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特点:神经成像

科学和莎士比亚

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在社会互动过程中,大脑成像通常要求参与者在严格控制的实验实验室中保持静止。伦敦大学学院(University Collegbob最新版苹果下载地址e London)的研究人员利用岛津的新技术证明,这些实验现在可以在实验室之外进行,比如在舞台上。

距离第一次现场演出只有几天的时间了。在彩排期间,伦敦大学学院(UCL)认知神经科学研究所的安东尼娅·汉密尔顿教授正在观看演员们排练一部莎士比亚戏剧。比起《哈姆雷特》或《仲夏夜之梦》,神经科学家更喜欢《神经元》和《认知》之类的书,但汉密尔顿认为,研究这些演员可以让人们对人类社会认知以及自闭症患者的社会互动有何不同有新的理解。

自闭症谱系障碍(ASC)是一种影响社交和沟通技能的神经发育障碍。在美国,每68个儿童中就有一个被诊断为ASC1,但仍然迫切需要改进诊断,并找到有效的方法来帮助这些孩子学习社交技能。

五年前,导演兼演员凯利·亨特(Kelly Hunter)找到汉密尔顿,提出了利用演员研究ASC的想法。亨特一直将表演作为自闭症患者的治疗手段。汉密尔顿去看了亨特的作品,离开时认为这是一个科学上的机会,特别是考虑到她可以使用岛津的功能性近红外光谱(fNIRS)设备。bob最新版苹果下载地址fNIRS是一种非侵入性技术,它使用红外光来测量大脑皮层的活动,这在自闭症患者的大脑中可能是不同的。

“演员经过专业训练,可以反复进行相同的互动。这意味着我们可以通过多次重复测量这种互动的大脑活动模式来获得有效的大脑信号,”汉密尔顿说。

在观察了亨特的工作后,汉密尔顿总结道:“我认为这将是一个很好的实验刺激,我们可以结合大脑成像。”当我访问岛津和伊利亚斯的fNIRS时,我想,‘让我们把这些放在一bob最新版苹果下载地址起吧。’”

近红外光谱和血液氧化

“Ilias”是Ilias Tachtsidis博士,伦敦大学学院医学物理和生物医学工程系副教授,Wellcome信托基金高级研究员,正在开发用于临床目的的fNIRS。在将fNIRS应用于ASC之前,Tachtsidis在新生儿科已显示出其优势,医生可以迅速评估无反应婴儿的状况2.在这些情况下,最迫切需要得出的结论之一是,大脑是否接受了足够的氧气供应。

“官方术语是‘缺氧缺血性发作’;通常被称为“出生窒息”。患有严重出生窒息的婴儿会有严重的脑损伤,可能在以后的生活中会有严重的神经发育问题,”Tachtsidis说。

“医务人员有可能会产生怀疑。这个婴儿是蓝色的。这婴儿呼吸不太好。婴儿没有反应。但医生没有任何直接的脑部测量。”

近红外光可以穿透到大脑足够深的地方,测量距离头皮约20毫米的事件。由于含氧和脱氧血红蛋白有不同的颜色,测量皮质的光吸收可以定量分析血红蛋白。因此,fNIRS是一个功能强大的研究工具,可以用来识别竟然不活跃的大脑区域,而这个信息可能是有益的对研究和开发新的治疗策略,是在婴儿缺氧缺血性事件,或者,在新项目中,ASC的孩子。

一些研究表明,神经成像在定量测量ASC患者认知差异方面是有用的,目前正在尝试用它来提高行为分析的敏感性。然而,许多成像方式,如功能磁共振成像(fMRI),可以提供最详细的大脑图像,需要在不太理想的条件下观察对象。

“你必须把人们带到地下室,把他们放在扫描仪里,他们必须保持不动。这是一个非常人工的环境。不是每个病人都能对功能磁共振成像反应良好,因为不是每个病人都能接受磁共振成像扫描仪。

另一方面,像岛津的fNIRS这样的仪器是便携式的,可以在实验室外进行测量bob最新版苹果下载地址,同时监测血压、心率和体温等其他重要指标。岛津的最新版本bob最新版苹果下载地址LIGHTNIRS*,它的便携性又进了一步,使科学家能够观察人们在常规的社会交往中。

前所未有的可移植性

Tachtsidis说,LIGHTNIRS是康复和机器人领域最先进的商业研究工具之一。

“这台乐器相当新颖。它使用三种波长的光。当你想分解两个分子时,你至少需要两个波长。波长越多,量化效果就越好。”

考虑到他在岛津和fNIRS行业的经验,这些新增功能并不令他感到惊讶。bob最新版苹果下载地址

“在我们的社区,我们了解岛津。bob最新版苹果下载地址它是最早将这项技术商业化的公司之一。这告诉我们创新是如何在这家公司应用的。我可以看出,这家公司很早就承担了高风险。”

LIGHTNIRS由类似黑色游泳帽的头套和不比长跑运动员大的背包组成3..这种头饰很灵活,适合从儿童到成人的各种尺寸,探头可以拧在不同的位置。这些特性使得fNIRS实验可以在实验室之外进行,包括在舞台上。为了使从汉密尔顿项目中获得的数据有价值,实验必须是可重复的。Tachtsidis和Shimbob最新版苹果下载地址adzu调整了数据收集和分析软件,以确保汉密尔顿的数据像她在实验室里做的实验一样可靠。

“我们需要相互作用是可复制的。我们让演员重复同一个场景8-10次,这就给了我们足够的信号来观察大脑活动的模式,”她说。

由于演员重复动作的能力非凡,汉密尔顿希望建立一个特定社会互动过程中大脑行为的数据库,以此作为识别社交缺陷人群大脑异常的基础。

汉密尔顿承认她的方法是独一无二的。“据我所知,世界上还没有人在观众面前收集大脑成像数据,”她说。然而,这个项目的主要目的仍然很明确。

“通过观察大脑在特定社会互动中的行为,我们希望找到行为疗法,让自闭症儿童在与人互动时更自在。”

LIGHTNIRS是用于研究的便携式功能性近红外光谱系统
(网址:https://www.bob最新版苹果下载地址shimadzu.com/an/lifescience/imaging/nirs/light_top.html

*截至采访时(2019年5月),本文中人员的关联公司和头衔等信息均为当前信息。

参考文献

1已经获得,J。.8岁儿童自闭症谱系障碍患病率——自闭症与发育障碍监测网络,11个站点,美国,2014。MMWR Surveill夏671, doi: 10.15585 / mmwr。ss6706a1(2018)。

2贝尔,G。.线粒体代谢对氧的依赖预示着新生儿脑损伤的结局。脑血流Metab, 271678X18777928, doi:10.1177/0271678X18777928(2018)。

3.Pinti, P。.使用无纤维,可穿戴fNIRS监测大脑活动在现实世界的认知任务。J Vis实验, doi: 10.3791/53336(2015)。

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