Funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano de las Regiones sensoriales y motoras del cerebro con simultánea cinemática y EMG Supervisión Durante las tareas motoras

Imágenes Neural durante las tareas funcionales se ha vuelto más portátil y rentable utilizando espectroscopia de infrarrojo cercano funcional no invasiva (fNIRS) para identificar áreas de actividad cerebral al medir la dinámica del flujo sanguíneo en la corteza. La portabilidad de fNIRS es especialmente útil en el estudio de las tareas verticales y funcionales tales como andar ^1, que no es posible con otras tecnologías como la resonancia magnética funcional (fMRI). Esta capacidad es fundamental en los campos de la neurología y la neurociencia, y podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los mecanismos subyacentes a los trastornos del movimiento en los niños y adultos con parálisis cerebral (PC) y otras enfermedades neurológicas que afectan el control motor. La comprensión de los mecanismos de mejora de la capacidad de diseñar intervenciones eficaces para orientar el origen de las deficiencias y limitaciones de la actividad.

Muchos fNIRS estudios de tareas motoras hasta la fecha han estado con una población sana de adultos donde parteicipants son instruidos para realizar una tarea determinada y seguimiento de la ejecución de tareas se limita a la inspección visual. Esto puede ser suficiente para aquellos con movimientos típicos y un alto nivel de compromiso, pero no es aceptable en el estudio de los participantes con trastornos del movimiento o para aquellos que tienen dificultades para asistir a una tarea durante largos períodos de tiempo, incluidos los niños con un desarrollo normal. A fin de informar el análisis de la activación cerebral en estos casos, se requiere una monitorización concurrente del patrón motor que realmente se completó.

Revisiones completas de sistemas fNIRS y usos se han presentado en la literatura ^2-5 que guían el uso y ayudar a demostrar la precisión y sensibilidad de estos sistemas, pero los problemas técnicos de la recolección, procesamiento e interpretación de datos fNIRS todavía permanecen. El color y el grosor del cabello afecta a la calidad de la señal óptica, con el pelo oscuro y grueso más probable para bloquear o distorsionar transmi ópticasión ^3,6. Esto es especialmente relevante en el estudio de las áreas sensoriomotoras situados en la zona de la coronilla de la cabeza, donde la densidad de folículos de pelo es el más grande, y algunos estudios reportan que no responden ^6,7. El sistema internacional 10/20 bien establecido se puede utilizar para la colocación de los optodes, pero particularmente en el caso de aquellos con la anatomía del cerebro atípica, co-registro de ubicación optodo a MRI anatómica de un participante es muy útil si no es esencial para interpretar con precisión la resultados.

El uso de fNIRS para evaluar la activación cerebral en la lesión cerebral de inicio infantil es bastante reciente, pero ganando terreno en la zona de unilateral ^6,8,9 parálisis cerebral. En consideración de los retos antes mencionados, este protocolo combina fNIRS, captura de movimiento, y (EMG) monitoreo electromiográfico durante una serie de tareas, incluidas las tareas de una sola articulación simples así como más complejos movimientos de todo el cuerpo. Orientación visual y auditivo nosotros esed para mejorar el rendimiento y la atención de tareas a través de múltiples edades de los participantes. El objetivo del protocolo es para identificar las diferencias en los patrones de activación cerebral en las personas con lesión cerebral inicio en la infancia unilateral y bilateral en comparación con aquellos que están desarrollando normalmente. Exploramos un movimiento de cuerpo completo (marcha), una de las extremidades inferiores movimiento multi-articular bilateral (ciclismo), y dos movimientos de una sola articulación unilaterales (aislado dorsiflexión del tobillo, y aislado mano apretando) para ilustrar la variedad de aplicaciones de los métodos. Lo mismo o un protocolo muy similar podría usarse para estudiar otros trastornos sensoriales o de movimiento u otras tareas de interés.

De onda continua cerca de la luz infrarroja se emite y se detecta en 690 nm y 830 nm sobre las cortezas sensoriomotoras utilizando el sistema de fNIRS a una velocidad de 50 Hz, con una configuración de fuente-detector de diseño personalizado. EMG datos se recogieron de forma inalámbrica a una frecuencia de 1000 Hz. Marcadores reflectante ubicaciones 3-D fueronrecogida por un sistema óptico de captura de movimiento a una velocidad de 100 Hz. Dos equipos diferentes manejan la adquisición de datos, una para los fNIRS y otro para la captura de movimiento y EMG. Los datos se sincronizan mediante un impulso de disparo de un tercer equipo que se corresponde con una pulsación de botón para iniciar la animación de instrucción para cada tarea. Para todas las tareas excepto la marcha, animaciones educativos fueron diseñados para estandarizar el rendimiento de los participantes utilizando una guía visual del ritmo de una tarea (1 Hz), representada por un salto de la historieta animal o patadas, así como una señal auditiva.