運動課題中に同時キネマとEMGの監視と感覚運動の脳領域の機能的近赤外分光法

機能タスク中の神経イメージングは​​、皮質における血流動態を測定することにより、脳活動の領域を特定するための非侵襲的な機能的近赤外分光法（fNIRS）を使用して、よりポータブルかつコスト効率となっている。 fNIRSの移植性は、そのような機能的磁気共鳴画像法（fMRI）などの他の技術では不可能である歩行^1、のように直立し、機能タスクの研究に特に有用である。この機能は、神経学と神経科学の分野で重要であり、脳性麻痺（CP）とモータ制御に影響を与える他の神経学的状態の小児および成人における運動障害のメカニズムに新たな洞察を提供することができます。メカニズムを理解することは、減損および活動の制限のソースをターゲットに効果的な介入を設計する能力を向上させます。

運動課題の多くは、fNIRS研究は、これまでに成人の健常者集団の一部とされているicipantsは、特定のタスクとタスクパフォ​​ーマンスの監視は目視検査に限定さを指示している。これは典型的な動きやエンゲージメントの高いレベルとのそれらのための十分であるが、運動障害や困難一般的に発展途上の子供たちを含め、長期間、タスクへの出席を持っている人と、参加を検討する際には受け入れられないことができます。これらの場合の脳の活性化の分析を知らせるために、実際に完了した運動パターンの同時監視が必要である。

fNIRSシステムや使用法の包括的なレビューは、使用を導き、これらのシステムの精度と感度を証明するために役立つことが文献^2-5に提示されているが、fNIRSデータの収集、処理および解釈の技術的な問題がまだ残っている。髪の色や太さは、光transmiをブロックまたは歪める可能性が最も高い濃い太い毛で、光信号の品質に影響を与えるssion ^3,6。毛包密度が最大である頭頂部領域に位置する感覚運動領域を研究する場合に特に関連し、そしていくつかの研究は、非応答者^6,7を報告している。十分に確立された国際10/20システムがオプトードの配置のために使用することができますが、必須ではないが、正確に解釈するようにした場合、特に非定型脳解剖学のものの場合には、参加者の解剖学的MRIのオプトードの場所の同時登録が非常に便利です結果。

小児期発症脳損傷で脳の活性化を評価するためのfNIRSの使用はかなり最近のことであるが、一方的な脳性麻痺^6,8,9の領域に勢いを増し。上記の課題を考慮して、このプロトコルは、単純な単一の関節のタスクだけでなく、より複雑な全身運動を含むタスクの数、中fNIRS、モーションキャプチャ、および筋電図（EMG）監視を組み合わせた。視覚と聴覚のガイダンスは私たちです参加者の複数の経年注意、タスクのパフォーマンスを改善するために編プロトコルの目標は、一般的に開発している人たちに比べて一方的及び二国間の小児期発症脳損傷を持つもので脳活性化パターンの違いを識別することである。私たちは、メソッドのさまざまなアプリケーションを説明するために、完全な身体の動き（歩行）、二国間の下肢の多関節運動（サイクリング）、および2つの一方的なシングルの関節の動き（分離足首背屈、及び孤立した手のスクイズ）を探る。同じまたは非常に類似したプロトコルは、他の感覚や運動障害または関心のある他のタスクを研究するために使用することができた。

近赤外光の連続波は、カスタム設計された光源 – 検出器構成を使用して、50Hzの速度でfNIRSシステムを用いた感覚運動皮質の上に690 nmおよび830 nmで放射され、検出された。 EMGデータは、1000ヘルツの周波数で無線で収集した。反射マーカの3次元位置であった100Hzの速度で、光学式モーションキャプチャシステムによって収集された。 2つの異なるコンピュータは、データ収集、fNIRS用とモーションキャプチャとEMGのために別のものを取り扱う。データは、各タスクの教育アニメーションを開始するには、マウスボタンプレスに対応する第3のコンピュータからトリガパルスを使用して同期された。歩行以外のすべてのタスクについては、教育アニメーションは漫画の動物のジャンプやキックだけでなく、聴覚信号によって表されるタスク（1ヘルツ）、のペースの視覚的なガイダンスを使用して参加者のパフォーマンスを標準化するために設計されました。