利用脑磁图研究儿童大脑功能

儿童MEG数据常因头部运动伪影而变得复杂。本创新性方案全面展示了我们在采集幼儿MEG数据时如何减少头部运动。实施本方案中所述的儿童友好型操作流程，对于提高数据质量、降低纵向研究中的受试者流失率，以及确保家庭获得积极的研究参与体验至关重要。

在评估幼儿使用其他神经影像系统（如 fMRI 或 PET）时，也可应用本方案，因为在扫描过程中减少头部运动对数据质量同样至关重要。开始此操作前，应向家庭提供相关资源，帮助其在访问 MEG 实验室之前了解脑磁图（magnetoencephalography，简称 MEG），例如提供详细描述完成 MEG 实验各步骤的故事板，以及供家长或看护人阅读的 MEG 信息手册。随后，带领儿童参观容纳儿童专用 MEG 系统的磁屏蔽室（MSR），该房间装饰有太空主题的墙面艺术，以强化太空任务的主题氛围。

让孩子练习向后躺下，将头部置于头盔的开口处。然后，告诉孩子要尽可能保持静止不动，以便太空飞船能够保持航向并顺利抵达最终目的地。进行数字化处理时，指导孩子坐在高脚椅上，并为其戴上一顶含有五个标记线圈的聚酯泳帽，这些线圈会向连续运动追踪装置发送数据。

通过将松散的帽边向上折叠来调整帽子的松紧度。将一个发射器和三个接收器放置在儿童颈部周围。要求儿童展示他们最标准的静止姿势，并在其保持不动时给予频繁的积极鼓励。

这有助于在数字化过程中尽量减少头部移动，以免影响后续儿童头部与MEG传感器之间配准的准确性。使用笔式数字化仪记录三个解剖标志点和五个标记线圈的位置，以及头部表面的轮廓形状。这些数据将用于后续确定儿童头部相对于MEG传感器的位置。

操作结束后，取下儿童颈部的帽具、发射器和三个接收器。接着，将儿童带至配备MEG模拟器的房间，该模拟器是MEG系统的全尺寸复制品。MEG模拟器装饰有太空主题的贴纸，并配备了一个模拟头盔门、一张床、一个按钮盒，以及位于模拟门上方用于视觉显示的屏幕。

通过叙述一次模拟太空任务，简要介绍脑磁图（MEG）扫描流程。如果儿童显得紧张，可先用玩具演示实验步骤。为儿童佩戴“宇航员头盔”，即前端装有运动检测器的聚酯泳帽。

邀请儿童躺在模拟器中，并观看其选择的视频。当儿童的头部运动超过预设阈值时，运动追踪系统将自动暂停视频，等待实验人员手动重新启动视频并恢复运动基线。当儿童完成模拟器训练的这一部分后，使用一组独立的独特刺激材料，为其提供实验任务的训练。

任务训练结束时，向儿童颁发一份宇航员训练证书。儿童到达后，确认其衣物或身体上未佩戴任何磁性材料，因为磁性材料可能会干扰脑磁图（MEG）信号。然后，重复之前MEG适应训练中所述的数字化流程。

随后，将儿童带至磁屏蔽室（MSR）。该操作需要两名研究人员：一名作为助理研究员进入磁屏蔽室内陪同儿童，另一名作为主要研究人员在磁屏蔽室外操作MEG数据采集。磁屏蔽室的准备工作通常需要五分钟。

在磁源成像系统（MSR）内，让儿童将头部放入头盔状门中。检查儿童头部是否居中对齐，使头顶尽可能靠近头盔门后部但不接触。确保儿童感到舒适、放松，并在进行脑磁图（MEG）记录期间尽量保持静止。

在安装设备时，可通过门上方的屏幕播放孩子选择的视频，以保持其注意力。在 MSR 外部，进行实验前的基线标记线圈测量，以记录相对于头盔门的初始头部位置。接下来，利用初始标记线圈测量数据和数字化获取的头部形状数据，完成儿童头部与传感器阵列之间的共配准。

这些预备测量可实现对门内头部位置的目视检查，以确保儿童头部处于正确位置。如果未满足这些条件，需重新调整儿童头部位置，并在开始数据采集前再次进行共配准。当确认头部相对于头盔门的位置满意后，启动脑磁图记录及实验任务。

使用一种名为实时头部运动的儿童 MEG 软件系统记录持续的头部运动。实验结束后，为儿童提供一份礼品袋以感谢其参与，并向家庭支付其时间和交通费用。本实验中，数据来自一名三岁男孩，他被动聆听听觉音调持续 15 分钟。

数据经过去噪处理，随后进行带通滤波、基线校正并取平均。由所有传感器计算得到均方根磁信号（RMS）波形，扫描仪内平均头部运动为44.3毫米。如所示，实时头部运动补偿可消除与运动相关的伪影，从而获得更为聚焦的等场轮廓图。

双侧听觉皮层中明显扭曲的RMS磁波形以及更具意义的源重建。在整个测试过程中，重要的是与儿童建立良好的关系，保持会话的趣味性和参与性，并及时回应儿童出现的任何焦虑或不安迹象。通过训练儿童在儿科MEG记录期间保持头部静止，我们提高了MEG数据的质量。

现在可以对这些数据应用高级分析技术。儿童脑磁图不仅为我们打开了观察大脑电活动的窗口，还使我们能够将某些认知功能映射到发育中的大脑上。