Près fonctionnelle spectroscopie infrarouge des régions sensorielles et motrices cérébrales avec simultanée cinématique et EMG surveillance Pendant tâches motrices

Imagerie neuronale au cours de tâches fonctionnelles est devenu plus portable et rentable en utilisant la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle non invasive (fNIRS) d'identifier les domaines de l'activité cérébrale en mesurant la dynamique de la circulation sanguine au niveau du cortex. La portabilité des fNIRS est particulièrement utile dans l'étude des tâches verticaux et fonctionnels tels que la marche ^1, qui ne est pas possible avec d'autres technologies comme l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Cette capacité est essentielle dans les domaines de la neurologie et de neurosciences, et pourrait apporter de nouveaux éclairages sur les mécanismes sous-jacents des troubles du mouvement chez les enfants et les adultes atteints de paralysie cérébrale (CP) et d'autres conditions neurologiques affectant le contrôle du moteur. Comprendre les mécanismes améliore la capacité de concevoir des interventions efficaces pour cibler la source de déficiences et des limitations d'activité.

Beaucoup fNIRS études de tâches motrices à ce jour ont été avec une population en bonne santé chez les adultes, de la pièceicipants sont chargés d'effectuer une certaine tâche et le suivi de l'exécution des tâches est limitée à une inspection visuelle. Cela peut être suffisante pour ceux avec des mouvements typiques et un niveau élevé d'engagement, mais ne est pas acceptable lorsque l'on étudie les participants souffrant de troubles moteurs ou ceux qui ont des difficultés à assister à une tâche pendant de longues périodes de temps, y compris les enfants au développement normal. Afin d'informer l'analyse de l'activation du cerveau dans ces cas, la surveillance simultanée de la configuration de moteur qui est effectivement achevée est nécessaire.

Des examens complets de fNIRS systèmes et usages ont été présentés dans la littérature ^2-5 qui guident l'utilisation et aider à démontrer la précision et la sensibilité de ces systèmes, mais les problèmes techniques dans la collecte, le traitement et l'interprétation des données fNIRS demeurent. La couleur et l'épaisseur des cheveux affectent la qualité du signal optique, avec les cheveux épais sombre plus susceptibles de bloquer ou de fausser Transmi optiquession ^3,6. Ceci est particulièrement pertinent lorsque l'on étudie les zones sensori-moteurs situées sur la zone de la couronne de la tête où la densité de follicule pileux est le plus grand, et certaines études rapport de non-répondeurs ^6,7. L'international 10/20 système bien établi peut être utilisé pour le placement des optodes, mais en particulier dans le cas de ceux qui atypique l'anatomie du cerveau, de co-enregistrement de l'emplacement de l'IRM anatomique optode d'un participant est très utile sinon indispensable d'interpréter avec précision la résultats.

L'utilisation de fNIRS pour évaluer l'activation du cerveau des blessures du cerveau débutant dans l'enfance est assez récente, mais gagne du terrain dans le domaine de unilatérale ^6,8,9 paralysie cérébrale. Compte tenu des défis susmentionnés, ce protocole combine fNIRS, capture de mouvement, et électromyographique (EMG) surveillance pendant un certain nombre de tâches, y compris les tâches mono-articulaires simples ainsi que les motions pleine de corps plus complexes. Guidage visuel et auditif, ce est noused pour améliorer l'attention et la tâche rendement dans plusieurs âges des participants. L'objectif du protocole est d'identifier les différences dans les modes d'activation du cerveau chez les personnes atteintes de lésions cérébrales à début précoce unilatérale et bilatérale par rapport à ceux qui sont généralement développe. Nous explorons un mouvement complet du corps (de la démarche), une extrémité inférieure mouvement multi-joint bilatérale (cyclisme), et deux mouvements mono-articulaires unilatérales (isolé dorsiflexion de la cheville, et de compression de la main isolé) pour illustrer la variété des applications des méthodes. Le même ou un protocole très similaire pourrait être utilisée pour étudier d'autres troubles sensoriels ou de mouvement ou d'autres tâches d'intérêt.

Onde continue lumière proche infrarouge a été émis et détecté à 690 nm et 830 nm sur les cortex sensori-moteurs utilisant le système fNIRS à un taux de 50 Hz, en utilisant une configuration personnalisée conçue source-détecteur. EMG données ont été recueillies sans fil à une fréquence de 1000 Hz. Marqueurs réfléchissants positions en 3D étaientrecueillie par un système de capture de mouvement optique à une vitesse de 100 Hz. Deux ordinateurs différents traités acquisition de données, une pour les fNIRS et un autre pour la capture de mouvement et EMG. Les données ont été synchronisées en utilisant une impulsion de déclenchement d'un troisième ordinateur qui correspond à une pression sur le bouton de la souris pour lancer l'animation pédagogique pour chaque tâche. Pour toutes les tâches, sauf la marche, animations pédagogiques ont été conçus pour normaliser les performances des participants en utilisant un guidage visuel du rythme d'une tâche (1 Hz), représentée par un saut de bande dessinée animale ou de pied, ainsi que d'un signal auditif.