Нейровизуализационных поле методы, с помощью функциональных вблизи нейровизуализации инфракрасной спектроскопии (НДО) для изучения развития глобальных ребенка: сельских районах Африки к югу от Сахары
Summary
Портативный нейровизуализации подходы (функциональные вблизи инфракрасной спектроскопии) предоставление авансов для исследования мозга в ранее недоступных районах; Здесь сельских Кот д ‘ Ивуар. Инновации в методы и разработки культурно приемлемые нейровизуализации протоколов позволяет Роман исследование развития мозга и результатов обучения детей в средах с значительным бедности и невзгоды.
Abstract
Портативный нейровизуализации подходы обеспечивают новые достижения для изучения функции мозга и развития мозга с ранее недоступных населением и в отдаленных районах. Этот документ показывает развитие области функциональных вблизи инфракрасной спектроскопии (fNIRS) изображений для изучения ребенка язык, чтение и умственного развития в условиях сельской местности Кот-д ‘ Ивуара. Инновации в методы и разработки учитывающих нейровизуализации протоколов позволяют взглянуть впервые в развитие мозга и результатов обучения детей в средах с изученными. Этот документ демонстрирует протоколы для транспортировки и настройка мобильной лаборатории, обсуждает соображения для поля против лаборатории нейровизуализации, и представляет руководство для разработки нейровизуализации согласия процедуры и здание значимых долгосрочных сотрудничество с местными партнерами правительства и науки. Портативный нейровизуализационных методов может использоваться для изучения сложных детского развития контекстах, включая влияние существенных нищеты и невзгоды на развитие мозга. Представленные здесь протокол был разработан для использования в Кот д ‘ Ивуаре, в мире основным источником какао, и где доклады детского труда в секторе какао являются общими. Тем не менее мало что известно о последствиях детского труда на развитие мозга и обучения. Методы нейровизуализации поля имеют потенциал, чтобы дать новому взглянуть на такие актуальные вопросы и развития детей во всем мире.
Introduction
Портативный fNIRS изображений обеспечивает возможность изучить функции мозга и развития за пределами лаборатории, в ранее недоступных параметров или с изученными населением. Значительная часть знаний в области когнитивной нейронауки приходит от imaging исследования, проведенные в университете или больницу лабораторных параметрах, в преимущественно западных стран. Дизайн, это способствует редко говорят от проблемы в исследованиях: многое из того, что известно о мозге основывается на исследованиях с участниками, для которых доступны параметры лаборатория (в основном) западных стран. То есть большинство нейровизуализационных исследований включает в себя участников, которые живут в разумной близости от нейровизуализации лабораторию и иметь время и ресурсы, необходимые для участия в исследовании. Как дисциплина, когнитивной нейронауки стремится понять мозг и факторов, влияющих на его развитие, включая мощные эффекты ребенка окружающей среды и их ранней жизни опыт1,2,3. Методы, поля потенциала для изучения развития в полнее спектр человеческого опыта может резко глубокого понимания сложного отношения между развития мозга и жизненного опыта, которые его формируют.
Этот документ представляет собой протокол для нейровизуализации поле, который был разработан для использования в сельских районах к югу от Сахары Африке, специально юге Кот-д ‘. Цель этой области нейровизуализационных исследований программы было понять развитие чтения детей в среде с высокой степенью риска неграмотности. Кот д ‘ Ивуар показатель грамотности молодежи (15-24 лет) составляет 53%, несмотря на 93% начальной школе зачисления валют4. Кот д ‘ Ивуар является основным источником какао в мире, и есть примерно 1,3 миллиона детей рабочих в какао сельскохозяйственного сектора5. Тем не менее мало что известно о последствиях детского труда на развитие мозга и обучения, специально учиться читать. Применяя новейшие инструменты когнитивной нейробиологии, т.е. портативный нейровизуализационных методов, может дать ценные сведения результатов обучения детей. Например поле нейровизуализации с fNIRS можно разрешить определение неврологического периодов, в течение которого целевых образовательных программ или вмешательства могут оказать максимальное воздействие на результаты обучения детей.
нейровизуализационных fNIRS хорошо подходит для полевых исследований. Аналогично функциональной магнитно-резонансная томография (МРТ), fNIRS меры мозга гемодинамики ответ6. Однако fNIRS использует серию света излучающих свет детекторов и optodes вместо генерации электромагнитных полей. Есть никаких ограничений на металл в или вблизи полигона, и без электрического экранирования является необходимым, как и в случае для электроэнцефалографии (ЭЭГ). Основным преимуществом fNIRS является его переносимость (т.е., которую некоторые системы могут поместиться в чемодане) и простота использования. fNIRS также является простым в использовании с детьми; ребенка удобно устроившись в кресле во время эксперимента и fNIRS система допускает движение хорошо по сравнению с МР-томографию. По сравнению с МР-томографию, fNIRS также предоставляет отдельные меры венозная (HbR) и кислородом гемоглобина (HbO) во время записи, по сравнению с МР-томографию, который дает комбинированных кровь кислорода уровень плотности (BOLD) меры. fNIRS имеет улучшенный временное разрешение для МР-томографию: дискретизации может варьироваться между ~ 7-15 Гц. fNIRS имеет хорошее пространственное разрешение: fNIRS глубина записи в коре человека меньше, чем МР-томографию, около 3-4 см в глубину, которая хорошо подходит для изучения корковых функций, особенно с младенцев и детей, которые имеют тоньше черепа чем взрослые3,,78,9,10.
Этот протокол нейровизуализации поле излагаются соображения для путешествий с и установка лаборатории портативный нейровизуализации в условиях ограниченности ресурсов. Протокол также подчеркивается основополагающий характер конструктивного и долгосрочного сотрудничества с партнерами местных науки и пути, в которой этот подход служит для создания потенциала местных науки. Нейровизуализационных протокол для сбора и анализа данных fNIRS мозга от батареи языка, чтение и когнитивных задач, проявляется, включая рекомендации для создания учитывающих осознанного согласия процедур для визуализации научных исследований. Хотя этот протокол предназначен для познавательного развития исследований с начальной школы в возрасте дети в сельских районах Кот д ‘ Ивуаре, протокол весьма актуальное значение для любого поля нейровизуализации исследования в условиях сложной, ограниченности ресурсов и может быть адаптирована для Роман контексты.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот документ представлен протокол нейровизуализации поле подходит для контекстов нехватки в отдаленных районах. Ключевые продвижение этой области нейровизуализации протокола является впервые возможность изучить функции мозга и его развитие в исследованных (или никогда-перед изуч?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование стало возможным благодаря Джейкобс фонд ранней карьеры стипендий до K. Jasinska (число стипендий: 2015 118455). Авторы также хотели бы выразить Axel Blahoua, Фабрис Тано, Ariane Амон, Брис Кенга и Иветт Foto за их помощь в сборе данных и полевой поддержки. Особая благодарность семьям и детям, Moapé, Ananguié, Affery и Becouefin за их участие в этой исследовательской программы и теплое гостеприимство деревни.
Materials
| LIGHTNIRS Main Unit Pack 120V | Shimadzu | 292-34000-42 | Component of the fNIRS system |
| HOLDER ASSY, ALL- CAP | Shimadzu | 594-07618-01 | Component of the fNIRS system |
| LIGHTNIRS connection cable | Shimadzu | 567-10976-11 | fNIRS system component |
| Fiber set for LIGHTNIRS, 1m (8 sets) | Shimadzu | 567-11350-01 | fNIRS system component |
| Dell Latitude Laptop | Shimadzu (from Dell) | 220-97322-00 | Master computer to run fNIRS applications |
| PATRIOT SEU (System Electronics Unit) | POLHEMUS | 1A0453-001 | PATRIOT System component |
| Power Supply | POLHEMUS | 2C0809 | PATRIOT System component |
| Power Supply cord | POLHEMUS | 17500B-BLK | PATRIOT System component |
| RS-232 null modem cable | POLHEMUS | 1C0288 | PATRIOT System component |
| USB cable | POLHEMUS | 1C0289 | PATRIOT System component |
| RX2 Sensor 10' cable | POLHEMUS | 4A0492-20 | PATRIOT System component |
| TX2 Source 10' cable | POLHEMUS | 4A0506-20 | PATRIOT System component |
References
- Dawson, G., Ashman, S. B., Carver, L. J. The role of early experience in shaping behavioral and brain development and its implications for social policy. Dev Psychopathol. 12 (4), 695-712 (2000).
- Blair, C., Raver, C. C. Poverty, Stress, and Brain Development: New Directions for Prevention and Intervention. Acad Pediatr. 16 (3 Suppl), S30-S36 (2016).
- Jasińska, K. K., Petitto, L. A. How age of bilingual exposure can change the neural systems for language in the developing brain: A functional near infrared spectroscopy investigation of syntactic processing in monolingual and bilingual children. Dev Cogn Neurosci. 6c, 87-101 (2013).
- Statistics, U. I. f. . Côte d’Ivoire. , (2017).
- University, T. . 2013/14 Survey Research on Child Labor in West African Cocoa Growing Areas. , (2015).
- Cui, X., Bray, S., Bryant, D. M., Glover, G. H., Reiss, A. L. A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks. Neuroimage. 54 (4), 2808-2821 (2011).
- Quaresima, V., Bisconti, S., Ferrari, M. A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults. Brain Lang. 121 (2), 79-89 (2012).
- Jasińska, K. K., Berens, M. S., Kovelman, I., Petitto, L. A. Bilingualism yields language-specific plasticity in left hemisphere’s circuitry for learning to read in young children. Neuropsychologia. 98, 34-45 (2016).
- Jasińska, K. K., Petitto, L. A. Development of neural systems for reading in the monolingual and bilingual brain: new insights from functional near infrared spectroscopy neuroimaging. Dev Neuropsychol. 39 (6), 421-439 (2014).
- Petitto, L., et al. The “Perceptual Wedge Hypothesis” as the basis for bilingual babies’ phonetic processing advantage: new insights from fNIRS brain imaging. Brain Lang. 121 (2), 130-143 (2012).
- Jasper, H. H. Report of the Committee on Methods of Clinical Examination in Electroencephalography. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 10 (2), 370-371 (1958).
- Shalinsky, M. H., Kovelman, I., Berens, M. S., Petitto, L. A. Exploring Cognitive Functions in Babies, Children & Adults with Near Infrared Spectroscopy. Journal of visualized experiments. (29), (2009).
- Tadel, F., Baillet, S., Mosher, J. C., Pantazis, D., Leahy, R. M. Brainstorm: a user-friendly application for MEG/EEG analysis. Comput Intell Neurosci. 2011, 879716 (2011).
- Tak, S., Ye, J. C. Statistical analysis of fNIRS data: A comprehensive review. Neuroimage. 85, Part 1, 72-91 (2014).
- Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. NIRS-SPM: statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy. Neuroimage. 44 (2), 428-447 (2009).
- Huppert, T. J. T. J., Diamond, S. G. S. G., Franceschini, M. A. M. A., Boas, D. A. D. A. HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain. Appl Opt. 48 (10), D280-D298 (2009).
- Huppert, T. J. Commentary on the statistical properties of noise and its implication on general linear models in functional near-infrared spectroscopy. Neurophotonics. 3 (1), 010401 (2016).
- Rosso, A. L., et al. Neuroimaging of an attention demanding dual-task during dynamic postural control. Gait Posture. 57, 193-198 (2017).
- Jang, K. E. K. E., et al. Wavelet minimum description length detrending for near-infrared spectroscopy. Journal of Biomedical Optics. 14 (3), 034004-034004 (2009).
- Worsley, K. J., Friston, K. J. Analysis of fMRI time-series revisited–again. Neuroimage. 2 (3), 173-181 (1995).
- Friston, K. J., Josephs, O., Rees, G., Turner, R. Nonlinear event-related responses in fMRI. Magn Reson Med. 39 (1), 41-52 (1998).
- Sun, J. Y. Tail Probabilities of the Maxima of Gaussain Random-Fields. The Annals of Probability. 21 (1), 34-71 (1993).
- Sun, J. Y., Loader, C. R. Simultaneous Confidence Bands for Linear-Regression and Smoothing. The Annals of Statistics. 22 (3), 1328-1345 (1994).
- Molfese, P. J., Glen, D., Mesite, L., Pugh, K., Cox, R. . Organization of Human Brain Mapping. , (2015).
- Singh, A. K., Okamoto, M., Dan, H., Jurcak, V., Dan, I. Spatial registration of multichannel multi-subject fNIRS data to MNI space without MRI. Neuroimage. 27 (4), 842-851 (2005).
- Krosin, M. T., Klitzman, R., Levin, B., Cheng, J., Ranney, M. L. Problems in comprehension of informed consent in rural and peri-urban Mali, West Africa. Clinical Trials. 3, (2006).
- Leach, A. An evaluation of the informed consent procedure used during a trial of a Haemophilus influenzae type B conjugate vaccine undertaken in The Gambia, West Africa. Soc Sci Med. 48, (1999).
- Molyneux, C. S., Peshu, N., Marsh, K. Understanding of informed consent in a low-income setting: three case studies from the Kenyan Coast. Soc Sci Med. 59, (2004).
- Oduro, A. R. Understanding and retention of the informed consent process among parents in rural northern Ghana. BMC Med Ethics. 9 (1), 1-9 (2008).
- Tindana, P. O., Kass, N., Akweongo, P. The Informed Consent Process in a Rural African Setting:: A Case Study of the Kassena-Nankana District of Northern Ghana. IRB. 28 (3), 1-6 (2006).
- Lloyd-Fox, S., et al. fNIRS in Africa & Asia: an Objective Measure of Cognitive Development for Global Health Settings. The FASEB Journal. 30 (1 Supplement), (2016).
- Storrs, C. . Nature News. , (2018).
- Lloyd-Fox, S., et al. Functional near infrared spectroscopy (fNIRS) to assess cognitive function in infants in rural Africa. Sci Rep. 4, 4740 (2014).
- Papademetriou, M. D., et al. Optical imaging of brain activation in Gambian infants. Adv Exp Med Biol. 812, 263-269 (2014).
