Bu çalışma, Avustralya Araştırma Konseyi Bağlantı Altyapı Ekipmanları ve Tesisleri Hibe LEO668421 ve Avustralya Araştırma Konseyi Bağlantı Projesi Hibe LP0669471 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, Teknoloji ve Yokogawa Electric Corporation Kanazawa Enstitüsü işbirliği minnetle KIT-Macquarie Beyin Araştırmaları Laboratuvarı kurulması kabul etmiş sayılırsınız.

Bu kurallar, ekipman ve manyetoensefalografi (MEG) kullanarak okulöncesi bilişsel beyin fonksiyonu ölçmek için prosedürler açıklanmaktadır. İlk olarak, genel kurallar ve sorunlar çocuklarda bilişsel işlev deneysel testler yaparken dikkate alınmalıdır tartışıyorlar. İkincisi, dört yaşındaki çocuklar, motivasyon ve davranışsal kapasiteleri ile MEG veri toplama gereksinimlerini hizalamak için geliştirilen bir protokoldür açıklar. 1. MEG ile küçük çocukların eğitimi için Genel hususlar MEG araştırmacılar, uyanık sağlıklı çocuklar ile çalışırken, benzersiz zorlukların bir dizi yüz. Birincisi, yalın ve işlevsel bir laboratuvar ortamında, genç çocukları korkutmak ya da korkutmak için muhtemeldir. İkincisi, hareket kısıtlanması, deneysel bir MEG çalışmanın temel gereksinimleri içerir ve birçok yetişkin aktif sıkıcı ve rahatsız edici buluyorum, uzun bir süre için bir görev koşulları katılıyor. Çocuk eğitim çocukların kapasitelerini ve sınırlamalar deneysel prosedürleri uyarlamak için önem kazanmaktadır. Bu bölümde, veri toplama oturumuna katılmak üzere konu hazırlanmasında yer alan ilk adımları açıklar. 1.1 konularda bilgilendirilme / Eğitim Oturum: Okul öncesi çocuklar için bir alışma / eğitim oturumu öncesinde gerçek veri toplama oturumuna planlanıyor. Bu oturumda, kendi hızlarında çevre ve araştırmacılar ile çocuk sahibi olmak için izin verir. Biz araştırmacılar, çocuk ve ebeveyn tanıtmak ve laboratuar çevresi ve rutinleri onları tanımak için. Tanıtım oturumun sonuna kadar üst ve alt katılımcı olarak yer alan tüm adımları anlamak ve veri kayıt sırasında beklemek gerektiğini anlamak. Ilk ziyaret sırasında, bir çocuğun çekingen ya da endişeli görünürse daha rahat hissedene kadar, biz bir süre çalma süresi var. Sonra, biz tüm adımları tanıtılması ile devam edin. Çevre açıklanması 1.2: MEG ortamda çocuğa açıklamak için, çevresi için bir çocuk dostu bir gerekçe sağlayan bir tema istihdam etmektedir . Örneğin, MEG sistemi, bazı alışılmadık olaylar oluşabilir bir uzay macera çocukları almak için bekleyen bir uzay gemisi. Laboratuvarı duvar çıkartmaları ve oyuncaklar (Şekil 1) ile dekore edilmiş, ve özel bir oyun odası vardır. Çocuk konuşurken, biz çocuk &#39;marker-coil kap&#39; yerine &#39;en aza indirerek hareketi&#39; yerine &#39;dondurma&#39;, ve &#39;astronot kask&#39; gibi kolayca anlayabileceği bir dil kullanırım. 1.3 çocuk ve ebeveynler için prosedürlerin açıklanması: Biz çocuk ve ebeveyn çocuk manyetik korumalı odası (MSR) içinde gitmeden önce alınır adımları göstermektedir. Ilk adımlardan biri konu kafasını beş marker-coil kapağı sığacak şekilde; bu bobinler konu MEG kask içinde başın bir konumda olduğunu göstermektedir. Çocuk yardımı, biz dijitalleştirmek bir kukla kafa şekli, ve o zaman çocuk ve kukla MSR / uzay gemisi eşlik edecek ana davet ediyoruz. Sonra MSR içinde kukla kafası, biz bir film izlemek için kask içine yerleştirin. Kukla ile film izlemek istiyorum o çocuk isteyin. Çocuk, konforlu ve rahat ve ebeveynlerinin protokolleri memnun olduğunu, onlara uzay gemisi içinde bir oyun oynamak bizim laboratuvar ziyaret dahaki sefere davet ediyoruz. 1.4 Çalışma Kitapları: Biz çocukların test oturumu sırasında götürecek adımları göstermektedir uzay macera tema dayalı çalışma kitapları var. Çocuklar, ev almak ve bir sonraki ziyaret için hazırlık ebeveynleri ile çalışmak için bu worksbooks verilmiştir. Çalışma kitaplarının amacı, test etmek için üç temel gereksinimleri önemini vurgulamak için: a) MSR içinde herhangi bir demir malzeme kaçınma, b), doğru veri co-kayıt ve c sağlamak için işaretleyici bobin kap yerleştirme) ve sayısallaştırma ve veri toplama sırasında hareketsiz kalan önemi. 2. Okul öncesi eğitim çağındaki çocukların MEG sinyalleri ölçmek için bir protokol Veri toplama ve deneysel görev sırasında kullanılan 2.1 Ekipman Marker-coil kap: MEG veri konusu yapısal bilgiler (örneğin, MR ya da sayısallaştırılmış kafa şekli), bir dizi beş bobinler hizalamak için çocuk MEG kask içine giydiği bir yüzme kap konur . Bu bobinler, referans noktaları olarak hareket ve konumlarını konu kafası satın alma sırasında ne kadar taşındı ölçmek için görev öncesi ve sonrası karşılaştırılır. Sayısallaştırıcı: veri toplama önce, beş işaretleyici rulo ve bu konuda kafa şekli bir Polhemus F ile dijitalastrak ® sayısallaştırıcı (Colchester, VT). Sayısallaştırıcı bir kalem sayısallaştırıcı, üç adet alıcı, bir verici ve bir hareket izleme birimi oluşur. Bu süreç, bobinler konumunu ölçer. Daha sonra bu konumlardan elde edilen manyetik veri ve kafa şekli hizalamak için MEG ile elde edilen konum bilgileri karşı eşleştirilir. Çocuk MEG sistemi: Veri toplama bir bütün kafa çocuk MEG sistemi (KIT, Kanazawa, Japonya) kullanılarak yapılır [2]. Veri 0.03 Hz ve 200Hz arasında bir bant geçiren filtre ile 1000Hz bir örnekleme hızı sürekli olarak elde edilir. Marker bobin pozisyonları baş hareketleri ölçmek kayıt öncesi ve sonrasında elde edilir. Baş hareketi 5 mm&#39;den büyükse veri reddedilir. MEG sistemi çevre birimleri: Deneysel uyaranlara Sunum kullanarak bir PC ile kontrol edilir ® (nörodavranışsal Sistemleri, Albany, CA). Görsel girişleri MSR dışında oturur ve MSR ekrana yansıyan bir projektör ile teslim edilir. Etymotic Araştırma Modeli işitsel uyaranlar tarafından teslim edilir ER-30 bebek ölçekli köpük kulaklık (Etymotic Research Inc, Elk Grove Village, IL) ile donatılmış eklemek kulaklık. Çocuk kapalı devre kamera tarafından sürekli izlenir ve deneyci, bir mikrofon aracılığı ile çocuk ile iletişim kurar. 2.2 Veri toplama: Veri kayıt oturumları aşağıdaki aşamaları içerir: Evre I: çocuk gelişinden önce Tüm bilgisayar, yazılım ve donanımları, en kısa sürede çocuk geldiğinde deney başlamak için hazır olması önemlidir. Çocuk ve ebeveyn için genel bir tavsiye olarak, iki deneyimli araştırmacıların, laboratuvarda mevcut olmalıdır. Araştırmacı, ebeveyn ve çocuk arasında açık bir iletişim deneyinin başarısı için çok önemlidir. Evre II: çocuk geldiğinde sonra <ol><li> Onam Formları imzalanmış ve deneyciler ebeveynlerin sorunuz varsa kontrol edilir. </li><li> Çocuk, ilk toplantısında veya kitapçıklar tanıtılan tüm adımları hatırlar ve herhangi bir reintroduces hatırlamakla kalmayıp olduğunu, deneyci kontrol eder. Sayısallaştırma ve veri toplama sırasında hareket dondurma ya da en aza indirmek önemi vurgulandı. Bu bir kukla ile ortaya konabilir. </li><li> Daha sonra, çocuk (glitter yamaları giysi, takı, cepler içinde unutulmuş oyuncak, saç tokası, vb) her türlü demir malzeme taşıyan ise deneyci kontrol eder. Demir malzeme içeren bir parça giysi taşıyorsanız, MEG güvenli bir giysi ile bunları sağlamak. Ebeveyn çocuk deney sırasında eşlik edecek isterse, biz de demir malzeme çıkarmak emin olun. </li></ol> Evre III: çocuk MSR içindeki görevi gerçekleştirmek için hazırlanmak <ol><li> Deneyci 5 işaretleyici bobinleri tutan kap uyuyor. </li><li> Deneyci marker bobinleri konumu ve çocuğun kafa şekli kutula. Sabit bir pozisyonda başlarını korumak için, biz üç alıcıları ile monte edilmiştir boyun ayraç kullanın. Düzenli olarak iyi bir kafa şekli elde etmek için, hareket veya &#39;dondurma&#39; en aza indirmek fikrini pekiştirmek için önemlidir. Çocuk &#39;dondurma&#39; iyi bir iş yapmak için bir etiket ile ödüllendirilir olabilir. </li><li> Çocuk MSR girmek için davet edilir. Kulaklık eklenir ve çocuk yatar pozisyonda MEG Dewar kask konumlandırılmış. </li><li> Çocuk MEG kask içinde başlarını rahatça uzanarak sonra, marker bobinleri kendi güç ünitesine bağlı ve MSR kapı kapalı. Bir deneyci tüm oturumu sırasında oda (ve istenirse aynı zamanda bir ebeveyn,) kalır. </li><li> Kurulum sırasında ve veri toplama blokları arasındaki eğlence için, bir film ya da karikatür MSR arka projeksiyon ekranına yansıtılıyor olabilir. </li></ol> Evre IV: Deney <ol><li> MSR kapı kapandıktan sonra, squids yapan ve veri toplama başlar. </li><li> Çocuk bir film izler gibi, MEG sinyalleri sayısallaştırılmış kafa şekli coregistered olabilir emin olmak için bir coregistration ön test yapılır. Bu öntest MEG sistem tarafından gösterilen konumu ile sayısallaştırma sırasında elde edilen marker bobinler konumunu eşleşen oluşur. </li><li> Çocuğun kafası doğru kask içine yerleştirilmiş olan bu ilk testi gösterir sonra, araştırmacı deney başlatmak: (a) filmi sessiz olan; &quot;oyun oynamak&quot; için hazır olmaları durumunda (b) araştırmacı çocuk sorar; (c) Oyun başladığında, deneyci düzenli geribildirim çocuk sağlar. Örneğin, bir çocuk, cümleler bir dizi dinlemek için ve kısa sürede bunu duymak gibi, &#39;peynir&#39; gibi bir hedef kelimeyi tekrarlamak için istenebilir. Bu hedef kelimeleri yakalamak üç alt gömülüprob görev dikkati devam etti ama als son analizlerde dahil değildir. </li><li> Görevi tamamladıktan sonra, bir başka işaretleyici bobin ölçümü, baş konumu ve hareketini izlemek için yapılır. </li><li> Squids devreden sonra, MSR kapıyı açtı ve çocuk oyun odası, bunlar onların iyi bir iş için bir ödül seçebilirsiniz bir davet edilir. </li></ol> 3. Temsilcisi sonuçları Laboratuvarımızda bir temsilci çalışması, çocuğun dil mantık gelişimini incelemek için bu protokolü kullanılır. 3-4 yıl arası Yirmi altı çocukta (ortalama yaş 4 yıl 5 ay) en az bir satın alma oturumuna katıldı. Bu çocukların Seventeen ikinci bir test oturumu için döndü ve beş üçüncü bir test oturumu için geldi. Ortalama baş hareketi 5mm eşik içinde de daha az 3.7 mm (SD 3.1 mm), oldu. 5 mm&#39;den daha büyük Hareketleri varyasyon 5.5 mm den 15 mm (Ortalama = 8.6mm, sd = 2.5 mm) arasında değişen, oturumların% 4.5 oluştu. <img src="/files/ftp_upload/1693/1693fig1.jpg" alt="Şekil 1" /> Şekil 1 MSR ve MEG kask, çıkartmalar ve yumuşak oyuncaklar ile dekore edilmiştir . <img src="/files/ftp_upload/1693/1693fig2.jpg" alt="Şekil 2" /> Şekil 2 yetişkin ölçekli MEG (solda), dört yaşındaki bir kız . Başının üst kısmında hareket ve baş ve kask arasındaki mesafe en aza indirmek için dolgu unutmayın. Sağ resim çocuk MEG aynı kız gösterir.

<ol>
	<li>H&#228;m&#228;l&#228;inen, M., Hari, R., Ilmoniemi, R. J., Knuutila, J., Lounasmaa, O. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetoencephalography-+theory,+instrumentation,+and+applications+to+noninvasive+studies+of+the+working+human+brain.">Magnetoencephalography- theory, instrumentation, and applications to noninvasive studies of the working human brain.</a> Rev. Mod. Physics. 65 (2), 413-497 (1993).</li><li>Johnson, B. W., Crain, S., Thornton, R., Tesan, G., Reid, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+brain+function+in+pre-school+children+using+a+custom+sized+whole-head+MEG+sensor+array.">Measurement of brain function in pre-school children using a custom sized whole-head MEG sensor array.</a> Clin. Neurophysiol. , (2009).</li><li>Kado, H., Higuchi, M., Shimogawara, M., Haruta, Y., Adachi, Y., Kawai, J., Ogata, H., Uehara, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetoencephalogram+system+developed+at+KIT.">Magnetoencephalogram system developed at KIT.</a> IEEE Trans. Appl. Supercond. 9, 4057-4062 (1999).</li><li>Uehara, G., Adachi, Y., Kawai, J., Shimogawara, M., Higuchi, M., Haruta, Y., Ogata, H., Kado, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Channel+SQUID+Systems+for+Biomagnetic+Measurement.">Multi-Channel SQUID Systems for Biomagnetic Measurement.</a> IEICE Trans. Electr. E86-C, 43-54 (2003).</li></ol>

Bu protokol, uyanık sağlıklı ve 4 yaşındaki çocuklar bilişsel beyin fonksiyonu ölçümleri kolaylaştırmak için tasarlanmıştır. Biz okul öncesi çağındaki çocukların kafaları uyacak şekilde tasarlanmış özel boyutlu MEG sistemi kullanır. Bu sistem sayesinde, çocuk dostu bir laboratuvar ortamında, çocukların yetenekleri ve motivasyonları için uygun bir protokol, bir yaş aralığında çok az veri şu anda var olan bilişsel beyin fonksiyonu ölçmek mümkün. KIT-Macquarie sistemi, okul öncesi çağındaki çocukların kullanımı için ölçekli tüm kafa sistemi özel. Özelleştirilmiş kask Dewar çocukların eğitimi için üç ana avantajı vardır. İlk olarak, sensör yapılandırma küçük bir yarıçap SQUID sensörleri çocuk s kafaları neuromagnetic sinyallerinin aralığı içine getiriyor. İkincisi, küçük kask Dewar içine bir çocuğun başının tam ekleme sağlar. Tam ekleme (Bkz. Şekil 2) çocuklarda mesafe omuz küçük taç yetişkin Dewar kask nedeniyle önlenmiş olur. Bu iki faktör neuromagnetic sinyaller mesafe ile hızla zayıflatır, çünkü beyin aktivitesini MEG kullanarak kayıt esastır. Üçüncüsü, özelleştirilmiş çocuk kask başın simetrik konumlandırma yardımcıları ve Dewar içinde çocuğun başını hareket özgürlüğünü sınırlar. Bu özellikler, kurulum, konumlandırma ve çocukların MEG sinyallerinin ölçümü önemli ölçüde kolaylaştırır. Özel ölçekli çocuk MEG sisteminin gelişiyle bilişsel sinirbilim için önemli bir ilerlemedir. Radyofarmasötikler ya da güçlü manyetik alanlarda istihdam Alternatif işlevsel beyin görüntüleme teknikleri Küçük çocuklu rutin kullanımı için uygun olmayabilir. MEG tamamen pasif bir ölçüm tekniği olduğundan dokularda geliştirmek için hiçbir akla riski vardır. Geleneksel yetişkin MEG sistemleri çocuklarla birlikte kullanılan çok uygun değil, çünkü sağlıklı bir okul öncesi çağındaki çocukların çok az MEG veriler, şu anda vardır. Çocuk MEG sistemleri, kognitif fonksiyon normal ve patolojik gelişme yeni bir bakış açısı sağlayan, beyin aktivitesi dramatik bir yapılanma meydana yaşta beyin fonksiyonlarını incelemek için izin verecek.

<table><tbody><tr><td>Whole head child MEG</td><td>Kanazawa Institute of Technology (Kanazawa) and Yokogawa Electric Corporation (Tokyo)</td><td>Model PQ1064R-N2m</td><td></td></tr><tr><td>Magnetically shielded room</td><td>Fujihara Co. Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Digitiser</td><td>Polhemus (Colchester, VT)</td><td>Fastrack</td><td></td></tr><tr><td>Experimental control software</td><td>Neurobehavioral Systems</td><td>Presentation</td><td></td></tr><tr><td>Earphones</td><td>Etymotic Research Inc.</td><td>ER-30</td><td></td></tr></tbody></table>

measurement of neuromagnetic brain function in pre-school children with custom sized meg

Manyetoensefalografi kortikal aktivite [1] ile ilgili manyetik alanları algılar bir tekniktir. Beynin elektrofizyolojik aktiviteyi elektrik alanları oluşturur ve eşlik eden manyetik alanlar - - elektroensefalografi (EEG) ile kaydedilebilir MEG tarafından tespit. MEG sinyalleri süperiletken kuantum girişim cihazlar (mürekkep balığı) olarak da bilinen özel sensörler tarafından tespit edilir. Süperiletken sensörleri -270 sıvı helyum soğutma gerektiren ° C Bu sıvı ile dolu bir Dewar adlı bir vacumm yalıtımlı kask içinde yer alır. Squids helyum soğutma suyu kask Dewar içinde sabit pozisyonlarda yerleştirilir ve MEG ölçümler için bir konu kafasına kask Dewar içine yerleştirilir. Kask Dewar karşı kısıtlamalar karşılamak için boyutta olması gerekir. Açıkçası, çoğunu veya tamamını ele alınacaktır nüfus başkanları sığacak büyüklükte olmalıdır. Bununla birlikte, kask da SQUID sensörleri ölçmek için küçük serebral alanları aralığında tutmak için yeterince küçük olmalıdır. Konvansiyonel tüm kafa MEG sistemleri yetişkin başkanlarının% 90&#39;dan daha fazla uyum sağlamak için tasarlanmıştır. Ancak yetişkin sistemler, kafaları yetişkinlerden daha küçük bir yarıçap birkaç cm, okul öncesi chidren beyin fonksiyonu ölçmek için uygun değildir. KIT-Macquarie Macquarie Üniversitesi Beyin Araştırmaları Laboratuvarı, okul öncesi çocukların kafaları uygun büyüklükte bir MEG sistemi özel kullanır. Bu alt sistem, 50 mm bazal ile 64 birinci dereceden eksenel gradyometreleri [2] ve geleneksel bir yetişkin ölçekli MEG sistemi ile birlikte manyetik korumalı bir oda (MSR) içinde yer alır [3,4]. Özelleştirilmiş kask Dewar çocukların eğitimi için üç ana avantajı vardır. Birincisi, sensör yapılandırma küçük bir yarıçap çocuk başkanları neuromagnetic sinyallerinin aralığı içine SQUID sensörleri getiriyor. İkincisi, küçük kask Dewar içine bir çocuğun başının tam ekleme sağlar. Tam ekleme, çünkü küçük çocuklarda mesafe omuz taç, yetişkin Dewar kask önlenmiş olur. Bu iki faktör neuromagnetic sinyaller mesafe ile hızla zayıflatır, çünkü beyin aktivitesini MEG kullanarak kayıt esastır. Üçüncüsü, özelleştirilmiş çocuk kask başın simetrik konumlandırma yardımcıları ve Dewar içinde çocuğun başını hareket özgürlüğünü sınırlar. Çocukların motivasyon ve davranış kapasiteleri ile veri toplama hizalar bir protokol ile birlikte kullanıldığında, bu özellikler kurulum, konumlandırma, MEG sinyaller ölçülmesi ve önemli ölçüde kolaylaştırır.

Watch this Scientific Journal Video about Measurement Of Neuromagnetic Brain Function In Pre-school Children With Custom Sized MEG at JoVE.com

Measurement Of Neuromagnetic Brain Function In Pre-school Children With Custom Sized MEG

MEG küçük çocuklar için ölçekli sistemleri gelişiyle beyin gelişimini incelemek için önemli yeni fırsatlar açılır. Çocukların kapasitelerini deneysel gereksinimleri hizalar bir protokol ile birlikte yeni sistem, üç ila altı yaş arasındaki sağlıklı, uyanık çocukların bilişsel ve dil süreçleri incelemek için kullanılabilir.

Özel Ölçekli MEG ile Okul Öncesi Çocuk Neuromagnetic Beyin Fonksiyonu Ölçümleri

Magnetoencephalography is a technique that detects magnetic fields associated with cortical activity [1]. The electrophysiological activity of the brain ...

measurement-neuromagnetic-brain-function-pre-school-children-with

Research

JoVE Journal

Biology

16.8K Görüntüleme.  Macquarie University. MEG küçük çocuklar için ölçekli sistemleri gelişiyle beyin gelişimini incelemek için önemli yeni fırsatlar açılır. Çocukların kapasitelerini deneysel gereksinimleri hizalar bir protokol ile birlikte yeni sistem, üç ila altı yaş arasındaki sağlıklı, uyanık çocukların bilişsel ve dil süreçleri incelemek için kullanılabilir.

Video: Measurement Of Neuromagnetic Brain Function In Pre-school Children With Custom Sized MEG

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the processing of simple sensory stimuli. We will use somatosensory stimuli to locate the hand somatosensory areas, auditory stimuli to locate the auditory cortices, visual stimuli in four quadrants of the visual field to locate the early visual areas. These type of experiments are used for functional mapping in epileptic and brain tumor patients to locate eloquent cortices. In basic neuroscience similar experimental protocols are used to study the orchestration of cortical activity. The acquisition protocol includes quality assurance procedures, subject preparation for the combined MEG/EEG study, and acquisition of evoked-response data with somatosensory, auditory, and visual stimuli. We also demonstrate analysis of the data using the equivalent current dipole model and cortically-constrained minimum-norm estimates. Anatomical MRI data are employed in the analysis for visualization and for deriving boundaries of tissue boundaries for forward modeling and cortical location and orientation constraints for the minimum-norm estimates.

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to map brain areas involved in the processing of simple sensory stimuli.

Eşzamanlı MEG ve EEG Fonksiyonel Haritalama

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the ...

Nörobilim

How to Detect Amygdala Activity with Magnetoencephalography using Source Imaging

In trace fear conditioning a conditional stimulus (CS) predicts the occurrence of the unconditional stimulus (UCS), which is presented after a brief stimulus free period (trace interval)1. Because the CS and UCS do not co-occur temporally, the subject must maintain a representation of that CS during the trace interval. In humans, this type of learning requires awareness of the stimulus contingencies in order to bridge the trace interval2-4. However when a face is used as a CS, subjects can implicitly learn to fear the face even in the absence of explicit awareness*. This suggests that there may be additional neural mechanisms capable of maintaining certain types of "biologically-relevant" stimuli during a brief trace interval. Given that the amygdala is involved in trace conditioning, and is sensitive to faces, it is possible that this structure can maintain a representation of a face CS during a brief trace interval.
It is challenging to understand how the brain can associate an unperceived face with an aversive outcome, even though the two stimuli are separated in time. Furthermore investigations of this phenomenon are made difficult by two specific challenges. First, it is difficult to manipulate the subject's awareness of the visual stimuli. One common way to manipulate visual awareness is to use backward masking. In backward masking, a target stimulus is briefly presented (&lt; 30 msec) and immediately followed by a presentation of an overlapping masking stimulus5. The presentation of the mask renders the target invisible6-8. Second, masking requires very rapid and precise timing making it difficult to investigate neural responses evoked by masked stimuli using many common approaches. Blood-oxygenation level dependent (BOLD) responses resolve at a timescale too slow for this type of methodology, and real time recording techniques like electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG) have difficulties recovering signal from deep sources.
However, there have been recent advances in the methods used to localize the neural sources of the MEG signal9-11. By collecting high-resolution MRI images of the subject's brain, it is possible to create a source model based on individual neural anatomy. Using this model to "image" the sources of the MEG signal, it is possible to recover signal from deep subcortical structures, like the amygdala and the hippocampus*.

This article describes how to record amygdala activity with magnetoencephalography (MEG). In addition this article will describe how to conduct trace fear conditioning without awareness, a task that activates the amygdala. It will cover 3 topics: 1) Designing a trace conditioning paradigm using backward masking to manipulate awareness. 2) Recording brain activity during the task using magnetoencephalography. 3) Using source imaging to recover signal from subcortical structures.

Kaynak Görüntüleme kullanarak Manyetoensefalografi ile amigdala Aktivitesi Algılama nasıl

In trace fear conditioning a conditional  stimulus (CS) predicts the occurrence of the unconditional stimulus (UCS),  which is presented after a brief ...

Davranış

Cortical Source Analysis of High-Density EEG Recordings in Children

EEG is traditionally described as a neuroimaging technique with high temporal and low spatial resolution. Recent advances in biophysical modelling and signal processing make it possible to exploit information from other imaging modalities like structural MRI that provide high spatial resolution to overcome this constraint1. This is especially useful for investigations that require high resolution in the temporal as well as spatial domain. In addition, due to the easy application and low cost of EEG recordings, EEG is often the method of choice when working with populations, such as young children, that do not tolerate functional MRI scans well. However, in order to investigate which neural substrates are involved, anatomical information from structural MRI is still needed. Most EEG analysis packages work with standard head models that are based on adult anatomy. The accuracy of these models when used for children is limited2, because the composition and spatial configuration of head tissues changes dramatically over development3.&#160;
In the present paper, we provide an overview of our recent work in utilizing head models based on individual structural MRI scans or age specific head models to reconstruct the cortical generators of high density EEG. This article describes how&#160;EEG recordings are acquired, processed, and analyzed with pediatric populations at the London Baby Lab, including laboratory setup, task design, EEG preprocessing, MRI processing, and EEG channel level and source analysis.&#160;

In recent years, there has been increasing interest in estimating the cortical sources of scalp measured electrical activity for cognitive neuroscience experiments. This article describes how high density EEG is acquired and how recordings are processed for cortical source estimation in children from the age of 2 years at the London Baby Lab.

Çocuklarda Yüksek Yoğunlukta EEG Recordings kortikal Kaynak Analizi

EEG is traditionally described as a neuroimaging technique with high temporal and low spatial resolution. Recent advances in biophysical modelling and ...

Infant Auditory Processing and Event-related Brain Oscillations

Rapid auditory processing and acoustic change detection abilities play a critical role in allowing human infants to efficiently process the fine spectral and temporal changes that are characteristic of human language. These abilities lay the foundation for effective language acquisition; allowing infants to hone in on the sounds of their native language. Invasive procedures in animals and scalp-recorded potentials from human adults suggest that simultaneous, rhythmic activity (oscillations) between and within brain regions are fundamental to sensory development; determining the resolution with which incoming stimuli are parsed. At this time, little is known about oscillatory dynamics in human infant development. However, animal neurophysiology and adult EEG data provide the basis for a strong hypothesis that rapid auditory processing in infants is mediated by oscillatory synchrony in discrete frequency bands. In order to investigate this, 128-channel, high-density EEG responses of 4-month old infants to frequency change in tone pairs, presented in two rate conditions (Rapid: 70 msec ISI and Control: 300 msec ISI) were examined. To determine the frequency band and magnitude of activity, auditory evoked response averages were first co-registered with age-appropriate brain templates. Next, the principal components of the response were identified and localized using a two-dipole model of brain activity. Single-trial analysis of oscillatory power showed a robust index of frequency change processing in bursts of Theta band (3 - 8 Hz) activity in both right and left auditory cortices, with left activation more prominent in the Rapid condition. These methods have produced data that are not only some of the first reported evoked oscillations analyses in infants, but are also, importantly, the product of a well-established method of recording and analyzing clean, meticulously collected, infant EEG and ERPs. In this article, we describe our method for infant EEG net application, recording, dynamic brain response analysis, and representative results.

High-density electroencephalography (dEEG) is being used increasingly to study brain development and plasticity in the early years of life. Here we present an application of sophisticated analysis techniques that builds on traditional EEG recording to understand the oscillatory dynamics of rapid auditory processing in the infant brain.

Bebek İşitsel İşleme ve Olaya ilişkin Beyin Salınımlılığı

Rapid auditory processing and acoustic change detection abilities play a critical role in allowing human infants to efficiently process the fine spectral ...

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the cortical networks involved in dynamical perceptual and cognitive tasks, such as attending to different sounds in a cocktail party. Many past studies have employed data recorded at the sensor level only, i.e., the magnetic fields or the electric potentials recorded outside and on the scalp, and have usually focused on activity that is time-locked to the stimulus presentation. This type of event-related field / potential analysis is particularly useful when there are only a small number of distinct dipolar patterns that can be isolated and identified in space and time. Alternatively, by utilizing anatomical information, these distinct field patterns can be localized as current sources on the cortex. However, for a more sustained response that may not be time-locked to a specific stimulus (e.g., in preparation for listening to one of the two simultaneously presented spoken digits based on the cued auditory feature) or may be distributed across multiple spatial locations unknown a priori, the recruitment of a distributed cortical network may not be adequately captured by using a limited number of focal sources.
Here, we describe a procedure that employs individual anatomical MRI data to establish a relationship between the sensor information and the dipole activation on the cortex through the use of minimum-norm estimates (MNE). This inverse imaging approach provides us a tool for distributed source analysis. For illustrative purposes, we will describe all procedures using FreeSurfer and MNE software, both freely available. We will summarize the MRI sequences and analysis steps required to produce a forward model that enables us to relate the expected field pattern caused by the dipoles distributed on the cortex onto the M/EEG sensors. Next, we will step through the necessary processes that facilitate us in denoising the sensor data from environmental and physiological contaminants. We will then outline the procedure for combining and mapping MEG/EEG sensor data onto the cortical space, thereby producing a family of time-series of cortical dipole activation on the brain surface (or "brain movies") related to each experimental condition. Finally, we will highlight a few statistical techniques that enable us to make scientific inference across a subject population (i.e., perform group-level analysis) based on a common cortical coordinate space.

We use magneto- and electroencephalography (MEG/EEG), combined with anatomical information captured by magnetic resonance imaging (MRI), to map the dynamics of the cortical network associated with auditory attention.

Eşzamanlı MEG / EEG ve Anatomik-kısıtlı Minimum norm Tahminleri Kullanarak Eşleme Kortikal Dinamiği: Bir İşitsel Dikkat Örneği

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Interictal High Frequency Oscillations Detected with Simultaneous Magnetoencephalography and Electroencephalography as Biomarker of Pediatric Epilepsy

Crucial to the success of epilepsy surgery is the availability of a robust biomarker that identifies the Epileptogenic Zone (EZ). High Frequency Oscillations (HFOs) have emerged as potential presurgical biomarkers for the identification of the EZ in addition to Interictal Epileptiform Discharges (IEDs) and ictal activity. Although they are promising to localize the EZ, they are not yet suited for the diagnosis or monitoring of epilepsy in clinical practice. Primary barriers remain: the lack of a formal and global definition for HFOs; the consequent heterogeneity of methodological approaches used for their study; and the practical difficulties to detect and localize them noninvasively from scalp recordings. Here, we present a methodology for the recording, detection, and localization of interictal HFOs from pediatric patients with refractory epilepsy. We report representative data of HFOs detected noninvasively from interictal scalp EEG and MEG from two children undergoing surgery.
The underlying generators of HFOs were localized by solving the inverse problem and their localization was compared to the Seizure Onset Zone (SOZ) as this was defined by the epileptologists. For both patients, Interictal Epileptogenic Discharges (IEDs) and HFOs were localized with source imaging at concordant locations. For one patient, intracranial EEG (iEEG) data were also available. For this patient, we found that the HFOs localization was concordant between noninvasive and invasive methods. The comparison of iEEG with the results from scalp recordings served to validate these findings. To our best knowledge, this is the first study that presents the source localization of scalp HFOs from simultaneous EEG and MEG recordings comparing the results with invasive recordings. These findings suggest that HFOs can be reliably detected and localized noninvasively with scalp EEG and MEG. We conclude that the noninvasive localization of interictal HFOs could significantly improve the presurgical evaluation for pediatric patients with epilepsy.

High Frequency Oscillations (HFOs) have emerged as presurgical biomarkers for the identification of the epileptogenic zone in pediatric patients with medically refractory epilepsy. A methodology for the noninvasive recording, detection, and localization of HFOs with simultaneous scalp electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG) is presented.

Pediatrik Epilepsi biyolojik belirteç olarak Eşzamanlı Manyetoensefalografi ve elektroensefalografi ile Tespit Edilen interiktal Yüksek Frekans Salınımlılığı

Crucial to the success of epilepsy surgery is the availability of a robust biomarker that identifies the Epileptogenic Zone (EZ). High Frequency ...

Tıp

Recording Brain Electromagnetic Activity During the Administration of the Gaseous Anesthetic Agents Xenon and Nitrous Oxide in Healthy Volunteers

Anesthesia arguably provides one of the only systematic ways to study the neural correlates of global consciousness/unconsciousness. However to date most neuroimaging or neurophysiological investigations in humans have been confined to the study of &#947;-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based anesthetics, while the effects of dissociative N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based anesthetics ketamine, nitrous oxide (N2O) and xenon (Xe) are largely unknown. This paper describes the methods underlying the simultaneous recording of magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) from healthy males during inhalation of the gaseous anesthetic agents N2O and Xe. Combining MEG and EEG data enables the assessment of electromagnetic brain activity during anesthesia at high temporal, and moderate spatial, resolution. Here we describe a detailed protocol, refined over multiple recording sessions, that includes subject recruitment, anesthesia equipment setup in the MEG scanner room, data collection and basic data analysis. In this protocol each participant is exposed to varying levels of Xe and N2O in a repeated measures cross-over design. Following relevant baseline recordings participants are exposed to step-wise increasing inspired concentrations of Xe and N2O of 8, 16, 24 and 42%, and 16, 32 and 47% respectively, during which their level of responsiveness is tracked with an auditory continuous performance task (aCPT). Results are presented for a number of recordings to highlight the sensor-level properties of the raw data, the spectral topography, the minimization of head movements, and the unequivocal level dependent effects on the auditory evoked responses. This paradigm describes a general approach to the recording of electromagnetic signals associated with the action of different kinds of gaseous anesthetics, which can be readily adapted to be used with volatile and intravenous anesthetic agents. It is expected that the method outlined can contribute to the understanding of the macro-scale mechanisms of anesthesia by enabling methodological extensions involving source space imaging and functional network analysis.

Simultaneous magnetoencephalography and electroencephalography provides a useful tool to search for common and distinct macro-scale mechanisms of reductions in consciousness induced by different anesthetics. This paper illustrates the empirical methods underlying the recording of such data from healthy humans during N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based anesthesia during inhalation of nitrous oxide and xenon.

Kayıt beyin elektromanyetik aktivite sırasında gaz halinde olan yakıtlar anestezik ajanların Xenon ve sağlıklı gönüllü olarak azot oksit İdaresi

Anesthesia arguably provides one of the only systematic ways to study the neural correlates of global consciousness/unconsciousness. However to date most ...

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the human brain. MEG is quiet and less likely to induce claustrophobia compared with magnetic resonance imaging (MRI). It is therefore a promising tool for investigating brain function in young children. However, analysis of MEG data from pediatric populations is often complicated by head movement artefacts which arise as a consequence of the requirement for a spatially-fixed sensor array that is not affixed to the child's head. Minimizing head movements during MEG sessions can be particularly challenging as young children are often unable to remain still during experimental tasks. The protocol presented here aims to reduce head movement artefacts during pediatric MEG scanning. Prior to visiting the MEG laboratory, families are provided with resources that explain the MEG system and the experimental procedures in simple, accessible language. An MEG familiarization session is conducted during which children are acquainted with both the researchers and the MEG procedures. They are then trained to keep their head still whilst lying inside an MEG simulator. To help children feel at ease in the novel MEG environment, all of the procedures are explained through the narrative of a space mission. To minimize head movement due to restlessness, children are trained and assessed using fun and engaging experimental paradigms. In addition, children's residual head movement artefacts are compensated for during the data acquisition session using a real-time head movement tracking system. Implementing these child-friendly procedures is important for improving data quality, minimizing participant attrition rates in longitudinal studies, and ensuring that families have a positive research experience.

This article introduces a child-friendly research protocol designed to improve data quality by reducing head movement during pediatric magnetoencephalography (MEG). We familiarize families with the MEG environment, train children to remain still using an MEG simulator, and correct for residual head movement artefacts using a real-time head movement detection system.

Beyin fonksiyonları çocuklarda Magnetoencephalography kullanarak eğitim

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the ...

Detecting Pre-Stimulus Source-Level Effects on Object Perception with Magnetoencephalography

Pre-stimulus oscillatory brain activity influences upcoming perception. The characteristics of this pre-stimulus activity can predict whether a near-threshold stimulus will be perceived or not perceived, but can they also predict which one of two competing stimuli with different perceptual contents is perceived? Ambiguous visual stimuli, which can be seen in one of two possible ways at a time, are ideally suited to investigate this question. Magnetoencephalography (MEG) is a neurophysiological measurement technique that records magnetic signals emitted as a result of brain activity. The millisecond temporal resolution of MEG allows for a characterization of oscillatory brain states from as little as 1 second of recorded data. Presenting an empty screen around 1 second prior to the ambiguous stimulus onset therefore provides a time window in which one can investigate whether pre-stimulus oscillatory activity biases the content of upcoming perception, as indicated by participants&#39;&#160;reports. The spatial resolution of MEG is not excellent, but sufficient to localise sources of brain activity at the centimetre scale. Source reconstruction of MEG activity then allows for testing hypotheses about the oscillatory activity of specific regions of interest, as well as the time- and frequency-resolved connectivity between regions of interest. The described protocol enables a better understanding of the influence of spontaneous, ongoing brain activity on visual perception.

This article describes how to set up an experiment that allows detecting pre-stimulus source-level influences on object perception using magnetoencephalography (MEG). It covers stimulus material, experimental design, MEG recording, and data analysis.

Magnetoensefalografi ile nesne algısında ön Stimulus kaynak düzeyinde etkileri tespit etme

Pre-stimulus oscillatory brain activity influences upcoming perception. The characteristics of this pre-stimulus activity can predict whether a ...

Measuring Statistical Learning Across Modalities and Domains in School-Aged Children Via an Online Platform and Neuroimaging Techniques

Statistical learning, a fundamental skill to extract regularities in the environment, is often considered a core supporting mechanism of the first language development. While many studies of statistical learning are conducted within a single domain or modality, recent evidence suggests that this skill may differ based on the context in which the stimuli are presented. In addition, few studies investigate learning as it unfolds in real-time, rather focusing on the outcome of learning. In this protocol, we describe an approach for identifying the cognitive and neural basis of statistical learning, within an individual, across domains (linguistic vs. non-linguistic) and sensory modalities (visual and auditory). The tasks are designed to cast as little cognitive demand as possible on participants, making it ideal for young school-aged children and special populations. The web-based nature of the behavioral tasks offers a unique opportunity for us to reach more representative populations nationwide, to estimate effect sizes with greater precision, and to contribute to open and reproducible research. The neural measures provided by the functional magnetic resonance imaging (fMRI) task can inform researchers about the neural mechanisms engaged during statistical learning, and how these may differ across individuals on the basis of domain or modality. Finally, both tasks allow for the measurement of real-time learning, as changes in reaction time to a target stimulus is tracked across the exposure period. The main limitation of using this protocol relates to the hour-long duration of the experiment. Children might need to complete all four statistical learning tasks in multiple sittings. Therefore, the web-based platform is designed with this limitation in mind so that tasks may be disseminated individually. This methodology will allow users to investigate how the process of statistical learning unfolds across and within domains and modalities in children from different developmental backgrounds.

Presented here is a protocol introducing a set of child-friendly statistical learning tasks geared towards examining children&#8217;s learning of temporal statistical patterns across domains and sensory modalities. The developed tasks collect behavioral data using the web-based platform and task-based functional magnetic resonance imaging (fMRI) data for examining neural engagement during statistical learning.