in questo caso controllare che il partecipante non è addormentato (va bene continuare se sono svegli); e flusso magnetico intrappolato (Figura 1F); nel qual caso sbloccare i sensori e accendere la bobina di riscaldamento per 5 min. Se il flusso persiste dopo una successiva ottimizzazione automatica, marchio canale interessato per rimozione dall'analisi dei dati successivi.
Movimento della testa durante l'acquisizione dei dati Dati pediatrici MEG prima e dopo la correzione di ReTHM viene visualizzati nella Figura 2. Dati sono stati raccolti da un tre-anno-vecchio ragazzo che ha ascoltato passivamente toni uditivi per 15 min. dati era de-rumore10, passa-banda filtrato11 (1-15 Hz), correzione della linea di base e una media. Forme d'onda magnetiche di root-mean-square (RMS) (nella colonna di destra) sono state calcolate da tutti i sensori. Movimenti della testa in scanner media erano 44,3 mm. Come dimostrato, ReTHM compensata per manufatti dovute al movimento, con conseguente più mappe di contorno isofield focale (al culmine delle forme d'onda RMS; (A), meno RMS magnetico forme d'onda distorte (B) e la più significativa fonte ricostruzione (C) nei lobi uditivi bilaterali.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58909/58909fig1.jpg"> Figura 1 : Esempi di comuni segnali di MEG. (A) un MEG normale segnale. (B-F) Rumore di segnale MEG a causa di metallo (B) sul partecipante (in particolare, rumore causato da una piccola fibbia in metallo su una cinghia di singoletto), (C) interferenze da un dispositivo elettronico, mascella (D) un serrato, onde alfa (E) e (F) flusso magnetico intrappolato. Per pannelli C, E e F, la scala di tempo sull'asse x è in intervalli di 10 secondi, e ampiezza scala sull'asse y è 32768 A/d. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58909/58909fig2.jpg"> Figura 2 . Dati pediatrici MEG prima e dopo la correzione in tempo reale movimento della testa (ReTHM). Dati sono stati raccolti da un tre-anno-vecchio ragazzo che ha ascoltato passivamente toni uditivi per 15 min media in-scanner movimenti della testa erano 44,3 mm. (A) più concentrati isofield mappe di contorno al culmine delle forme d'onda quadratico medio (RMS); (B) meno forme d'onda distorte RMS magnetiche e (C) ricostruzione di origine più significativo nei lobi uditivi bilaterali sono rivelati dopo la correzione ReTHM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Supplementary Figure 1" src="/files/ftp_upload/58909/58909supfig1.jpg"> Complementare figura 1: una storia struttura 10 semplici passi per completare il "astronauta formazione" (cioè, l'esperimento di MEG) a bordo. Questo viene inviato alle famiglie prima di visitare il laboratorio di MEG al fine di orientare le aspettative dei bambini per la sessione di acquisizione, nonché di costruire eccitazione in attesa della "formazione astronauta". Giorno di acquisizione dati, i bambini seguono la storia come il procedere dell'esperimento e raccolgono francobolli dopo aver completato ogni passaggio. Fotografie riprodotte con informato consenso scritto dei genitori. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909supfig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Supplementary Figure 2" src="/files/ftp_upload/58909/58909supfig2v2.jpg"> Complementare figura 2: Foglio informativo MEG per genitori o operatori sanitari spiegando il MEG, MSR, cosa aspettarsi il giorno di acquisizione dati e cosa indossare. Fotografia riprodotta con informato consenso scritto dei genitori. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909supfig2v2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Studiare la funzione del cervello in bambini che usando magnetoencefalografia

Questo articolo introduce un protocollo di ricerca adatti progettato per migliorare la qualità dei dati riducendo il movimento della testa durante pediatrica magnetoencefalografia (MEG). Abbiamo famiglie di familiarizzare con l'ambiente di MEG, formare i bambini rimangono ancora utilizzando un simulatore di MEG, e correggere per artefatti di movimento della testa residua utilizzando un sistema di rilevazione di movimento della testa in tempo reale.

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

I dati MEG pediatrici sono spesso complicati dagli artefatti del movimento della testa. Questo nuovo protocollo offre una dimostrazione completa di come riduciamo il movimento della testa mentre raccogliamo dati MEG dai bambini piccoli. L'implementazione delle procedure a misura di bambino delineate nel nostro protocollo è importante per migliorare la qualità dei dati, ridurre al minimo gli studi longitudinali sulle stringhe di logoramento dei partecipanti e garantire che le famiglie abbiano un'esperienza positiva di partecipazione alla ricerca.Questo protocollo può essere applicato quando si valutano i bambini piccoli con altri sistemi di neuroimaging, come fMRI o PET, dove la riduzione del movimento della testa durante la scansione è fondamentale anche per la qualità dei dati. Per iniziare questa procedura, fornire alle famiglie risorse per conoscere la magnetoencefalografia, o MEG, prima di visitare il laboratorio MEG, come uno storyboard che dettaglia i passaggi coinvolti nel completamento dell'esperimento MEG e una scheda informativa MEG per genitori o caregiver. Successivamente, porta il bambino in un tour della stanza schermata magneticamente, o MSR, che ospita il sistema MEG pediatrico, che è decorato in arte murale legata allo spazio per rafforzare il tema della missione spaziale.Chiedi al bambino di esercitarsi sdraiato con la testa nella porta del casco. Quindi, di' al bambino di mentire il più immobile possibile in modo che l'astronave rimanga sulla rotta e possa raggiungere la sua destinazione finale. Per la digitalizzazione, iniezioni al bambino di sedersi su un seggiolone e adattarlo a una cuffia in poliestere contenente cinque bobine di marcatori, che inviano dati a un'unità di tracciamento del movimento continuo.Adattare i tappi di raccordo allentati ripiegando i lati. Posizionare un trasmettitore e tre ricevitori intorno al collo del bambino. Chiedi al bambino di dimostrare la loro migliore posa statua e offrire frequenti rinforzi positivi mentre rimangono fermi.Ciò serve a ridurre al minimo il movimento della testa durante la digitalizzazione che può compromettere l'accuratezza della successiva coregistrazione tra la testa del bambino e i sensori MEG. Utilizzare un digitalizzatore a penna per registrare la posizione di tre punti fiduciari e le cinque bobine marcatori, nonché la forma della superficie della testa. Questi dati vengono utilizzati per determinare in seguito la posizione della testa del bambino in relazione ai sensori MEG.Alla fine della procedura, rimuovere il cappuccio, il trasmettitore e tre ricevitori dal collo del bambino. Successivamente, porta il bambino nella stanza che ospita il simulatore MEG, una replica a grandezza naturale del sistema MEG. Il simulatore MEG è decorato con adesivi a livello spaziale ed è dotato di una finta porta del casco, un letto, una scatola dei pulsanti e, per i display visivi, uno schermo situato sopra la finta porta.Descrivere brevemente le procedure di scansione MEG attraverso la narrazione di una missione spaziale pratica. Se il bambino appare nervoso, prima dimostra le procedure sperimentali con un giocattolo. Si adatta al bambino con un casco da astronauta, una cuffia in poliestere che ha un rilevatore di movimento attaccato nella parte anteriore.Invita il bambino a sdraiarsi nel simulatore e guardare un video di loro scelta. Ogni volta che il movimento della testa del bambino supera una soglia predeterminata, il sistema di tracciamento del movimento sospenderà automaticamente il video e attenderà che lo sperimentatore riavvii manualmente il video e ripristini la linea di base di movimento. Quando il bambino completa questa parte dell'allenamento del simulatore, fornisci loro formazione sul compito sperimentale utilizzando un set separato di stimoli unici.Al termine dell'addestramento del compito, offri al bambino un certificato di addestramento per astronauti. Quando il bambino arriva, conferma che non indossa alcun materiale magnetico sui vestiti o sul corpo, poiché i materiali magnetici possono distorcere il segnale MEG. Quindi, ripetere la procedura di digitalizzazione descritta in precedenza nella sessione di familiarizzazione MEG.Successivamente, portare il bambino al MSR. Per questa procedura sono necessari due ricercatori, uno per accompagnare il bambino all'interno dell'MSR come ricercatore assistente e l'altro per eseguire l'acquisizione dei dati MEG al di fuori dell'MSR come ricercatore principale. La configurazione MSR richiede in genere cinque minuti.All'interno dell'MSR, chiedi al bambino di posizionare la testa nella porta del casco. Controllare che la testa del bambino sia allineata centralmente, in modo che la corona della testa sia il più vicino possibile alla parte posteriore della porta del casco senza toccarla. Assicurati che il bambino sia a suo agio, rilassato e rimanga il più immobile possibile per la registrazione MEG.Durante la configurazione dell'attrezzatura, intrattieni il bambino riproducendo un video di loro scelta sullo schermo sopra la porta. All'esterno dell'MSR, effettuare una misurazione della bobina marcatore di base pre-esperimento per registrare la posizione iniziale della testa rispetto alla porta del casco. Successivamente, condurre una coregistrazione tra la testa del bambino e l'array di sensori utilizzando sia la misurazione iniziale della bobina marcatore che i dati della forma della testa di digitalizzazione.Queste misurazioni preparatorie consentono l'ispezione visiva della posizione della testa all'interno della porta per garantire che la testa del bambino sia posizionata correttamente. Se queste condizioni non sono soddisfatte, riposizionare la testa del bambino e condurre un'altra coregistrazione prima di iniziare l'acquisizione dei dati. Una volta soddisfatti della posizione della testa rispetto alla porta del casco, avviare la registrazione MEG e il compito sperimentale.Registra i movimenti della testa in corso con un sistema software MEG pediatrico chiamato movimento della testa in tempo reale. Alla fine dell'esperimento, offri al bambino una borsa regalo per la loro partecipazione e remunera la famiglia per le spese di tempo e viaggio. In questo esperimento, i dati sono stati raccolti da un bambino di tre anni che ha ascoltato passivamente i toni uditivi per 15 minuti.I dati sono stati de-noizzati, quindi filtrati in passato, corretti in base e calcolati in media. Le forme d'onda root-mean-square magnetiche, o RMS, sono state calcolate da tutti i sensori e i movimenti medi della testa nello scanner erano di 44,3 millimetri. Come dimostrato, il movimento della testa in tempo reale compensò gli artefatti legati al movimento con conseguente mappe di contorno isocampo focali.Forme d'onda magnetiche RMS molto distorte e ricostruzione della sorgente più significativa nei lobi uditivi bilaterali. Durante tutta la procedura di test, è importante costruire un rapporto con il bambino, mantenere la sessione divertente e coinvolgente e rispondere a qualsiasi segno di ansia o irrequietezza nel bambino. Formando i bambini a tenere la testa ferma durante le registrazioni MEG pediatriche, abbiamo migliorato la qualità dei nostri dati MEG.A questi dati possono ora essere applicate tecniche di analisi avanzate. Il MEG pediatrico non solo apre una finestra su ciò che sta accadendo elettricamente nel cervello, ma ci consente anche di mappare alcune funzioni cognitive sul cervello in via di sviluppo.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Studying Synaptic Vesicle Pools using Photoconversion of Styryl Dyes

Studiare Piscine vescicole sinaptiche con fotoconversione di coloranti Styryl

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

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Neuroscienze

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

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In utero Elettroporazione seguita da primaria Cultura neuronale per studiare la funzione dei geni in sottoinsieme di neuroni corticali

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)

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Valutazione della lateralizzazione cerebrale nei bambini utilizzando funzionale ad ultrasuoni Doppler transcranico (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

Coerenza tra funzione cerebrale corticale e prestazioni neurocognitive durante condizioni di gravità Cambiato

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

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Analisi mosaico della funzione del gene nello sviluppo postnatale cervello di topo mediante virus basati su ricombinazione Cre

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

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