القشرية تحليل مصدر عالي الكثافة EEG تسجيلات في الأطفال

ووصف الرئيس باراك أوباما الدماغ البشري باعتباره آفاق جديدة من الاكتشافات العلمية ذات أهمية عالية للصحة والاقتصاد ³ (http://www.whitehouse.gov/share/brain-initiative). ومع ذلك، مثل أي مجال آخر في مجال العلوم الطبيعية، والعلوم العصبية يعتمد على التقدم في منهجيات وتقنيات تحليل للتقدم. اثنين من الأدوات استخداما غير الغازية في الدراسات حول وظائف الدماغ في البشر هي التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) والمخ (EEG). هذه أداة استغلال الخصائص الفيزيائية المختلفة، وتقديم رؤى مختلفة في وظيفة الدماغ مع مزايا وعيوب فريدة من نوعها. يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي على الخواص المغناطيسية للجزيئات المياه داخل الحقول المغناطيسية للحصول على صور من الأنسجة الحية. يحتاج هذا الموضوع لتوضع في المغناطيس مع شدة المجال عالية. يقتصر الحركة المشارك خلال هذه الإجراءات والمشارك أن يتسامح مع الضوضاء الناجمة عن التغيرات السريعة في المغناطيسيةالمجال. بالإضافة إلى صور الهيكلية، كما يوفر إمكانية التصوير بالرنين المغناطيسي لقياس التغيرات في الأوكسجين في الدم للتحقيق في وظائف المخ (الرنين المغناطيسي الوظيفي). باختصار، التصوير بالرنين المغناطيسي يوفر القرار مكانية عالية نسبيا تصل إلى 0.5 ملم ³ مع حقول عالية الحديثة والماسحات الضوئية والمعلمات الأمثل ^4. في المقابل، فإن القرار الزماني من الرنين المغناطيسي الوظيفي يقتصر على حركية بطيئة الاستجابة BOLD، والتي تعكس بشكل غير مباشر فقط ديناميات الزمانية عالية من النشاط العصبي ^5،6.

من ناحية أخرى، EEG يقيس التغيرات في النشاط الكهربائي الناجم عن نشاط الخلايا العصبية عن طريق أقطاب توضع على فروة الرأس. التطورات الحديثة في التكنولوجيا EEG يسمح التطبيق السريع والسهل من أجهزة الاستشعار لفترة قصيرة الأجل أو طويلة الأجل وثابتة وكذلك تسجيلات الإسعافية. لأن EEG هو أقل تقييدا، بل هو أيضا طريقة اختيار المشاركين للسكان على يقين من أن لا تتسامح مع البيئة التصوير بالرنين المغناطيسي بشكل جيد مثل الأطفال وبعضالسكان المسنين والنفسية. خصائص EEG تظهر نمط عكسية لتلك التي MRI: القرار الزماني عالية جدا مع دقة ميلي ثانية واحدة، ولكن القرار المكانية محدودة. تيارات كهربائية تمر من خلال الأنسجة المختلفة بين مولد والأقطاب EEG على سطح فروة الرأس. وهذا يؤدي إلى خلط وتلطيخ المكاني للنشاط مصدر المعروفة باسم تأثير حجم التوصيل. لذلك، النشاط تقاس الأقطاب على سطح فروة الرأس يعكس النشاط من مصادر متعددة قد تكون بعيدة إلى منصب القطب على ^1،7 الرأس.

فقد تم تخصيص الكثير من العمل في السنوات الأخيرة لدمج التصوير بالرنين المغناطيسي وEEG من أجل الاستفادة من نقاط القوة الخاصة بكل منها. وتكرس سطر واحد من العمل لاكتساب وقت واحد من EEG والتصوير بالرنين المغناطيسي في الدراسات الفنية. نهج آخر هو استخدام المعلومات المكانية التي تقدمها التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي لتأخذ في الاعتبار حجم جonduction تأثير من خلال النمذجة الفيزيائية الحيوية. استخدام المعلومات الهيكلية لإعادة الإعمار مصدر تسجيلات EEG هو مفيدة بشكل خاص للدراسات التي تنطوي على عدد من الأطفال. التحقيق في تطوير وظائف المخ أمر أساسي لفهم كيف يتم بناء المهارات المعرفية المعقدة على رأس السلائف بسيطة ^8.

هذه التحقيقات تساعد على تسليط الضوء على التغيرات في ركائز العصبية وخصائص الاستجابة التي ترتبط مع التغيرات في الأداء السلوكي. ومع ذلك، والتحقيق في وظيفة الدماغ والإدراك أثناء التطور يطرح أيضا تحديات محددة. بشكل خاص، الفرصة للدراسات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي محدودة حيث الأطفال الصغار والرضع إما أن يكون نائما أو مخدرا للحصول على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي دون التحف الحركة والتأثير السلبي على المشاركين الرفاه. علاوة على ذلك، ينظر EEG كما أقل مخاطرة والغازية من قبل والديهم، الأمر الذي يجعل تجنيد المشاركين البحوث أسهل. Therefore، EEG هو الأسلوب المفضل لكثير من التحقيقات في وظيفة الدماغ عند الأطفال الصغار. التطورات المنهجية في نظم EEG يسمح بتطبيق صفائف الكهربائي عالي الكثافة مع 128 أو أكثر من القنوات في غضون دقائق. سهولة التطبيق ويرتدي الراحة كافية للسماح حتى تسجيل EEG في أصغر الأطفال الرضع. ومع ذلك، في كثير من الأحيان ليست فقط الباحثين المهتمين في ديناميات الزماني للاستجابات لمثيرات معينة، ولكن أود أيضا أن المقارنة بين ركائز العصبية التي تتوسط الردود.

والافتراض السائد في التحليل ERP مستوى القناة مقارنة مختلف الفئات العمرية هو أن نفس ركائز العصبية تستجيب، ولكن أن توقيت أو السعة ردا يتفاوت بين أعمار ^9. وكثيرا ما يستخدم فروة الرأس مشابهة تضاريس كمؤشر على النشاط العصبي الأساسي مماثلة. ومع ذلك، يمكن أن العديد من تكوينات مختلفة تؤدي إلى مصدر تصاميم فروة الرأس مشابهة ^10. من خلال تطبيق تقدير المصدر، وهذا عربىrtainty يمكن تخفيض وكميا. استقلال الملاحظات هو أمر حاسم لحسابات الشبكة من وظائف المخ: إذا تم خلط المصادر، سوف يكون متحيزا الارتباطات نحو الاتصال المحلية أعلى. ويمكن تطبيق إعادة الإعمار المصدر للحد من هذا التحيز ^11. بدلا من ذلك، يمكن استخدام الاختلافات في توقيت ومرحلة للتحليل الربط، ولكن هذه النماذج الرياضية تتطلب الافتراضات التي يصعب تقييم البيانات في محاكاة غير ^12. باختصار، يوفر تقدير مصدر معلومات إضافية لEEG مستوى القناة وتحليل تخطيط موارد المؤسسات على أساس المعرفة حول علم التشريح والخصائص الفيزيائية الحيوية من الأنسجة.

وقد وضعت خوارزميات مختلفة لإيجاد حلول لمشكلة عكسية. هذه الخوارزميات تقع على نطاق واسع إلى فئتين: حدودي وغير حدودي ^13. تفترض نماذج حدودي واحد أو ثنائيات الاقطاب المتعددة التي قد تختلف في المكان، والتوجه والقوة. في المقابل، إحتوى غير نماذج حدوديغ عدد كبير من ثنائيات الاقطاب مع موقع ثابت والتوجه. في هذه النماذج، ويفسر النشاط الكهربائي فروة الرأس ومزيج من التنشيط في ثنائيات الاقطاب ثابتة ^10،13،14. غير حدودي، ونماذج مصدر وزعت يمكن أن يستند إلى المعرفة حول علم التشريح والموصلية في وسائل الإعلام المختلفة. الحدود العنصر النماذج تضم القيم الموصلية للأنسجة الرئيسي للرئيس بقذائف مختلفة للدماغ، السائل الشوكي الدماغي، والجمجمة. ويستند هذا على افتراض أن التوصيل هو ثابت في الغالب داخل كل حجرة، ولكن يحدث أن تغيرات ملحوظة على الحدود حجرات مختلفة. وتستند النماذج عنصر محدود على مزيد من التفحص MR تجزئة في المادة الرمادية والبيضاء بحيث يمكن تعيين قيم الموصلية لكل فوكسل ^15.

من الناحية العملية، ونماذج غير حدودي مفيدة بشكل خاص لإعادة الإعمار مصدر في المهام الإدراكية المعقدة، والتي عدد المناطق المعنية قدلن يعرف ^10. وتستخدم نماذج عنصر الحدود على نطاق واسع في الأدب الحالي، ربما لأن أكثر دقة عنصر محدود نماذج تشكل مطالب الحسابية عالية نسبيا. علاوة على ذلك، هناك تباين كبير بين الفردية في المادة الرمادية والبيضاء بحيث FEMS ينبغي أن تستند إلى فحوصات الرنين المغناطيسي الفردية.

نماذج غير حدودي تتطلب الخطوة الثانية لمطابقة النشاط فروة الرأس لقياس التوقعات من النموذج إلى الأمام. مرة أخرى، وقد نوقشت نهج مختلفة مع مزايا وعيوب مختلفة في الأدب (انظر ميشيل وآخرون 2004 لمحة عامة). وتستند خوارزميات الأكثر استخداما على نطاق واسع بشأن الحد الأدنى القاعدة تقدير (المنشآت متعددة الجنسية)، والذي يطابق النشاط قياس فروة الرأس لتوزيع الحالية في النموذج إلى الأمام بأقل كثافة الشاملة ^16. منحازة المنشآت متعددة الجنسية نحو مصادر ضعيفة وسطحية. عمق خوارزميات المنشآت متعددة الجنسية المرجح محاولة للحد من التحيز السطح عن طريق إدخال الترجيحالمصفوفات على أساس افتراضات الرياضية ^10. ويستند النهج LORETA تستخدم على نطاق واسع أيضا على مرجح المنشآت متعددة الجنسية، ولكن بالإضافة إلى ذلك يقلل من ابلاس الرياضية من المصادر، الأمر الذي يؤدي إلى حلول أكثر سلاسة ^17،18. وقد وجد LORETA لأداء أفضل للمصادر واحد في دراسات المحاكاة ^19،20. ومع ذلك، قد يؤدي إلى LORETA على تجانس من الحلول. عمق المرجح المنشآت متعددة الجنسية هو الأفضل عندما تكون مجهولة المصادر أو من المحتمل أن تكون موجودة ^{13، 16} مصادر متعددة. مقارنة نتائج خوارزميات مختلفة لتقييم تأثير الافتراضات نموذج مختلف من المستحسن.

في ملخص والتعمير المصدر من خلال أساليب النمذجة كان محدودا للأطفال حتى وقت قريب. وذلك لأن معظم برامج التحليل EEG تعتمد على نماذج الرأس على أساس التشريح الكبار التي تحد بشكل كبير من دقة الحلول مصدر في الأطفال ^2،8. وصول رخيصة إلى السلطة الحسابية وتوفيربرنامج سهل الاستعمال لإعادة الإعمار مصدر تجعل من الممكن التغلب على هذه القيود. تطبيق تقدير المصدر إلى EEG يوفر ميزتين مهمة على تحليل بناء على الملاحظات مستوى القناة وحده: تحسين القرار المكانية والاستقلال من الملاحظات.

تقدير المصدر قد لا تكون مفيدة في بعض الحالات: مطلوب تغطية جيدة من الرأس إلى تمييز المصادر. ينصح أنظمة كثافة عالية مع 128 أو أكثر أقطاب ^10،15؛ سوف تغطية تناثرا بمثابة تصفية المكانية مما يؤدي إلى مزيد من التفعيل واسعة مصدر انتشار أو نتائج سلبية كاذبة ^10. وعلاوة على ذلك، فقد تم الإبلاغ عن إعادة الإعمار فقط المصدر استنادا إلى الطريقة الموضحة في هذه المقالة للحصول على مولدات القشرية. وبالتالي، فمن أقل ملاءمة لاختبار فرضيات حول ركائز تحت القشرية أو التفاعلات تحت القشرية القشرية. وأخيرا، ينبغي أن يستند تحليل المصدر على فرضيات مسبقة مفصلة حول ركائز القشرية،أخذ الأدب الموجودة من طرائق التصوير الأخرى بعين الاعتبار. ويمكن أيضا أن تستخدم تقنيات الترشيح المكاني لتحسين القرار المكانية للإشارة EEG عن طريق الحد من الاختلاط المكانية على مستوى فروة الرأس. وتستخدم وسائل بديلة للحد من تأثير حجم الآثار التوصيل دون نمذجة الرأس، على سبيل المثال، والترشيح ابلاس الرياضية أو ²¹ الحالي تحليل الكثافة المصدر ^22. ومع ذلك، لا هذه الأساليب لا توفر مزيد من المعلومات حول مولدات العصبية عن الآثار حجم التوصيل ليست فقط مقصورة على أجهزة استشعار القرب المكاني في وثيقة ^1.

في المقاطع التالية، يصف المقال كيف تم تصميم التجارب للتحقيق في الدماغ وظيفة الادراك في الأطفال من 2 سنة من العمر عند الطفل مختبر لندن. المقبل، وتناقش الحصول على البيانات EEG مع ارتفاع الكثافة أنظمة مقاومة منخفضة مع الأطفال. ثم، يتم تقديم EEG تجهيزها وتحليلها على مستوى القناة. Lastlذ، يركز المقال على معالجة بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلية لإعادة الإعمار مصدر القشرية وتحليل الإشارات مستوى المصدر.