إجراء تصوير كهربي متزامن وتسجيلات تصوير مطيافة وظيفية بالقرب من الأشعة تحت الحمراء مع مهمة فلانكر

تهدف هذه الدراسة إلى تطوير بروتوكول عمل للكشف عن نمط التنشيط العصبي الذي تقوم عليه مهمة Flanker باستخدام تقنيات EEG وfNIRS المنصهرة. ومن المثير للاهتمام أن تسجيلات fNIRS-EEG المتزامنة تسمح بتفتيش العلاقة بين الإشارات الهيموديناميكية في قشرة الجبهية ومختلف المكونات المحتملة المرتبطة بالحدث (ERP) في الدماغ بأكمله المرتبط بمهمة Flanker.

إن دمج مختلف طرائق التصوير العصبي غير الباضعة بما في ذلك التحليل الطيفي الوظيفي شبه بالأشعة تحت الحمراء (fNIRS) ، وتصوير الدماغ الكهربائي (EEG) ، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) أمر ضروري لتحسين فهم أين ومتى تجري معالجة المعلومات في الدماغ^1،2،3. بالإضافة إلى ذلك، هناك إمكانية للجمع بين fNIRS وEEG لدراسة العلاقة بين النشاط العصبي المحلي والتغيرات اللاحقة في الاستجابات الهيموديناميكية، حيث يمكن أن تكون EEG و fNIRS مكملة في الكشف عن الآلية العصبية للوظيفة المعرفية للدماغ البشري. fNIRS هو أسلوب التصوير العصبي الوظيفي القائم على الأوعية الدموية التي تعتمد على الاستجابات الهيموديناميكية لاستنتاج تنشيط الدماغ. يقيس fNIRS الأوكسيهيموجلوبين النسبي (HbO) وdeoxyhemoglobin (HbR) تغيرات التركيز في قشرة الدماغ ، والتي تلعب دورًا مهمًا في دراسة المعالجة المعرفية^{3،4،5،6،7}. وفقا لآلية اقتران الأوعية الدموية العصبية والأيضية العصبية⁸، يصاحب تغيير النشاط العصبي المحلي المرتبط بالمعالجة المعرفية بشكل عام تعديلات لاحقة في تدفق الدم المحلي والأكسجين في الدم مع تأخير 4-7 ثوان. ومن الواضح أن اقتران الأوعية الدموية العصبية هو على الأرجح محول السلطة، الذي يدمج ديناميات سريعة من النشاط العصبي في مدخلات الأوعية الدموية من الديناميكا الدموية بطيئة⁹. على وجه التحديد، يستخدم fNIRS في الغالب لفحص النشاط العصبي الوعائي في الفص الجبهي، وخاصة قشرة الجبهية المسؤولة عن الوظائف المعرفية العالية، مثل الوظائف التنفيذية^{10،,11،,12،}الاستدلال والتخطيط^13،صنع القرار^14،والإدراك الاجتماعي والحكم الأخلاقي¹⁵. ومع ذلك ، فإن الاستجابات الهيموديناميكية التي تقاس بfNIRS تلتقط النشاط العصبي بشكل غير مباشر فقط بدقة زمنية منخفضة ، في حين يمكن أن تقدم تخطيط كهربية الدماغ مقاييس دقيقة ومباشرة مؤقتًا للأنشطة العصبية. وبالتالي، فإن الجمع بين تسجيل تخطيط كهربية الدماغ وfNIRS يمكن أن يحدد المزيد من الميزات ويكشف عن المزيد من المعلومات المرتبطة بعمل الدماغ.

والأهم من ذلك، تم إجراء اقتناء متعددة الوسائط من EEG وإشارات fNIRS لفحص تنشيط الدماغ الكامنة وراء مختلف المهام المعرفية^16،17،^18،19،20^،,2121،22 أو واجهة الدماغ والكمبيوتر^23،24. وعلى وجه الخصوص، تم تنفيذ تسجيلات تخطيط موارد المؤسسات المتزامنة (الإمكانات المرتبطة بالحدث) وتسجيلات fNIRS استناداً إلى نموذج oddball السمعي المرتبط بالحدث¹، والذي يمكن فيه لـ fNIRS تحديد التغيرات الهيموديناميكية في القشرة الجبهية بعد عدة ثوان من ظهور مكون P300. كما أظهر هوروفيتز وآخرون القياسات المتزامنة لإشارات fNIRS ومكون P300 خلال مهمة معالجة دلالية²⁵. ومن المثير للاهتمام، أظهرت الدراسات السابقة القائمة على تسجيلات EEG وfNIRS المتزامنة أن P300 خلال محفزات oddball أظهرت ارتباطًا كبيرًا مع إشارات fNIRS²⁶. تم اكتشاف أن التدابير متعددة الوسائط لديها القدرة على الكشف عن الآلية العصبية المعرفية الشاملة القائمة على النموذج المرتبط بالحدث²⁶. وإلى جانب مهمة oddball ، فإن مهمة Flanker المرتبطة بمكون تخطيط موارد المؤسسات N200 هي أيضًا نموذج مهم ، والذي يمكن استخدامه للتحقيق في الكشف عن القدرة المعرفية وتقييمها مع عناصر تحكم صحية والمرضى الذين يعانون من اضطرابات مختلفة. على وجه التحديد، N200 كان عنصرا سلبيا أن قمم 200-350 مللي ثانية من القشرة الأمامية الأمامية الأمامية²⁷ والقشرة الزمنية متفوقة²⁸. على الرغم من أن الدراسات السابقة درست العلاقة بين القشرة الأمامية العليا والتذبذب ألفا في مهمة فلانكر²⁹، لم يتم استكشاف العلاقة بين سعة N200 والاستجابات الدموية أثناء مهمة Flanker.

في هذا البروتوكول، تم استخدام التصحيح EEG/fNIRS محلية الصنع على أساس غطاء EEG القياسي لتسجيلات EEG وfNIRS المتزامنة. وقد تحققت ترتيبات الأوبتودات/الأقطاب الكهربائية مع الدعم من خلال وضع الأوبوديس fNIRS المنصهرة في غطاء تخطيط كهربية الدماغ. تم تنفيذ عمليات الاستحواذ على بيانات EEG و fNIRS في وقت واحد بنفس مهام المحفزات التي تم إنشاؤها بواسطة برنامج E-prime. نحن نفترض أن مكونات تخطيط موارد المؤسسات المرتبطة بمهمة Flanker يمكن أن تظهر ارتباطًا كبيرًا مع الاستجابات الهيموديناميكية في قشرة الجبهية. وفي الوقت نفسه، يمكن لتسجيلات تخطيط موارد المؤسسات وfNIRS المدمجة استخراج مؤشرات إشارة متعددة لتحديد أنماط تنشيط الدماغ بدقة معززة. لاختبار الفرضية ، تم دمج إعداد fNIRS وآلة EEG للكشف عن آلية الإدراك العصبي المعقدة المقابلة لمهمة Flanker ذات الصلة بالحدث.