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

Detta arbete stöds av det australiska forskningsrådet beviljar CE110001021, DP170103148 och DP170102407. Wei han stöddes av en Macquarie University Research Fellowship (MQRF, IRIS-projektet: 9201501199). Hannah Rapaport stöddes av den australiensiska regeringens forskning träningsprogram (RTP) och Macquarie University Research Excellence stipendium (MQRES). Robert A Seymour stöddes av PhD stipendier från Aston University, Birmingham, UK och Macquarie University, Sydney, Australien. Paul F. Sowman stöddes av National Health och medicinska forskningsrådet (1003760) och den australiska forskningsrådet (DE130100868). Författarna bekräftar samarbetet med Kanazawa tekniska högskolan och Yokogawa Electric Corporation i upprättandet av KIT-Macquarie hjärnan forskningslaboratoriet.

Denna forskningsprotokoll har godkänts av Macquarie University mänsklig forskning etikkommittén.
1. MEG insatta resurser
<ol><li>Förse familjer med resurser att lära sig om MEG innan du besöker MEG laboratoriet, såsom en barnvänlig vetenskaplig artikel7 förklarar MEG och MSR, en berättelse-board som beskriver de olika stegen i att slutföra MEG experimentet (t.ex. Kompletterande bild 1 och informationsblad MEG till föräldrar eller vårdgivare (t.ex. kompletterande figur 2).</li>
</ol>2. MEG förtrogenhet Session
Obs: Den förtrogenhet sessionen körs vanligtvis för 30 min, inklusive en introduktion till MSR (5 minuter), praktiken digitalisering (5 min) och MEG simulatorutbildning, inklusive praktik för experimentella aktiviteten (20 min). Genomföra den förtrogenhet sessionen mellan en-till-sju dagar före datainsamling.
<ol><li>
MSR introduktion
	<ol>
<li>Ta barnet på en rundtur i MSR (”rymdskepp”) som är inredd i rymdrelaterad väggdekorationer att förstärka temat rymden uppdrag.</li>
		<li>Be barnet att öva liggande rygg med huvudet i hjälmen dewar.</li>
		<li>Berätta för barnet att ligga så stilla som möjligt så att rymdskeppet tänd kurs och kan nå sin slutdestination.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Digitalisering:
	<ol>
<li>Placera barnet på en barnstol och passar dem med polyester badmössa (”astronaut hjälm”) som innehåller fem markör spolar. Anpassa löst sittande lock genom att vika upp sidorna. Obs: Spolarna skicka data till en kontinuerlig motion tracking enhet.</li>
		<li>Placera en sändare och tre mottagare runt barnets hals.</li>
		<li>Be barnet att demonstrera deras bästa 'staty' pose och erbjuder täta positiv förstärkning när de bor fortfarande. Obs: Detta tjänar till att minimera huvudrörelser under digitalisering som kan äventyra riktigheten av efterföljande samtidig registrering med MEG sensorer8.</li>
		<li>Använda en penna digitizer (se Tabell för material) för att spela in tre relaterat punkter (nasion och vänster och höger före auricular punkter) och fem markör spolarna ställning, liksom formen på ytan av huvudet. Obs: Informationen används för att senare bestämma positionen för barnets huvud i förhållande till MEG sensorerna.</li>
		<li>Ta bort locket, sändare och tre mottagare från barnets hals.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MEG simulator:
	<ol>
<li>Ta barnet till rummet bostäder MEG simulatorn (se Tabell för material - och steg 9 och 10 i kompletterande figur1), en full-size replika av en MEG systemet. MEG simulatorn är dekorerad med rymd-tema klistermärken och är utrustad med en mock hjälm dewar, en säng, en knapp låda och, för bildskärmar, en skärm belägen ovanför håna dewar</li>
		<li>Beskriv kortfattat den MEG skanning förfaranden (dvs liggande fortfarande och deltar i praktiken experimentella aktiviteten) genom berättelsen om en praxis rymduppdrag.</li>
		<li>Passar barnet med en 'astronaut hjälm' — polyester badmössa som har en rörelsedetektor som fästas på framsidan (se Tabell för material).</li>
		<li>Uppmana barnet att ligga i simulatorn och titta på en video som de valt. Om barnet verkar nervös, först Visa de experimentella rutiner med en leksak. Obs: När barnets huvud rörelse överstiger en förutbestämd tröskel (t.ex. 5 mm), motion uppföljningssystemet (se Tabell för material) pausa videon automatiskt och vänta på att försöksledaren att manuellt starta om videon och återställa den rörelse baslinjen.</li>
		<li>När barnet är klar denna del av utbildningen som simulator, förse barnet med utbildning för experimentella aktiviteten använder en separat uppsättning unika stimuli.</li>
		<li>I slutet av aktiviteten utbildning, erbjuda barnet en astronaut utbildningsintyg.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. MEG Data förvärv Session
Obs: Data förvärv sessionen körs normalt i ca 30 min, inbegripet digitalisering (5 min), ställa in deltagaren inne i MSR (5 min) och datainsamling (ca 20 min, beroende på längden på den experimentella paradigmen).
<ol><li>
Preliminära förfaranden
	<ol>
<li>Genomföra en 30 till 60 s tomt rum inspelning cirka 15 min innan barnet anländer för att identifiera alla betydande yttre buller som identifieras av den MEG system8.</li>
		<li>När barnet anländer, bekräfta att de inte bär magnetiska material på sina kläder eller bära något i sin kropp, som magnetiska material kan snedvrida MEG signalen (se figur 1B ett exempel av signal brus på grund av metall på den deltagare). Obs: Om den förälder eller vårdnadshavare vill följa deras barn släpper MSR, gäller avlägsnande av magnetiska material dem också.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Digitalisering
	<ol>
<li>Kontrollera om barnet behöver gå på toaletten innan påbörjas digitalisering, som när det digitalisering steget är klar, den gemensamma jordbrukspolitiken inte kan tas bort förrän MEG förvärv sessionen har avslutats.</li>
		<li>Upprepa förfarandet digitalisering som beskrivs i avsnittet ”MEG förtrogenhet session” ovan. Obs: Om den gemensamma jordbrukspolitiken rör sig mer än 5 mm under loppet av experimentet, utföra en andra digitalisering i slutet av experimentet</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MSR set-up
	<ol>
<li>Ta barnet till MSR (”rymdskeppet”). Obs: Två forskare krävs för detta förfarande — åtfölja barnet inuti MSR som ”assistant forskaren” (tillsammans med förälder eller vårdnadshavare, om så önskas) och att köra MEG datainsamling utanför MSR som de ”främsta forskaren”. MSR set-up vanligtvis tar 5 min.</li>
		<li>Ställa in utrustning inuti MSR (biträdande forskare)<ol>
<li>Be barnet att placera huvudet i hjälmen dewar.</li>
			<li>Kontrollera att barnets huvud centralt är justerad så att kronan av huvudet är så nära som möjligt på baksidan av hjälmen dewar utan att röra.</li>
			<li>Se till att barnet är bekväm, avslappnad, och förblir så stilla som möjligt under MEG inspelning.</li>
			<li>Under installationen, kan roa barnet genom att spela en video av deras välja på en skärm ovanför dewar.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Ställa in utrustning utanför MSR (främsta forskare)<ol>
<li>Genomföra en pre-experiment/baseline markör spole mätning för att registrera den initiala skrivhuvudets positionen med avseende på hjälmen dewar.</li>
			<li>Genomföra en samtidig registrering mellan barnets huvud och arrayen sensor använder både första markör spole mätningen och digitalisering huvud formdata. Obs: Dessa förberedande mätningar Aktivera visuell inspektion av skrivhuvudets position inuti dewar att se till att barnets huvud är rätt placerad. Om dessa villkor inte uppfylls, placera om barnet och genomföra en annan samtidig registrering innan datainsamling.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Datainsamling
	<ol>
<li>En gång nöjd med den head ståndpunkten med avseende på hjälmen dewar, starta den MEG inspelning och experimentella aktiviteten.</li>
		<li>Spela in pågående huvudrörelser med en pediatrisk MEG programvarusystem kallas Real-Time huvud rörelse (ReTHM)9.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Slutar experimentet
	<ol>
<li>När den experimentella uppgiften är klar, Stäng av ReTHM och avsluta den MEG inspelning. Genomföra en mätning efter experimentet markör spole för att mäta den slutliga skrivhuvudets positionen med avseende på hjälmen dewar. Obs: Denna mätning ger en enkel okulärbesiktning av övergripande huvudrörelser under experimentet.</li>
		<li>Erbjuda barnet en presentpåse (”astronaut kit”) för deras deltagande och arvodering familjen för deras tid och resekostnader.</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>

Författarna har något att avslöja.

Under de senaste åren har MEG etablerat sig som en värdefull icke-invasiv neuroradiologisk teknik för att undersöka de neurala mekanismerna bakom hjärnan utveckling1. Men utgör i-scanner huvudrörelser en ökänd hinder för att erhålla högkvalitativ MEG data, särskilt vid bedömning av pediatriska populationer. För att lösa detta problem, presenteras denna artikel en pediatrisk MEG forskningsprotokoll som bygger på förfaranden som beskrivs i en tidigare papper från KIT-Macquarie Brain Research Laboratory 4.
De kritiska förfaranden omfattar (1) ge barn med MEG förtrogenhet resurser där de kan lära sig om MEG experimentet innan du besöker labbet, som inkluderar en barnvänlig forskning artikel7 förklarar MEG systemet och den magnetiskt avskärmade rummet (MSR), en berättelse-board sammanfattar 10 enkla steg för att slutföra MEG experimentet (kompletterande figur1) och informationsblad MEG för föräldrar och vårdgivare (kompletterande figur 2). (2) föregår MEG förvärv sessionen med en förtrogenhet session, där barnen är bekanta med MEG förfaranden och utbildas för att hålla huvudet stilla medan liggande insida en MEG simulator; (3) med passiva eller ”spelifierad” experimentella paradigm för att minimera huvud rörelse på grund av tristess och rastlöshet; och (4) spårning pågående huvudrörelser under online datainsamling använder en Real-Time huvud rörelse (ReTHM) system9. Uppgifter som erhålls från ReTHM kan användas för att genomföra offline korrigering av huvudrörelser artefakter när pre databehandlingen MEG.
Förvärvet av högkvalitativ MEG data är kritiskt beroende av barnet känna sig hemmastadda i romanen MEG miljön. För att främja denna känsla av lätthet, uppmuntras forskare att ägna tid åt att bekanta barn och deras familjer med MEG miljö och rutiner innan datainsamling. Detta kan uppnås genom erbjuder barn och deras föräldrar MEG resurser som förklarar MEG procedurerna i enkelt och tillgängligt språk. Dessutom kan familjer bli inbjudna att besöka MEG laboratoriet innan data förvärv sessionen att möta forskarna och öva MEG provningsförfaranden. Genom utbildning på MEG simulator, barn implicit lära sig vikten av att hålla sina huvuden fortfarande medan liggande i MEG. Medan den MEG förtrogenhet kräver både forskare och familjer att ägna extra tid åt datainsamlingen bearbeta, fördelarna med att förbättra MEG datakvalitet, samt att minimera tiden och kostnaden att genomföra efterföljande MEG data förvärv sessioner, utan tvekan överväger detta nackdelen. Prestanda och efterlevnad under förtrogenhet session kan dessutom användas för att ange om barnet är eller inte är lämplig att bjuda tillbaka för en faktisk MEG data förvärv session.
För att minimera i-scanner huvud rörelse på grund av rastlöshet, är det bättre att använda en passiv experimentella paradigm som inte kräver instruktioner, overt uppmärksamhet eller aktivt deltagande. Exempelvis kan en tillförlitlig evoked response erhållas med en auditiv KUF paradigm12, whereby deltagaren passivt lyssnar till en sekvens av auditiv toner samtidigt uppskatta en tyst video. För studier som kräver en overt svar, bör forskaren sträva efter att bädda in experimentella aktiviteten i en engagerande spel-stil paradigm11. Detta förbättrar samarbete och minimerar rastlöshet under aktiviteten. I visuella experiment, användning av en MEG-kompatibel eye-tracker medför lite extra ställtid men är nödvändigt för att säkerställa att barn har fixerade vid placeringen av visuell stimulans13.
Eventuella kvarvarande huvudrörelser artefakter kan korrigeras för att använda realtid huvud motion tracking. Exempelvis uppgifter som erhållits från ReTHM kan lagras i MEG inspelningsfilen och används för att kompensera för huvudrörelser under datainsamling så att huvud-till-sensor lokalisering kan återställas till före förflyttning nivå som möjliggör en optimal källa rekonstruktion som är väsentligt för efterföljande källdata nivå analyserar14.
Genomförandet av detta protokoll syftar till att förbättra kvaliteten på pediatric MEG data, minimera deltagare attrition priser i longitudinella studier och se till att familjer har en trevlig upplevelse av MEG forskning deltagande, med det övergripande målet för att förbättra vår förståelse av tidig hjärnans utveckling i både typiska och atypiska populationer.

Magnetencefalografi (MEG) är en icke-invasiv funktionella neuroimaging-teknik som mäter magnetfält produceras av den elektriska aktiviteten i den mänskliga hjärna1,2. MEG erbjuder utmärkta temporal upplösning och överlägsen rumslig upplösning jämfört med elektroencefalografi (EEG) på grund av signal smetar från de biologiska vävnaderna mellan hjärnan källorna och sensorer. Dessutom innebär MEG inte exponering för höga ljud, strålning eller magnetiska fält. Ställtid är snabb och deltagare kan åtföljas av en förälder eller vårdgivare i hela testning. Sammantaget gör dessa funktioner MEG en lovande verktyg för att undersöka utvecklingen av typiska och atypiska hjärnans funktion i unga barn2.
För att mäta hjärnans svaren med MEG, forskning deltagarna måste sätta in sina huvuden i hjälm bostäder en fast rad supraledande sensorer. Det är viktigt att deltagarna håller sina huvuden fortfarande hela MEG inspelning, som förändringar i huvudet position i förhållande till sensorerna både försämra neuromagnetic signal distribution och hindra korrekt källa uppskattning. Felaktig källa uppskattning oundvikligen leder till felaktiga statistiska slutsatser i källkodspaketet makt, funktionella anslutningsmöjligheter och nätverk analyser3.
Minimera huvudrörelser kan vara särskilt utmanande under pediatric MEG bedömning för ett antal skäl. Första är bedömning av barn i en vuxen MEG systemet problematisk som barns huvuden är mycket mindre än de vuxna, och det öka utrymmet mellan hjälm och barnets hårbotten möjliggör obegränsad huvudrörelser. Andra, romanen MEG miljö — en stor maskin inlåsta en fönsterlös magnetiskt Skärmat rum — kan vara skrämmande för små barn, och huvudrörelser kan vara en följd av ångest. Tredje, utan utbildning, barn kan inte helt förstå eller uppfylla kravet att förbli fortfarande under experimentet. Slutligen, barn som har en begränsad kapacitet att tolerera uttråkning hända att några MEG experiment tar för lång tid eller är tråkiga, vilket resulterar i rastlöshet och huvud rörelse artefakter.
Motverka långvariga utmaningen av huvudrörelser i pediatric MEG forskning, presenterar denna artikel senaste hårdvara och Metodmässiga framsteg som implementeras i det barnvänliga MEG protokoll som används på den KIT-Macquarie Brain Research Laboratory ( Macquarie University, Sydney, Australien). Som beskrivs i en tidigare uppsats från detta laboratorium4, problem som är förknippade med användningen av en löst sittande vuxen-storlek hjälm dewar har åtgärdats genom att installera en värld-första, hela-head pediatric MEG systemet med skräddarsydda hjälm dewar att bättre passa cheferna för små barn mellan cirka tre-till-sex års ålder. Denna hårdvara anpassning förbättrar signal-brus-förhållandet, eftersom sensorerna är fysiskt närmare, i genomsnitt, till barnets hårbotten5,6. Mer nyligen, KIT-Macquarie hjärnan forskningslaboratorium har utvecklat flera nya och nya förfaranden för att övervinna nämnda föregångarna av huvudrörelser och därmed förbättra datakvaliteten.
Alla förfaranden i detta protokoll förklaras genom en berättelse där barn deltagaren aktivt engagerar sig i en ”astronaut space mission”. Denna berättelse säkerställer att barnets MEG forskningserfarenhet är inte bara mindre hotfull, men också spännande. Genomföra dessa förfaranden i ett barnvänligt MEG protokoll är viktigt för att förbättra uppgifternas kvalitet, minimera deltagare attrition priser i longitudinella studier och säkerställa att familjer har en positiv erfarenhet i deras forskning deltagande.

<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

Magnetencefalografi (MEG) är en icke-invasiv neuroradiologisk teknik som direkt mäter magnetfält produceras av den elektriska aktiviteten i den mänskliga hjärnan. MEG är lugn och mindre benägna att framkalla klaustrofobi jämfört med magnetisk resonanstomografi (MRT). Det är därför ett lovande verktyg för att undersöka hjärnans funktion hos små barn. Analys av MEG data från pediatriska populationer kompliceras dock ofta av huvudrörelser artefakter som uppstår till följd av kravet på en rumsligt-fasta sensor array som inte är fastsatt till barnets huvud. Minimera huvudrörelser under MEG sessioner kan vara särskilt utmanande eftersom små barn ofta inte kan förbli stilla under experimentella uppgifter. Protokollet presenteras här syftar till att minska huvudrörelser artefakter under pediatric MEG skanning. Innan du besöker MEG laboratoriet, är familjer försedda med resurser som förklarar MEG systemet och de experimentella rutiner på ett enkelt och tillgängligt språk. En MEG förtrogenhet session bedrivs under vilken barn är bekanta med både forskare och MEG procedurer. De utbildas då att hålla huvudet stilla medan liggande insida en MEG-simulator. För att hjälpa barn att känna sig hemmastadda i romanen MEG miljö, förklaras alla procedurer genom berättelsen om en rymdresa. För att minimera huvud rörelse på grund av rastlöshet, barn utbildas och utvärderas med hjälp av roliga och engagerande experimentella paradigm. Dessutom kompenseras barnens kvarstående huvudrörelser artefakter under data förvärv session med en realtid huvudrörelser spårningssystem. Genomföra dessa barnvänliga förfaranden är viktigt för att förbättra uppgifternas kvalitet, minimera deltagare attrition priser i longitudinella studier och säkerställa att familjer har en positiv erfarenhet.

Gemensamma Magnetencefalografi signaler Gemensamma MEG signaler visas i figur 1, inklusive en normal MEG signal (figur 1A), samt MEG signal brus på grund av metallen på deltagaren (figur 1B), i vilket fall låsa sensorerna, öppna MSR dörren och be deltagaren att ta bort någon metall från sin kropp, och sedan ta objektet metall ur MSR och utföra ett auto-tune innan du upprepar de procedurer som beskrivs i avsnitt 3.5. störningar från en elektronisk anordning (figur 1C, oftast från en mobiltelefon), i vilket fall tur av elektroniska enheter eller flytta dem från MSR; en sammanbitna käke (figur 1D), i vilket fall påminna deltagaren att koppla sin käke för varaktigheten av den MEG inspelning; alpha-vågor (figur 1E; definieras dessa av åtta till 12 kontinuerliga vågor i ett 1 s intervall), i vilket fall kontrollera att deltagaren inte somna (det är bra att fortsätta om de är vakna); och fångade Magnetiskt flöde (figur 1F). i vilket fall lås sensorer och slå på spolen värmare under 5 minuter. Om flux kvarstår efter en efterföljande auto-tuning, markera drabbade kanal för avlägsnande från efterföljande dataanalys.
Huvud rörelse under datainsamling Pediatric MEG data före och efter ReTHM korrigering visas i figur 2. Data samlades in från en tre-årig pojke som passivt lyssnade till auditiv toner för 15 min. Data var de noised10, band-pass filtrerad11 (1-15 Hz), baseline-korrigerade och i genomsnitt. Root-mean-square (RMS) magnetiska vågformer (i högerkolumnen) beräknades från alla sensorer. I genomsnitt i-scanner huvudrörelser var 44,3 mm. Som visat, kompenseras ReTHM för rörelse-relaterade artefakter, vilket resulterar i mer fokala isofield konturkartor (på toppen av den RMS vågformer; (A), mindre förvrängda RMS magnetiska vågformer (B), och mer meningsfulla källan återuppbyggnad (C) i den bilaterala auditiva loberna.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58909/58909fig1.jpg"> Figur 1 : Exempel på gemensamma MEG signaler. (A) en normal MEG signal. (B-F) MEG signal brus på grund av (B) metall på deltagare (särskilt buller som orsakas av en liten metallspänne på en singlet rem), (C) störningar från en elektronisk anordning, (D) en sammanbitna käken, (E) alfavågor och (F) fångade Magnetiskt flöde. För paneler C, E och F, tidsskalan på x-axeln är i 10-sekunders intervall och amplitud skalan på y-axeln är 32768 A/D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909fig1large.jpg" target="_blank">vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58909/58909fig2.jpg"> Figur 2 . Pediatric MEG uppgifter före och efter Real-Time huvud rörelse (ReTHM) korrigering. Data samlades in från en tre-årig pojke som passivt lyssnade till auditiv toner för 15 min. Averaged i-scanner huvudrörelser var 44,3 mm. (A) mer fokuserad isofield konturkartor på toppen av den kvadratiska medelvärde (RMS) vågformer; (B) mindre förvrängda RMS magnetiska vågformer, och (C) mer meningsfulla källan återuppbyggnad i bilaterala auditiv loberna avslöjas efter ReTHM korrigering. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909fig2large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Supplementary Figure 1" src="/files/ftp_upload/58909/58909supfig1.jpg"> Kompletterande bild1: en berättelse ombord beskriver 10 enkla steg för att slutföra ”astronauten utbildning” (dvs, MEG experimentet). Detta skickas till familjer före besök MEG laboratoriet för att vägleda barnens förväntningar för förvärvet session, samt att bygga spänning i väntan på den ”astronaut utbildning”. Data förvärv dag, barnen följa berättelsen vartefter experimentet fortskrider och samla frimärken efter varje steg. Fotografier som återges med informerade skriftliga föräldramedgivande. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909supfig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Supplementary Figure 2" src="/files/ftp_upload/58909/58909supfig2v2.jpg"> Kompletterande figur 2: Informationsblad MEG till föräldrar eller vårdgivare som förklarar MEG, MSR, vad som väntar på data förvärv dag och vad man ska ha. Fotografi som återges med informerade skriftliga föräldramedgivande. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58909/58909supfig2v2large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>

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

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Studera hjärnans funktion i barn som använder Magnetencefalografi

Den här artikeln presenteras en barnvänlig forskningsprotokoll utformat för att förbättra datakvaliteten genom att minska huvudrörelser under pediatric Magnetencefalografi (MEG). Vi bekanta familjer med MEG miljön, utbilda barn att förbli fortfarande använder en MEG simulator, och korrigera för resterande huvudrörelser artefakter med hjälp av ett system för upptäckt av realtid huvudrörelser.

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

Pediatric MEG data är ofta kompliceras av huvudet rörelse artefakter. Detta nya protokoll erbjuder en omfattande demonstration av hur vi minskar huvudrörelser samtidigt samla MEG data från små barn. Att genomföra de barnvänliga förfaranden som beskrivs i vårt protokoll är viktigt för att förbättra datakvaliteten, minimera deltagarfrekvensen string longitudinella studier och se till att familjer har en positiv erfarenhet av forskningsdeltagande.Detta protokoll kan tillämpas vid bedömning av små barn med andra neuroimaging system, såsom fMRI eller PET, där minska huvudets rörelse under skanning är också avgörande för datakvalitet. För att börja detta förfarande, ge familjer med resurser för att lära sig om magnetoencefalografi, eller MEG, innan du besöker MEG laboratoriet, såsom en storyboard beskriver de steg som deltar i att slutföra MEG experiment och ett MEG informationsblad för föräldrar eller vårdgivare. Därefter, ta barnet på en rundtur i magnetiskt skärmade rummet, eller MSR, bostäder pediatrisk MEG-systemet, som är inrett i utrymme-relaterade väggkonst för att förstärka temat rymduppdrag.Be barnet öva på att ligga tillbaka med huvudet i hjälmdörren. Säg sedan till barnet att ligga så stilla som möjligt så att rymdskeppet håller kursen och kan nå sin slutdestination. För digitalisering, direkt barnet att sitta på en barnstol och passar dem med en polyester badmössa som innehåller fem markör spolar, som skickar data till en kontinuerlig rörelse spårning enhet.Anpassa löst sittande lock genom att fälla upp sidorna. Placera en sändare och tre mottagare runt barnets hals. Be barnet att demonstrera sin bästa staty pose och erbjuder ofta positiv förstärkning medan de fortfarande fortfarande.Detta tjänar till att minimera huvudets rörelse under digitalisering som kan äventyra noggrannheten i den efterföljande coregistrationen mellan barnets huvud och MEG-sensorerna. Använd en penna digitizer för att registrera positionen för tre fiducial punkter och de fem markör spolar, liksom formen på ytan av huvudet. Dessa data används för att senare bestämma positionen för barnets huvud i förhållande till MEG-sensorerna.I slutet av proceduren tar du bort locket, sändaren och tre mottagare från barnets hals. Därefter tar du barnet till rummet som höljer MEG-simulatorn, en fullstor kopia av MEG-systemet. MEG-simulatorn är dekorerad med klistermärken med rymdt themeder och är utrustad med en mock hjälmdörr, en säng, en knapplåda och, för visuella skärmar, en skärm som ligger ovanför mockdörren.Beskriv kort MEG-skanningsförfarandena genom berättelsen om ett övningsutrymmesuppdrag. Om barnet verkar nervöst, först visa de experimentella förfarandena med en leksak. Montera barnet med en astronauthjälm, en badmössa av polyester som har en rörelsedetektor fäst framtill.Bjud in barnet att ligga i simulatorn och titta på en video som de själv väljer. Närhelst barnets huvudrörelse överskrider en förutbestämd tröskel, kommer rörelsespårningssystemet automatiskt att pausa videon och vänta på att experimentern manuellt startar om videon och återställer förflyttningsbaslinjen. När barnet slutför denna del av simulatorn utbildning, förse dem med utbildning om den experimentella uppgiften med hjälp av en separat uppsättning unika stimuli.I slutet av uppgiften utbildning, erbjuda barnet en astronaut utbildning certifikat. När barnet anländer, bekräfta att de inte bär något magnetiskt material på sina kläder eller kropp, som magnetiska material kan snedvrida MEG signalen. Upprepa sedan den digitaliseringsprocedur som beskrivs i MEG-sessionen för bekanthet tidigare.Därefter, ta barnet till MSR. Två forskare krävs för detta förfarande, en att följa med barnet inne i MSR som biträdande forskare, och den andra att köra MEG datainsamling utanför MSR som huvudforskare. MSR-inställningen tar normalt fem minuter.Inuti MSR, be barnet att placera huvudet i hjälmen dörren. Kontrollera att barnets huvud är centralt i linje, så att huvudets krona är så nära som möjligt till baksidan av hjälmdörren utan att röra den. Se till att barnet är bekvämt, avslappnat och förblir så stilla som möjligt för MEG-inspelningen.Medan du ställer in utrustningen, hålla barnet underhöll genom att spela en video efter eget val på skärmen ovanför dörren. Utanför MSR, genomföra en pre-experiment baslinje markör spole mätning för att registrera den ursprungliga huvudet position med avseende på hjälmen dörren. Därefter genomför en coregistration mellan barnets huvud och sensormatrisen med hjälp av både den initiala mätningen av markörspole och digitaliseringshuvudets formdata.Dessa förberedande mätningar möjliggör visuell inspektion av huvudets position innanför dörren för att säkerställa att barnets huvud är korrekt placerat. Om dessa villkor inte uppfylls, flytta barnets huvud och genomföra en annan coregistration innan du påbörjar datainhämtning. När du är nöjd med huvudets position med avseende på hjälmdörren, starta MEG-inspelningen och den experimentella uppgiften.Spela in pågående huvudrörelser med ett pediatriskt MEG-programvarusystem som kallas realtidshuvudrörelse. I slutet av experimentet, erbjuda barnet en presentpåse för deras deltagande och remunerate familjen för deras tid och resekostnader. I detta experiment samlades data in från en treårig pojke som passivt lyssnade på hörseltoner i 15 minuter.Data avbrutnas, sedan förbi filtrerat, baslinje korrigerats och i genomsnitt. Rota-betyda-kvadrerar magnetiskt, eller RMS, vinkar bildar beräknades från alla avkännare, och de genomsnittliga i-avsökarehuvudet förehavanden var 44.3 millimetrar. Som visat, realtid huvudet rörelse kompenseras för rörelse-relaterade artefakter som resulterar i mer fokal isofield kontur kartor.Mycket förvrängda RMS magnetiska vågformer och mer meningsfull källa återuppbyggnad i de bilaterala auditiva lober. Under hela testförfarandet är det viktigt att bygga rapport med barnet, hålla sessionen roligt och engagerande, och svara på eventuella tecken på ångest eller rastlöshet hos barnet. Genom att träna barn att hålla huvudet stilla under pediatrisk MEG inspelningar, har vi förbättrat kvaliteten på våra MEG data.Avancerade analystekniker kan nu tillämpas på dessa data. Den pediatriska MEG inte bara öppnar ett fönster för vad som händer elektriskt i hjärnan, men också tillåter oss att kartlägga vissa kognitiva funktioner på den växande hjärnan.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Studying Synaptic Vesicle Pools using Photoconversion of Styryl Dyes

Studera Synaptic Blås Pools hjälp Photoconversion av Styryl Färgämnen

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

I livmodern elektroporation följt av primär Neuronala Kultur för att studera geners funktion i Delmängd av kortikal Neuroner

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

Bedömning av Cerebral Lateralization hos barn med hjälp av funktionell Transkraniell Doppler ultraljud (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

Samstämmighet mellan hjärnans kortikala funktioner och neurokognitiva föreställning under Förändrad Gravity Villkor

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

Mosaik analys av geners funktion i Postnatal mus hjärnans utveckling med hjälp av Virus-baserade Cre Rekombination

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

I ovo elektroporering i Chick mitthjärnan för att studera genfunktion av dopaminerg Neuron utveckling

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

Funktionell hjärnavbildning med ultraljud Blod-hjärnbarriären störningar och mangan-förstärkt MRT

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

Samtidig analys av hjärnans struktur och funktion med fMRI och diffusion-viktade bilder

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

Lokal applicering av läkemedel att studera Nicotinic Funktion acetylkolinreceptorn i skivor mushjärna

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

Imaging Serotonerga Fibrer i ryggmärgen hos möss med hjälp av CLARITY / CUBIC teknik

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