이중 작업 화면의 개정 및 신경 이미징 호환 버전
Summary
우리는 원래 듀얼 태스크 스크린 (DTS)을 스포츠 유발 가벼운 외상성 뇌 손상을 가진 선수를 평가할 수있는 휴대용, 저렴한 비용으로 개발했습니다. 우리는 미래의 임상 사용을 위해 원래 DTS를 개정하고 단일 및 이중 작업 성능의 신경 기초를 측정하기 위해 DTS의 신경 이미징 호환 버전을 개발했습니다.
Abstract
이중 작업 패러다임 동시에 모터와 인지 능력을 평가, 그들은 최근 가벼운 외상성 뇌 손상 (mTBI)와 선수에 미묘한, 잔류 장애를 감지 할 수 있습니다. 그러나, 과거 이중 작업 패러다임은 낮은 사지 기술에 전적으로 초점을 맞추고 성가신, 비싼 실험실 장비에 의존하여 일상적인 mTBI 평가를위한 실용성을 제한했습니다. 그 후, 관리 및 점수에 10분이 걸리는 듀얼 태스크 스크린(DTS)을 개발했으며, 저가의 휴대용 장비를 사용하며, 사지(LE) 및 상부 사지(UE) 하위 작업을 포함합니다. 이 원고의 목적은 두 가지였다. 먼저 개정된 DTS의 관리 프로토콜을 설명하며, 원래 DTS의 한계를 해결하기 위해 개정했습니다. 특히, 개정에는 보다 상세한 걸음걸이 데이터를 획득하기 위한 스마트 디바이스의 추가와 이중 작업 조건 하에서 중단된 인지 성능을 테스트하기 위한 단일 인지 조건 의 포함등이 포함되었다. 중요한 것은, 개정된 DTS는 향후 임상사용을 위한 척도이며, 측정에서 획득할 수 있는 임상 데이터의 유형을 설명하기 위해 3명의 남성 선수로부터 대표적인 결과를 제시한다. 중요한 것은, 우리는 아직 mTBI를 가진 선수에 있는 개정된 DTS의 감도와 특이성을 평가하지 않았습니다, 이는 다음 연구 이니셔티브입니다. 이 원고의 두 번째 목적은 DTS의 신경 이미징 호환 버전을 설명하는 것입니다. 우리는 mTBI와 관련된 행동 적자에 대한 더 나은 경험적 이해를 위해 단일 및 이중 작업 성능의 신경 기초를 평가 할 수 있도록이 버전을 개발했습니다. 따라서, 이 원고는 또한 우리가 FNIRS 데이터의 1 단계 처리를 획득하고 완료하는 방법과 함께, DTS 동안 동시 기능 근적외선 분광법 (fNIRS) 측정을 가능하게하기 위해 취한 단계를 설명합니다.
Introduction
매년 전 세계적으로 4,200만 명이 가벼운 외상성 뇌 손상(mTBIs)1을유지합니다. 일단 양성으로 여겨졌지만, 새로운 연구는 mTBIs, 특히 반복 mTBIs가 신체, 인지 및 수면 장애2,3,4와같은 지속적인 부정적인 결과를 유도 할 수 있음을 나타냅니다. 그 후, 연구원과 임상의는 mTBI를 이해하고 해결하기 위해 향상된 평가 및 치료 방법을 찾고 있습니다.
현재까지 mTBI 평가를 위한 모범 사례는 신경인지 및 운동 기능5의자가보고 증상 및 객관적인 측정을 포함한다. 그러나, 일부 개인, 경쟁 대학 수준의 선수 처럼, mTBI 관련 증상을 과소 보고 알려져 있다6,증상 보고서의 유용성을 제한. 객관적인 신경인지 및 운동 기능 측정은 또한 불량한 시험 재시험 신뢰성, 기준선 테스트에 대한 의존성 또는 고성능 선수에 대한 어려움 부족7,8,9를 포함하여한계가있다. 그러나, 모터와 인지 능력을 동시에 평가하는 이중 태스크 패러다임은 미묘하고 잔류 장애를 감지할 수 있으며 고성능선수(10, 11,12,13,14)를평가하는 데 특히 유용할 수 있다.
이중 작업 패러다임을 이용한 과거 연구는 종종 모션 캡처 시스템14와같은 번거롭고 값비싼 실험실 장비를 통합하여 고성능 선수를 평가했습니다. 이러한 시스템은 미묘한 모터 손상을 정확하게 측정할 수 있지만 높은 장비 비용, 제한된 휴대성 및 긴 관리 시간(예: 개인당 45분 ≥)으로 인해 일상적인 mTBI 평가에 사용하기에는 비실용적입니다. 또한, 과거 이중 태스크 패러다임 연구는 저체 나 하부 사지 기술, 예컨대 균형 또는걸음걸이(11,12,13,14)에만초점을 맞췄다. 틀림없이, 상부 사지 기능 및 손 눈 조정은 많은 스포츠에서 고성능 선수에 대 한 중요 한. 따라서, 우리는 휴대용, 저가 계측기로 10 분 동안 관리되고 득점하도록 설계된 간단한 측정인 듀얼 태스크 스크린 (DTS)을 개발했습니다. 이 오리지널 DTS에는 걸음걸이 속도(스톱워치 사용)와 단일 모터 및 듀얼 작업조건(15)에서손-눈 조정을 평가한 하부 사지(LE) 및 상부 사지(UE) 서브태스킹이 포함되어 있다.
첫 번째 타당성 조사에서 32 명의 건강한 여성 청소년 참가자가 원래 DTS를 완료했습니다. 이 연구는 DTS가 이중 작업 과 단일 모터 조건 의 모터 성능 저하로 표시된 대로 이중 작업 모터 비용을 유도할 수 있음을 입증하기 위해 고안되었습니다. 또한 DTS를 10분 도내에 관리하고 득점할 수 있다는 점도 확립하고자 했습니다. 우리는 모든 참가자가 적어도 하나의 하위 작업에 가난한 듀얼 작업 모터 성능을 가지고 있음을 발견했다. 또한, 우리는 평균 5.63 분에서 DTS를 관리하고 2-3 분15에서시험을 득점 할 수 있었다.
첫 번째 타당성 조사는 성공적이었지만 몇 가지 한계가 밝혀졌습니다. 특히, 걸음걸이 속도는 자연적인 인간의 실수에 취약한 스톱워치로 측정되었습니다. 따라서 개정된 DTS에서는 각 발목에 내장된 가속도계(재료표)가있는 스마트 장치를 사용했습니다. 또한 휴대용 저가형 계측기의 사용을 유지하면서 도면 속도, 총 단계 수, 평균 걸음 수, 평균 걸음 수 지속 시간 및 단계 지속 시간 변동성을 정밀한 측정을 제공했습니다. 원래 DTS의 또 다른 제한은 이중 작업 인지 비용의 평가를 방지 단일 인지 조건의 부재였다. 이중 작업 인지 비용은 이중 작업 대 단일 인지 상태 동안 인지 성능이 좋지 않은 것으로 정의됩니다. 그 후 LE 및 UE 하위 작업 모두에 대해 단일 인지 상태를 추가했습니다(프로토콜에 설명된).
미래의 임상 사용을 위한 측정을 개발하는 것 외에도, 팀의 장기적인 목표 중 하나는 건강한 운동 선수의 단일 및 이중 작업 성과의 신경 기초를 평가하고 스포츠 유도 된 mTBI를 가진 운동 선수와 그 결과를 대조하는 것입니다. 따라서, 우리는 DTS의 신경 이미징 호환 버전을 만들었습니다. 우리는 DTS가 동시 기능근적외선 분광법(fNIRS) 측정과 함께 사용하기 위해 성공적으로 수정할 수 있는지 확인하고, 모션 아티팩트의 영향을 줄임으로써 총모터 의 움직임을 수용할 수 있도록 특별히 설계된 모바일 fNIRS 장치를 사용하고 있습니다. 또한,이 장치는 현재 연구 목적으로 사용할 수있는 모바일 장치에 대한 우리의 지식에 머리 범위의 가장 큰 금액을 가지고(재료의 표).
요약하면, 연구 프로토콜은 다음을 수행하도록 설계되었습니다.
- 개정된 이중 태스크 스크린(DTS)에 대한 관리 프로토콜을 설명하며, 이는 원래 DTS15의 한계와 향후 임상 사용을 위한 측정을 해결하기 위해 재설계된 조치입니다.
- 단일 및 이중 작업 성능의 신경 기초를 평가하도록 설계된 신경 이미징 호환 듀얼 태스크 스크린(DTS)에 대한 연구 프로토콜을 설명합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 원고에서는 새로 개정된 DTS(이중 작업 화면)에 대한 관리 프로토콜을 설명했습니다. 이러한 개정은 원래 DTS15에서 확인 된 한계를 해결하기 위해 완료되었으며 이중 작업 인지 비용을 테스트하기 위해 단일 인지 조건의 추가를 포함했습니다. 또한 걸음걸이 특성을 보다 정확하게 측정하기 위한 스마트 장치 기반 액클레롬트리도 포함되어 있습니다. 우리는 DTS로 취득할 수 있?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
콜로라도 주립 대학인 이사벨 부스(Isabelle Booth)가 액렐로롬트리 데이터 분석을 지원한 학생에게 감사드립니다. 또한 저자 J.S.에게 발행 된 NIH K12 HD055931 및 K01 HD096047-02의 자금 지원을 인정하고 싶습니다.
Materials
| Hardware (in alphabetical order) | |||
| NIRx NIRSport2 Device: NSP2-CORE1616 | NIRx | Reference #: GC359 | "The NIRSport 2 is a user-friendly, modular, and robust wireless functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) platform which measures hemodynamic responses to neuroactivation via oxy-, deoxy-, and total hemoglobin changes in the cerebral cortex.The NIRSport 2 comes with a host of ready-to-implement upgrades and modules to meet the needs of a broad range of cognitive neuroscience applications." (Direct quote from nirx.net/nirsport) |
| NIRx NIRSCap (available in 5 difference sizes) | NIRx | N/A | "The NIRScap consists of a measuring cap and optode holders. The optode holders fit into the slits of the measuring cap." (Direct quote from NIRx's NIRScap Getting Started Guide) |
| NIRx Optode Sources (x 2) | NIRx | Reference #: GC359 | "8-source active source bundel for fiberless optical illumination with dual tip; 240 cm long." (Direct quote from NIRx Packing List Description) |
| NIRx Optode Detectors (x 2) | NIRx | Reference #: GC359 | "Bundle of 8x active sensores for fiberless optical detection; dual tip; 240 cm long." (Direct quote from NIRx Packing List Description) |
| NIRx Short Distance Detector Probes | NIRx | N/A | "The probes come in a bundle of eight detector clips that allows coupling of short-distance data from eight independent sources sites to one common detector channel on the instrument." (Direct quote from NIRx's Short Distance Detector Probes Getting Started Guide) |
| Software (in alphabetical order) | |||
| Aurora | NIRx | N/A | "NIRSport 2 Acquistion Software. Aurora fNIRS connects to your NIRSport 2 device via Wi-Fi or USB and can set-up a complete experimental configuration in only several clicks. Thanks to the automated signal optimization algorithm, Aurora fNIRS ensures optimal signal quality before a measurement is started. Raw data, HbO and Hb concentration changtes can be visualized in real-time in several display modes. In addition, high-end whole head visualizations are immediately available. Recorded data can be exported over the integrate Lab Streaming Layer (LSL) protocol, allowing for real-time processing in Brain-Computer Interface (BCI) and Neurofeedback paradigms." (Direct quote from nirx.net/software) |
| Matlab | Math Works | N/A | "MATLAB® combines a desktop environment tuned for iterative analysis and design processes with a programming language that expresses matrix and array mathematics directly. It includes the Live Editor for creating scripts that combine code, output, and formatted text in an executable notebook." (Direct quote from mathworks.com) |
| NIRS Toolbox | Developed by Huppert Brain Imaging Lab | N/A | "NIRS toolbox is a Matlab based analysis program." (Direct quote from huppertlab.net/nirs-toolbox-2/) |
| PsychoPy | Python | N/A | "PsychoPy is an open source software package written in the Python program,ming language primarily for us in neuroscience and experimntal psychology research." (Direct quote from psychopy.org) |
| Lower Tech/Cost Research Supplies* (in alphabetical order) | |||
| AmazonBasics 60-Inch Lightweight Tripod with Bag | Amazon | Item Model #: WT3540 | This lightweight tripod is perfect for most cameras up to 6.6 pounds. Setup is quick and easy. The included bag makes storage and transport a snap.The tripod’s legs can extend from 20” to 48”. Leg locks release smoothly and glide easily to your desired height. Crank up the center post for a tripod that is 60” tall. (Direct quote from Amazon.com) |
| iPod Touch x 2 | Apple | N/A | Smart device with built-in accelerometer. |
| Panasonic Full HD Video Camera Camcorder HC-V180K, 50X Optical Zoom, 1/5.8-Inch BSI Sensor, Touch Enabled 2.7-Inch LCD Display (Black) | Amazon | Item Model #: HC-V180K | Compact, lightweight and easy to use, the Panasonic Full HD Camcorder HC-V180K brings a fun, worry-free experience to high-resolution video capture. Featuring a 5-axis image stabilizer for maximum handheld stability, this 1080p camera’s super-long 50X optical zoom and up to 90X intelligent zoom quickly bring distant objects in focus. A convenient 28mm wide-angle lens allows you to fit more people and scenery into settings like weddings, reunions and vacations. An advanced BSI sensor assures low-light video image quality while Panasonic’s Level Shot function automatically detects and compensates for distracting camera tilting. For added fun, the camera includes creative filter effects like 8mm Movie, Silent Movie, Miniature Effect and Time Lapse Recording, all easily accessible on the 2.7-inch LCD touch screen. A two-channel zoom microphone works in tandem with the zoom to ensure crisp, clear audio up close or at any distance." (Direct quote from Amazon.com) |
| Post-it Notes, 3" x 3", Canary Yellow, Pack Of 18 Pads | Office Depot/Office Max | Item # 1230652 | "Post it® Notes stick securely and remove cleanly, featuring a unique adhesive designed for use on paper." |
| Scotch 232 Masking Tape, 1" x 60 Yd | Office Depot/Office Max | Item # 910588 | "High-performance paper masking tape produces sharp paint lines in medium-temperature paint bake operations. Scotch tape provides clean removal every time, even on traditionally difficult-to-remove surfaces." (Direct quote from officedepot.com) |
| Stanley Tools Leverlock Tape Measure, Standard, 25' x 1" Blade | Office Depot/Office Max | Item #389512 | "Tape rule features a power return with automatic bottom lock for easy operation. High-visibility case color makes it easy to find. Special Tru-Zero hook allows use of nail as pivot to draw circles and arcs. Tape rule offers a multiple riveted hook and polymer-coated blade for longer life, blade wear guard and comfortable rubber grip. Protected blade resists abrasion, oils, dirt and most solvents. Tape rule has Imperial ruling with consecutive feet on top and consecutive inches on bottom after the first foot. Its belt clip allows easy carrying." (Direct quote from officedepot.com) |
| Stopwatch | Office Depot/Office Max | Item # 357698 | "Offers split timing, precise to 1/100 of a second. Includes 6 functions — hour, minute, second, day, month and year." (Direct quote from officedepot.com) |
| Tourna Ballport Deluxe Tennis Ball Hopper with Wheels – Holds 80 Balls | Amazon | Item Model #: BPD-80W | "Balloon port 80 deluxe holds 80 balls and comes with wheels for easy Maneuverability. The handles are an extra long 33 inch for more convenient feed and pickup. Very lightweight yet durable makes this one of the most premium hoppers on the market. Loaded with patented features: legs lock in up and down position. Bars at the top slide closed so your the balls don't fall out during transport. Bars roll at the bottom so the ball slips in the hopper easily." (Direct quote from Amazon.com) |
| Tourna Pressureless Tennis Balls with Vinyl Tote (45 pack of balls) | Amazon | Item Model #: EPTB-45 | "45 Pressure less tennis balls in a vinyl tote bag. Bag has a zipper for secure closure. Balls are regulation size and durable. Suitable for practice or tennis ball machines. Balls are pressure less so they never go dead. Pressure-less means they never go dead, which makes them great for tennis practice, ball machines, filling up ball baskets and hoppers, or just making sure your pet has hours of fun chasing these balls. They fit Chuck-it style dog ball launchers and automatic ball launchers. Durable rubber and a premium felt ensures their use can be universal, whether your a budding tennis player or a pet owner." (Direct quote from Amazon.com) |
| Velcro | Velcro | N/A | Self-adhesive strips and wraps; used to secure smart devices. |
| Yoga Block 2 Pack – 2 High Density Light Weight Exercise Blocks 4 x 6 x 9 Inches Support All Poses – Lightweight Versatile Fitness and Balance Odor Free Bricks (Note: 6 blocks are needed for Dual Task Screen) | Amazon | N/A | "These blocks are made from recycled high density EVA foam and provide firm support in a wide range of different yoga poses. This will improve your posture and you can stay in challenging poses for longer." (Direct quote from Amazon.com) |
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Referenzen
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