Funktionale Nahinfrarotspektroskopie der die sensorischen und motorischen Hirnregionen mit Simultaneous kinematische und EMG-Überwachung Während Motor Aufgaben

Neuronale Bildgebung während funktionale Aufgaben geworden tragbar und kostengünstig unter Verwendung von nicht-invasiven funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) auf Bereiche der Gehirnaktivität durch Messen von Blutströmungsdynamik an der Hirnrinde zu identifizieren. Die Tragbarkeit fNIRS ist besonders nützlich bei der Untersuchung der aufrechten und funktionellen Aufgaben wie Gang ^1, das nicht mit anderen Techniken möglich, wie funktionelle Kernspintomographie (fMRI). Diese Fähigkeit ist wichtig, auf dem Gebiet der Neurologie und Neurowissenschaften, und konnten neue Erkenntnisse über Mechanismen, die Bewegungsstörungen bei Kindern und Erwachsenen mit Zerebralparese (CP) und anderen neurologischen Bedingungen, die Motorsteuerung zu schaffen. Das Verständnis Mechanismen verbessert die Fähigkeit, wirksame Maßnahmen, um die Quelle von Wertberichtigungen und Aktivitätseinschränkungen Ziel zu entwerfen.

Viele fNIRS Studium der motorischen Aufgaben bis heute mit einer gesunden Population von Erwachsenen, wo ein Teil gewesenicipants werden angewiesen, eine bestimmte Aufgabe und die Überwachung der Ausführung der Aufgaben wird einer Sichtprüfung begrenzt durchzuführen. Dies kann ausreichend für die mit typischen Bewegungen und hoher Eingriff sein, ist aber nicht akzeptabel, wenn das Studium Teilnehmern Bewegungsstörungen oder diejenigen, die Schwierigkeiten Teilnahme an einer Aufgabe für längere Zeiträume, typischerweise einschließlich Entwicklungs Kinder haben. Um die Analyse der Hirnaktivität in diesen Fällen zu informieren, ist die gleichzeitige Überwachung der motorischen Muster, das tatsächlich abgeschlossen ist erforderlich.

Umfassende Bewertungen fNIRS Systeme und Gebräuche wurden in der Literatur ^5.2, die Nutzung führen und dazu beitragen, die Genauigkeit und Empfindlichkeit dieser Systeme, aber technische Probleme bei der Erhebung, Verarbeitung und Interpretation von Daten fNIRS immer noch zeigen, vorgestellt. Farbe und Dicke der Haare beeinflussen die Qualität des optischen Signals, mit dunklem dickes Haar am ehesten zu blockieren oder zu verfälschen optische Durchlichtssion ^3,6. Dies ist besonders relevant, wenn das Studium der sensomotorischen Bereichen auf dem Kronenbereich des Kopfes, wo Haarfollikel Dichte ist die größte befindet, und einige Studien berichten Non-Responder ^6,7. Die bewährte Internationale 10/20 System kann für die Platzierung der Optoden verwendet werden, aber vor allem im Fall von denen, die mit atypischen Hirnanatomie, Co-Registrierung von Optode Lage anatomischer MRI eines Teilnehmers ist sehr nützlich, wenn nicht unerlässlich, genau zu deuten die Ergebnisse.

Die Verwendung von fNIRS um Gehirnaktivierung in der Kindheit beginnHirnVerletzung zu beurteilen ist ziemlich neu, aber an Zugkraft gewinnen im Bereich der einseitigen Zerebralparese ^6,8,9. Unter Berücksichtigung der oben genannten Herausforderungen, dieses Protokoll verbindet fNIRS, film, und Elektromyographie (EMG) Überwachung während einer Reihe von Aufgaben, einschließlich der einfachen Single-Joint-Aufgaben sowie komplexer Ganzkörper-Bewegungen. Visuellen und auditiven Führung ist unsed, um die Aufmerksamkeit und die Aufgabenerfüllung in mehreren Altersstufen der Teilnehmer zu verbessern. Ziel des Protokolls ist es, Unterschiede in der Hirnaktivierungsmuster bei Patienten mit uni- und bilaterale Kindheit einsetzende Hirnverletzung im Vergleich zu denen, die in der Regel der Entwicklung zu identifizieren. Wir erkunden eine Ganzkörper-Bewegung (Gang), ein bilaterales unteren Extremität Mehrgelenkbewegung (Radfahren) und zwei einseitige Single-Joint-Bewegungen (isolated Knöcheldorsalflexion und isolierten Hand Quetschen), um die Vielzahl von Anwendungen der Verfahren zu veranschaulichen. Das gleiche oder ein sehr ähnliches Protokoll verwendet werden, um andere sensorische oder Bewegungsstörungen oder andere Aufgaben von Interesse zu untersuchen.

Dauerstrich- Nahinfrarotlicht emittiert wurde und bei 690 nm und 830 nm in den sensomotorischen Kortex mit der fNIRS System bei einer Rate von 50 Hz erfaßt wird, unter Verwendung eines kundenspezifischen Quellen-Detektor-Konfiguration. EMG-Daten wurden drahtlos mit einer Frequenz von 1.000 Hz gesammelt. Reflektierende Marker 3-D-Standorten warendurch eine optische Bewegungserfassungssystem mit einer Rate von 100 Hz gesammelt. Zwei verschiedenen Computern abgewickelt Datenerfassung, eine für die fNIRS und eine andere für die Motion-Capture-und EMG. Die Daten wurden mit Hilfe eines Triggerimpulses von einem dritten Computer, der mit einer Maustaste drücken entspricht die Unterrichts Animation für jede Aufgabe beginnen synchronisiert. Für alle Aufgaben außer Gang, wurden Lehr Animationen entwickelt, um die Leistung zu standardisieren Teilnehmer mit visuellen Führung der Schritt einer Aufgabe (1 Hz), von einem Cartoon Tier Springen oder Treten sowie einen Gehör Cue dargestellt.