Name: qualitative and comparative cortical activity data analyses from a functional near-infrared spectroscopy experiment applying block design
Uploaded: 2020-12-03T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Qualitative and Comparative Cortical Activity Data Analyses from a Functional Near-Infrared Spectroscopy Experiment Applying Block Design at JoVE.com

Dette arbeidet ble delvis støttet av Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) Grant-in-Aid for Scientific Research (C) 18K08956 og et fond fra Central Research Institute of Fukuoka University (Nr. 201045).

Denne studien ble godkjent av institusjonsstyret (IRB) ved Fukuoka University, Japan (IRB Nr. 2017M017). Før deltakelsen ga alle pasientene skriftlig informert samtykke.
1. Utarbeidelse av fNIRS-eksperimentet
MERK: Et flerkanals kontinuerlig bølge laserbasert NIRS-system for dette eksperimentet ble brukt. Bølgelengdene til det nær-infrarøde lyset var 780 nm, 805 nm og 830 nm, og samplingsfrekvensen ble satt til 7,8 Hz. Tids- og romoppløsningen (avstander mellom ...

<ol>
	<li>Bonilauri, A., Sangiuliano Intra, F., Pugnetti, L., Baselli, G., Baglio, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systematic+review+of+cerebral+functional+near-infrared+spectroscopy+in+chronic+neurological+diseases-actual+applications+and+future+perspectives.">A systematic review of cerebral functional near-infrared spectroscopy in chronic neurological diseases-actual applications and future perspectives.</a> Diagnostics (Basel). 10 (8), (2020).</li><li>Mihara, M., Miyai, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+functional+near-infrared+spectroscopy+in+neurorehabilitation.">Review of functional near-infrared spectroscopy in neurorehabilitation.</a> Neurophotonics. 3 (3), 031414 (2016).</li><li>Yang, M., Yang, Z., Yuan, T., Feng, W., Wang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systemic+review+of+functional+near-infrared+spectroscopy+for+stroke:+Current+application+and+future+directions.">A systemic review of functional near-infrared spectroscopy for stroke: Current application and future directions.</a> Frontiers in Neurology. 10, 58 (2019).</li><li>Pinti, P., 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=The+present+and+future+use+of+functional+near-infrared+spectroscopy+(fNIRS)+for+cognitive+neuroscience.">The present and future use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for cognitive neuroscience.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1464 (1), 5-29 (2020).</li><li>Obrig, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIRS+in+clinical+neurology+-+a+'promising'+tool.">NIRS in clinical neurology - a 'promising' tool.</a> Neuroimage. 85, 535-546 (2014).</li><li>Fujimoto, H., 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=Cortical+changes+underlying+balance+recovery+in+patients+with+hemiplegic+stroke.">Cortical changes underlying balance recovery in patients with hemiplegic stroke.</a> Neuroimage. 85, 547-554 (2014).</li><li>Herold, F., 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=Functional+near-infrared+spectroscopy+in+movement+science:+a+systematic+review+on+cortical+activity+in+postural+and+walking+tasks.">Functional near-infrared spectroscopy in movement science: a systematic review on cortical activity in postural and walking tasks.</a> Neurophotonics. 4 (4), 041403 (2017).</li><li>Leff, D. R., 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=Assessment+of+the+cerebral+cortex+during+motor+task+behaviours+in+adults:+a+systematic+review+of+functional+near+infrared+spectroscopy+(fNIRS)+studies.">Assessment of the cerebral cortex during motor task behaviours in adults: a systematic review of functional near infrared spectroscopy (fNIRS) studies.</a> Neuroimage. 54 (4), 2922-2936 (2011).</li><li>Morishita, T., 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=Changes+in+motor-related+cortical+activity+following+deep+brain+stimulation+for+parkinson's+Disease+detected+by+functional+near+infrared+spectroscopy:+A+pilot+study.">Changes in motor-related cortical activity following deep brain stimulation for parkinson's Disease detected by functional near infrared spectroscopy: A pilot study.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 10, 629 (2016).</li><li>Lee, S. H., Jin, S. H., An, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+difference+in+cortical+activation+pattern+for+complex+motor+skills:+A+functional+near-+infrared+spectroscopy+study.">The difference in cortical activation pattern for complex motor skills: A functional near- infrared spectroscopy study.</a> Science Reports. 9 (1), 14066 (2019).</li><li>Hatakenaka, M., Miyai, I., Mihara, M., Sakoda, S., Kubota, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frontal+regions+involved+in+learning+of+motor+skill--A+functional+NIRS+study.">Frontal regions involved in learning of motor skill--A functional NIRS study.</a> Neuroimage. 34 (1), 109-116 (2007).</li><li>Saita, K., 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=Combined+therapy+using+botulinum+toxin+A+and+single-joint+hybrid+assistive+limb+for+upper-limb+disability+due+to+spastic+hemiplegia.">Combined therapy using botulinum toxin A and single-joint hybrid assistive limb for upper-limb disability due to spastic hemiplegia.</a> Journal of the Neurological Sciences. 373, 182-187 (2017).</li><li>Chang, P. H., 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=The+cortical+activation+pattern+by+a+rehabilitation+robotic+hand:+a+functional+NIRS+study.">The cortical activation pattern by a rehabilitation robotic hand: a functional NIRS study.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 8, 49 (2014).</li><li>Bae, S. J., Jang, S. H., Seo, J. P., Chang, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+optimal+speed+for+cortical+activation+of+passive+wrist+movements+performed+by+a+rehabilitation+robot:+A+functional+NIRS+study.">The optimal speed for cortical activation of passive wrist movements performed by a rehabilitation robot: A functional NIRS study.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 11, 194 (2017).</li><li>Saita, K., 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=Biofeedback+effect+of+hybrid+assistive+limb+in+stroke+rehabilitation:+A+proof+of+concept+study+using+functional+near+infrared+spectroscopy.">Biofeedback effect of hybrid assistive limb in stroke rehabilitation: A proof of concept study using functional near infrared spectroscopy.</a> PLoS One. 13 (1), 0191361 (2018).</li><li>Mihara, M., 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=Near-infrared+spectroscopy-mediated+neurofeedback+enhances+efficacy+of+motor+imagery-based+training+in+poststroke+victims:+a+pilot+study.">Near-infrared spectroscopy-mediated neurofeedback enhances efficacy of motor imagery-based training in poststroke victims: a pilot study.</a> Stroke. 44 (4), 1091-1098 (2013).</li><li>Naseer, N., Hong, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fNIRS-based+brain-computer+interfaces:+a+review.">fNIRS-based brain-computer interfaces: a review.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 9, 3 (2015).</li><li>Mihara, M., 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=Neurofeedback+using+real-time+near-infrared+spectroscopy+enhances+motor+imagery+related+cortical+activation.">Neurofeedback using real-time near-infrared spectroscopy enhances motor imagery related cortical activation.</a> PLoS One. 7 (3), 32234 (2012).</li><li>Tak, S., Jang, J., Lee, K., Ye, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+CMRO(2)+without+hypercapnia+using+simultaneous+near-infrared+spectroscopy+and+fMRI+measurements.">Quantification of CMRO(2) without hypercapnia using simultaneous near-infrared spectroscopy and fMRI measurements.</a> Physics in Medicine and Biology. 55 (11), 3249-3269 (2010).</li><li>Strangman, G., Culver, J. P., Thompson, J. H., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+quantitative+comparison+of+simultaneous+BOLD+fMRI+and+NIRS+recordings+during+functional+brain+activation.">A quantitative comparison of simultaneous BOLD fMRI and NIRS recordings during functional brain activation.</a> Neuroimage. 17 (2), 719-731 (2002).</li><li>Scholkmann, F., 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=A+review+on+continuous+wave+functional+near-infrared+spectroscopy+and+imaging+instrumentation+and+methodology.">A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology.</a> Neuroimage. 85, 6-27 (2014).</li><li>Delpy, D. T., 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=Estimation+of+optical+pathlength+through+tissue+from+direct+time+of+flight+measurement.">Estimation of optical pathlength through tissue from direct time of flight measurement.</a> Physics in Medicine and Biology. 33 (12), 1433-1442 (1988).</li><li>Tachtsidis, I., Scholkmann, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=False+positives+and+false+negatives+in+functional+near-infrared+spectroscopy:+issues,+challenges,+and+the+way+forward.">False positives and false negatives in functional near-infrared spectroscopy: issues, challenges, and the way forward.</a> Neurophotonics. 3 (3), 031405 (2016).</li><li>Jang, K. E., 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=Wavelet+minimum+description+length+detrending+for+near-infrared+spectroscopy.">Wavelet minimum description length detrending for near-infrared spectroscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (3), 034004 (2009).</li><li>Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIRS-SPM:+statistical+parametric+mapping+for+near-infrared+spectroscopy.">NIRS-SPM: statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 44 (2), 428-447 (2009).</li><li>Orihuela-Espina, F., Leff, D. R., James, D. R., Darzi, A. W., Yang, G. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quality+control+and+assurance+in+functional+near+infrared+spectroscopy+(fNIRS)+experimentation.">Quality control and assurance in functional near infrared spectroscopy (fNIRS) experimentation.</a> Physics in Medicine and Biology. 55 (13), 3701-3724 (2010).</li><li>Benjamini, Y., Hochberg, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+false+discovery+rate:+a+practical+and+powerful+approach+to+multiple+testing.">Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing.</a> Journal of the Royal Statistical Society Series B. 57 (1), 289-300 (1995).</li><li>Herold, F., Wiegel, P., Scholkmann, F., Muller, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+functional+near-infrared+spectroscopy+(fNIRS)+neuroimaging+in+exercise(-)cognition+science:+A+systematic,+methodology-focused+review.">Applications of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) neuroimaging in exercise(-)cognition science: A systematic, methodology-focused review.</a> Journal of Clinial Medicine. 7 (12), (2018).</li><li>Boden, S., 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=The+oxygenation+response+to+functional+stimulation:+is+there+a+physiological+meaning+to+the+lag+between+parameters.">The oxygenation response to functional stimulation: is there a physiological meaning to the lag between parameters.</a> Neuroimage. 36 (1), 100-107 (2007).</li><li>Pinti, P., Scholkmann, F., Hamilton, A., Burgess, P., Tachtsidis, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+status+and+issues+regarding+pre-processing+of+fNIRS+neuroimaging+data:+An+investigation+of+diverse+signal+filtering+Methods+within+a+general+linear+model+Framework.">Current status and issues regarding pre-processing of fNIRS neuroimaging data: An investigation of diverse signal filtering Methods within a general linear model Framework.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 12, 505 (2018).</li><li>Udina, C., 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=Functional+near-infrared+spectroscopy+to+study+cerebral+hemodynamics+in+older+adults+during+cognitive+and+motor+tasks:+a+review.">Functional near-infrared spectroscopy to study cerebral hemodynamics in older adults during cognitive and motor tasks: a review.</a> Frontiers in Aging Neuroscience. 11, 367 (2019).</li><li>Verghese, J., Wang, C., Ayers, E., Izzetoglu, M., Holtzer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+activation+in+high-functioning+older+adults+and+falls:+Prospective+cohort+study.">Brain activation in high-functioning older adults and falls: Prospective cohort study.</a> Neurology. 88 (2), 191-197 (2017).</li><li>Yucel, M. A., 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=Short+separation+regression+improves+statistical+significance+and+better+localizes+the+hemodynamic+response+obtained+by+near-infrared+spectroscopy+for+tasks+with+differing+autonomic+responses.">Short separation regression improves statistical significance and better localizes the hemodynamic response obtained by near-infrared spectroscopy for tasks with differing autonomic responses.</a> Neurophotonics. 2 (3), 035005 (2015).</li><li>Torricelli, A., 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=Time+domain+functional+NIRS+imaging+for+human+brain+mapping.">Time domain functional NIRS imaging for human brain mapping.</a> Neuroimage. 85, 28-50 (2014).</li><li>Giacalone, G., 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=Time-domain+near-infrared+spectroscopy+in+acute+ischemic+stroke+patients.">Time-domain near-infrared spectroscopy in acute ischemic stroke patients.</a> Neurophotonics. 6 (1), 015003 (2019).</li><li>Saita, K., 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=Contralateral+cerebral+hypometabolism+after+cerebellar+stroke:+a+functional+near-infrared+spectroscopy+study.">Contralateral cerebral hypometabolism after cerebellar stroke: a functional near-infrared spectroscopy study.</a> Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases. 26 (4), 69-71 (2017).</li></ol>

I våre gruppeanalysemetoder for fNIRS, i tillegg til å utføre en bildeanalysemetode ved kvalitative t-statistikkkartlegginger, sammenlignet vi pre- vs. postintervensjon (robotassistert trening) ved hjelp av den komparative flerkanalsanalysen. For kvalitativ analyse brukte vi NIRS-SPM-programvaren som en masse-univariat tilnærming basert på den generaliserte lineære modellen. NIRS-SPM-analysen viser kvalitative resultater fra hver økt ved å visualisere det aktiverte området under oppgaven. Videre muliggj...

Neurorehabilitation spiller en viktig rolle i funksjonell utvinning etter sensorimotorisk forstyrrelse. For å klargjøre mekanismene for nevroplastisitetsrelatert funksjonell utvinning, har ulike nevroimaging teknologier blitt brukt, for eksempel funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI), positronutslippstomografi (PET), elektroencefalografi (EEG) og funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS). Ulike avbildningsmodaliteter har forskjellige fordeler og ulemper. Selv om fMRI er den mest typiske enheten, påvirkes den av magnetiske felt, har en høy kostnad, høy fysisk begrensning og begrensede sensorimotoriske oppgaver1,2,3,4. FNIRS-enheten skiller seg ut som en ikke-invasiv optisk neuroimaging og har en relativt lavere romlig oppløsning, men den har en bedre temporal oppløsning enn fMRI4. fNIRS er egnet ved verifisering av behandlingseffekter fordi den sammenligner pre- versus postintervensjonseffektene, har dynamiske motoriske oppgaver, er bærbar og fungerer mer i naturlige miljøer enn fMRI1,2,4. NIRS har blitt rapportert å være mer egnet innen cerebrovaskulær sykdom, epileptiske lidelser, alvorlig hjerneskade, Parkinsons sykdom og kognitiv svikt1,5. Når det gjelder sensoriske oppgaver, er den mye brukt i gang og stående balanse6,7,8, øvre lemfunksjon (håndgrep, fingertrykking)8,9, kompleks motorisk ferdighetstrening10,11, robotikk12,13,14,15og hjerne-datamaskin grensesnitt16,17,18. FNIRS er basert på prinsippene for optisk neuroimaging og nevrovaskulær kobling, som måler kortikale metabolske aktivitet, økt blodstrøm og følgelig kortikale aktivitet som sekundære signaler19. fNIRS-signaler er rapportert å ha sterke sammenhenger med signaler om oksygennivåavhengig fMRI20i blodet. En kontinuerlig bølge fNIRS bruker den modifiserte Beer-Lambert-loven til å bestemme endringene i oksygenert hemoglobin (HbO2) og deoksygenert hemoglobin (HHb) kortikale konsentrasjonsnivåer basert på målte endringer i bredbånd nær-infrarød lysdemping21,22. Fordi det ikke var mulig å måle differensialbanelengdefaktoren (DPF) ved hjelp av det kontinuerlige NIRS-systemet, antok vi at DPF var konstant og at hemoglobinsignalendringer ble betegnet i vilkårlige enheter av millimole-millimeter (mM x mm)2,18.
FNIRS-eksperimentene må velge de mest tilstrekkelige metodene, inkludert sondeinnstillingene, eksperimentdesignene og analysemetodene. Når det gjelder sondeinnstillingen, er den internasjonale 10-20-metoden som brukes i EEG-måling innstillingsstandarden som brukes av mange forskere i neuroimaging. De siste årene har koordinatinnstillinger basert på standardhjernen på grunnlag av Montreal Neurological Institute (MNI) koordinater blitt brukt. Eksperimentet bruker en blokkdesign, vanligvis brukt til sensoriske oppgaver og en hendelsesrelatert design. Dette er en metode for å sammenligne endringer i hemoglobinkonsentrasjon i ro og under oppgaver; HbO2 konsentrasjonsnivåer øker og HHb konsentrasjonsnivåer reduseres med endringer i cerebral blodstrøm forbundet med oppgaveavhengig kortikale aktivitet. Selv om det finnes ulike analysemetoder, muliggjør den gratis NIRS-SPM-programvaren en analyse som ligner på den statistiske parametriske kartleggingen (SPM) av fMRI. Behandlingen av NIRS-data bruker en masse-univariat tilnærming basert på den generelle lineære modellen (GLM). Når du utfører oppgaveavhengig hjerneaktivitetsanalyse, kan fNIRS-målingene påvirkes av fremkalt eller ikke-fremkalt nevronaktivitet og systemiske fysiologiske forstyrrelser (hjertefrekvens, blodtrykk, pustefrekvens og autonom nervesystemaktivitet) i hjerne- og ekstracerebralrommet23. Derfor er behandling før analyse, filtrering, wavelet-konvertering og hovedkomponentanalyse nyttig23. Når det gjelder filtrering og artefakter av databehandlingen ved hjelp av NIRS-SPM, ble lavpassfiltrering9 og wavelet minimum beskrivelseslengde (Wavelet-MDL)24 detrending brukt til å overvinne bevegelsen eller andre kilder til støy / artefakt. Hvis du vil ha mer informasjon om denne analysemetoden, kan du se rapporten fra Ye et al.25. Selv om det bare er rapporter som bruker SPM, er det bare en kvalitativ indeks ved bildeanalyse, og på grunn av den lave romlige oppløsningen til NIRS er det nødvendig med ekstrem forsiktighet for gruppeanalyse. Videre, når DPF er konstant, bør numeriske sammenligninger mellom kanaler og enkeltpersoner ikke utføres, men forskjellen i endringene i hver kanal kan verifiseres. Basert på ovennevnte forhold, for å supplere NIRS-SPM-gruppeanalyseresultatene, brukte vi den opprinnelige analysemetoden for flerkanalsanalyse etter å ha forbedret nøyaktigheten av romlig registrering. Denne flerkanalsanalysen sammenlignet amplituden av endringen i HbO2- og HHb-nivåene mellom resten og oppgaveperiodene på hver kanal før og umiddelbart etter behandling ved hjelp av hierarkiske blandede modeller med faste intervensjoner (før eller etter), faste perioder (hvile eller på oppgave) og tilfeldige individuelle effekter.
På denne måten er det flere fNIRS-måle- og analysemetoder; Det er imidlertid ikke etablert noen standardmetode. I dette dokumentet introduserer vi metodene våre, kvalitativ GLM-basert statistisk parametrisk kartlegging og den komparative multi-level hierarkiske blandede modellen, for å analysere data hentet fra et flerkanals fNIRS-eksperiment av pre- vs. postintervensjon ved hjelp av en blokkdesign med sensoriske oppgaver.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D-digitizer software</td>
			<td>TOPCON</td>
			<td>-</td>
			<td>NS-1000 software ver.1.50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIRS system</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>-</td>
			<td>FOIRE-3000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Robot</td>
			<td>CYBERDYNE</td>
			<td>-</td>
			<td>Single-joint type Hybrid Assitive Limb (HAL-SJ)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

qualitative and comparative cortical activity data analyses from a functional near-infrared spectroscopy experiment applying block design

Neuroimaging studier spiller en sentral rolle i evalueringen av pre- vs. postintervensjonelle nevrologiske forhold som i rehabilitering og kirurgisk behandling. Blant de mange neuroimaging teknologiene som brukes til å måle hjerneaktivitet, funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) muliggjør evaluering av dynamiske kortikale aktiviteter ved å måle de lokale hemoglobin nivåer som ligner funksjonell magnetisk resonans avbildning (fMRI). På grunn av mindre fysisk begrensning i fNIRS kan også flere varianter av sensoriske oppgaver evalueres. Mange laboratorier har utviklet flere metoder for fNIRS-dataanalyse; Til tross for at de generelle prinsippene er de samme, er det imidlertid ingen universelt standardisert metode. Her presenterer vi de kvalitative og komparative analysemetodene for data hentet fra et flerkanals fNIRS-eksperiment ved hjelp av en blokkdesign. For kvalitativ analyse brukte vi en programvare for NIRS som en masse-univariat tilnærming basert på den generaliserte lineære modellen. NIRS-SPM-analysen viser kvalitative resultater for hver økt ved å visualisere det aktiverte området under oppgaven. I tillegg kan den ikke-invasive tredimensjonale digitaliseringsenheten brukes til å estimere fNIRS-kanalplasseringene i forhold til hjernen. For å bekrefte NIRS-SPM-funnene kan amplituden av endringene i hemoglobinnivåer som utføres av den sensorimotoriske oppgaven, analyseres statistisk ved å sammenligne dataene som er innhentet fra to forskjellige økter (før og etter intervensjon) av samme studieperson ved hjelp av en flerkanals hierarkisk blandet modell. Våre metoder kan brukes til å måle pre- vs. postintervensjonsanalysen i en rekke nevrologiske lidelser som bevegelsesforstyrrelser, cerebrovaskulære sykdommer og nevropsykiatriske lidelser.

Her introduserer vi den robotassisterte rehabiliteringen som gruppen vår for tiden jobber med: biofeedback-effektene på øvre lemmotorunderskudd hos pasienter med akutt hjerneslag. Vi inkluderte 10 samtykkende slagpasienter (gjennomsnittsalder: 66,8 ± 12,0 år; to kvinner og åtte menn) som ble innlagt på sykehuset vårt. På subakutt slagstadiet, mer enn 2 uker etter utbruddet, evaluerte vi den motorrelaterte kortikale aktiviteten til disse pasientene ved hjelp av et fNIRS-system fø...

Watch this Scientific Journal Video about Qualitative and Comparative Cortical Activity Data Analyses from a Functional Near-Infrared Spectroscopy Experiment Applying Block Design at JoVE.com

Qualitative and Comparative Cortical Activity Data Analyses from a Functional Near-Infrared Spectroscopy Experiment Applying Block Design

Vi beskriver analysen av kontinuerlig bølgefunksjonelt nær-infrarødt spektroskopieksperiment ved hjelp av en blokkdesign med en sensorisk oppgave. For å øke påliteligheten til dataanalysen brukte vi den kvalitative generelle lineære modellbaserte statistiske parametriske kartleggingen og de komparative hierarkiske blandede modellene for flere kanaler.

Kvalitative og komparative kortikale aktivitetsdataanalyser fra et funksjonelt nær-infrarødt spektroskopieksperiment som bruker blokkdesign

Neuroimaging studies play a pivotal role in the evaluation of pre- vs. post-interventional neurological conditions such as in rehabilitation and surgical ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted ...

Functional Calcium Imaging in Developing Cortical Networks

Funksjonell Kalsium Imaging in Developing kortikal Networks

A hallmark pattern of activity in developing nervous systems is spontaneous, synchronized network activity. Synchronized activity has been observed in ...

Recording Human Electrocorticographic (ECoG) Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

Recording Human Electrocorticographic ECoG Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

Opptak menneskerettigheter Electrocorticographic (ECOG) Signaler for nevrovitenskapelig forskning og Real-time Funksjonell kortikal Mapping

Neuroimaging studies of human cognitive, sensory, and motor processes are usually based on noninvasive techniques such as electroencephalography (EEG), ...

Simultaneous Electroencephalography, Real-time Measurement of Lactate Concentration and Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity in the Rodent Cerebral Cortex

Samtidig Electroencephalography, Real-time Måling av laktat Konsentrasjon og Optogenetic Manipulering av neuronal aktivitet i Rodent Cerebral Cortex

Although the brain represents less than 5% of the body  by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body  at rest1. The ...

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy NIRS Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Neuroimaging feltet metoder å bruke funksjonell nær infrarødspektroskopi (NIRS) Neuroimaging å studere globale barns utvikling: landlige Sahara

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Gjennomføre Hyperscanning eksperimenter med funksjonell nær infrarød spektroskopi

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Bruke nær-infrarød fluorescens og høyoppløselig skanning å måle protein uttrykk i gnagere Brain

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Gjennomføre samtidig elektroencefalografi og funksjonelle nær-infrarødspektroskopiopptak med en flanker oppgave

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

Combined In Vivo Anatomical and Functional Tracing of Ventral Tegmental Area Glutamate Terminals in the Hippocampus

Kombinert in Vivo anatomisk og funksjonell sporing av ventrale tegmental område glutamatterminaler i Hippocampus

Optogenetic modulation of neuron sub-populations in the brain has allowed researchers to dissect neural circuits in vivo and ex vivo. This provides a ...

Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI

Pålitelig anskaffelse av elektroencefalografidata under samtidig elektroencefalografi og funksjonell MR

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), EEG-fMRI, combines the complementary properties of scalp EEG ...