מדידה של תפקוד המוח Neuromagnetic ב טרום בית ספר לילדים עם מג בגודל מותאם אישית

שלום, אני סטיבן קריין. אני כ-מנהל של מעבדת KIT Macquarie למחקר המוח. המעבדה היא חלק מהמרכז למדעי הקוגניציה של אוניברסיטת מקווארי בסידני, אוסטרליה.

שלום, אני אילה דסן ואני עובדת במרכז למדעי הקוגניציה של אוניברסיטת מקוורי. היי, אני מלאני ריד ואני עובדת במרכז למדעי הקוגניציה של אוניברסיטת מקוורי. באוניברסיטת מקוורי, אנו משתמשים במגנטואנצפלוגרפיה או MEG כדי לחקור את מנגנוני המוח העומדים בבסיס הרכישה המהירה של שפה בקרב ילדים בגילאי שנתיים עד שש.

MEG מודד את השדות המגנטיים המופקים על ידי קליפת המוח. באמצעות MEG, אנו יכולים לצפות באילו אזורי מוח פעילים במהלך עיבוד שפה וכיצד אזורים שונים אלו מקיימים אינטראקציה. קיימים שני אתגרים בעבודה עם ילדים צעירים בכל מערכת של דימות מוחי.

ראשית, הסביבה המעבדתית הטיפית אינה ידידותית לילדים. שנית, כדי להשתתף במחקר MEG, על הילדים לקבל הנחיות לצמצם תנועות למינימום, והם נדרשים להתרכז במשימה למשך פרק זמן ממושך. לכן, היה זה חשוב עבורנו לפתח פרוטוקול המאפשר לנו להשתמש ב-MEG ובמקביל יהיה מהנה עבור ילדים.

עם זאת, יתרונות ה-MEG עולים בהרבה על האתגרים. MEG הוא כלי בעל ערך למדידת תפקוד המוח בילדים בשל הרזולוציה הטמפורלית הגבוהה ביותר שלו והרזולוציה המרחבית הטובה שלו, ומכיוון שהוא אינו פולשני לחלוטין, הוא אינו מהווה סיכון נתפס לרקמה העצבית של ילדים. בניגוד ל-MEG, טכניקות דימות עצבי אחרות השתמשו בשדות מגנטיים חזקים ובתרופות רדיואקטיביות שעלולות להוות סיכון לילדים צעירים.

אחד המאפיינים המרכזיים של מערכת ה-MEG לילדים שלנו הוא שהיא תוכננה במיוחד לשימוש עם ילדים צעירים. המערכת בגודל המותאם אישית פותחה בשיתוף עם המכון הטכנולוגי קנאווה (Kanawa Institute of Technology) ותאגיד יוקוגאווה אלקטריק (Yokogawa Electric Corporation). בסרטון הבא, נסביר מדוע היה צורך לפתח מערכת MEG מותאמת אישית לילדים, ונראה לכם כיצד אנו מכינים את הילדים לבדיקה במערכת ה-MEG.

הצטרפו אלינו לדקות הספורות הבאות ונראה לכם את המעבדה. נסביר את הצעדים שנקטנו כדי לגרום לילדים ליהנות מההשתתפות במחקרים שלנו. במעבדה שתי מערכות MEG הממוקמות באותו חדר בעל מיגון מגנטי.

המערכת למבוגרים מורכבת מ-160 חיישנים הפרוסים באופן שווה בתוך קסדת ה-MEG, המעניקה כיסוי מלא של הראש. מערכת ה-MEG לילדים בעלת פריסה דומה, אך היא כוללת 64 חיישנים ההופכים את הקסדה לקטנה יותר ומתאימה באופן מושלם לגיל הרך ולתינוקות. Magnetoencephalography או דימות מגנטי של המוח היא טכניקת דימות עצבי המודדת פעילות נוירונלית באופן ישיר.

MEG מסוגלת לזהות ולהגביר את השדות המגנטיים החלשים הנוצרים על ידי אלפי נוירונים פעילים בקליפת המוח. זיהוי שדות מגנטיים חלשים אלו מושג בקלות באמצעות חיישנים מיוחדים הידועים כ-SQUIDs או התקני התערבות קוונטית מוליכי-על. טכנולוגיית מוליכות-על נחוצה להפעלת מערכות ה-MEG.

החיישנים דורשים קירור באמצעות הליום נוזלי בטמפרטורה של מינוס 270 מעלות צלזיוס. הרצף הבא מציג את מילוי המערכות מחדש בהליום נוזלי, פעולה שיש לבצע על בסיס שבועי. ההליום הנוזלי מהווה את רוב עלויות התפעול של מערכת MEG.

שדות מגנטיים המגיעים מהמוח הם קטנים ביותר בהשוואה לשדות מגנטיים הנוצרים על ידי כל הציוד במעבדה מודרנית. משמעות הדבר היא שמערכות MEG חייבות להיות ממוקמות בחדר ממוגן מגנטית. החדר הממוגן במעבדה שלנו בנוי משלוש שכבות של perlo ושכבה אחת של נחושת.

משקל החדר הוא כ-8.5 tons, ורצפת המעבדה נדרשה לחיזוק מיוחד כדי לשאת את משקלו. עלות החדר המוגן מגנטית מהווה שליש עד מחצית מעלות ההקמה של מערכת MEG. בצידי החדר קיימים מספר פתחים המאפשרים להקרין גירויים חזותיים אל תוך החדר ולהפעיל סוגים אחרים של ציוד באמצעות כבלים של סיבים אופטיים.

MEG מודד שדות מגנטיים המיוצרים על ידי תאים פעילים במוח. טכניקה קשורה, אלקטרואנצפלוגרפיה, מודדת את הרכיב החשמלי של שדות אלו. EEG היא טכנולוגיה פשוטה וזולה הרבה יותר, אך אין לה את היכולת של MEG לאתר מיקום של פעילות במוח.

במחקרים עם ילדים בוגרים יותר ומבוגרים, אנו מקליטים לעיתים קרובות גם EEG וגם MEG בו-זמנית. עם זאת, הדבר אינו מעשי בדרך כלל עם ילדי גן בשל זמן ההכנה הממושך הנדרש עבור ה-EEG. מכיוון ש-MEG משתמש בחיישנים טבולים בהליום נוזלי, החיישנים נמצאים במיקומים קבועים בתוך קסדה מבודדת ואטומה לוואקום.

הקסדה של מערכת MEG סטנדרטית למבוגרים תוכננה כך שיתאימה לכ-95% מראשי המבוגרים. משמעות הדבר היא שהראשים הגדולים והקטנים ביותר אינם נכנסים היטב לקסדה למבוגרים. זוהי בעיה מיוחדת עבור ילדים בגיל הגן, שכן רדיוס ראשם קטן בעשר עד שלוש סנטימטרים בהשוואה לראשי מבוגרים.

מכיוון שאותות MEG דועכים במהירות רבה עם המרחק. המשמעות היא שחלקים רבים מהחיישנים בקסדה למבוגרים לא יהיו יעילים למדידת אותות ממוחם של ילדים. בעיה נוספת היא שילדים נוטים יותר להזיז את ראשיהם בתוך הקסדות הגדולות במהלך מפגשי המדידה.

דבר זה גורם לדגרדציה של אותות ה-MEG. סרטון זה מציג את חיישני ה-MEG במערכת המיועדת למבוגרים. ביחס לראשו של ילד, ניתן לראות שחלקים רבים מהחיישנים רחוקים למדי מפני השטח של הראש.

זו הסיבה לכך שיש ערך לייצור קסדת MEG המותאמת אישית למידות ראשיהם של ילדים בגיל הגן. בסרטון זה ניתן לראות כי החיישנים של מערכת ה-MEG לילדים שלנו נמצאים כולם קרוב מאוד לפני השטח של הראש. מספר שלבים צריכים להיות מושלמים לפני שנוכל להתחיל בניסוי.

בתוך ה-MSR, אנו בודקים אם על הילד יש חפצים העשויים מחומר פרומגנטי. האם יש לך משהו בכיסים? לא. וגם אצל השני אין.

אנחנו מרכיבים לילד כובע המכיל חמישה סלילי סימון. לאחר מכן אנו מבצעים דיגיטציה של צורת ראשו של הילד, או כפי שאנו מכנים זאת, יוצרים רישום של ראשם. לאחר מכן אנו מכניסים את הילד לתוך ה-MSR או "חללית החלל" כדי שיהיה מוכן לשחק במשחק, בזמן שאנו מכינים את העניבה.

בתוך ה-MSR, מוקרן על המסך שמעליהם סרט לבחירתם. ברגע שהם שוכבים בנוחות, אנו סוגרים את הדלת והרכישה מתחילה. הניסוי יימשך בדרך כלל כ-20 דקות.

אנו מזמינים את הילד לשחק במשחק בתוך חללית בזמן שהוא צופה בסרט ללא קול. במקרה שלנו, הילדים מקשיבים בריכוז לסדרה של משפטים וחוזרים על המילה cheese ברגע שהם שומעים אותה. הריח של ה-cheese מהתרמיל של הקופים.

עבודה טובה. הגבינה גזר, עבודה מצוינת. גירויים אקוסטיים, כגון דיבור, מועברים לאוזני הילד דרך צינוריות הפלסטיק שאתם רואים על חזה הילד. אנו משתמשים במגני אוזניים מספוג בגודל המתאים לילדים כדי להתאים את הצינוריות בתוך אוזניהם.

במהלך איסוף הנתונים, הילד נמצא תחת ניטור רציף באמצעות וידאו במעגל סגור, והנסיינים יכולים לתקשר עם הילד באמצעות מיקרופון. לפני מדידת ה-MEG, מקבעים חמישה סלילי סימון על כובע שחייה, אשר מונח לאחר מכן על ראשו של הילד. במהלך מדידות ה-MEG, אלו משמשים למדידה ולניטור של מיקום הראש ותנועתו לאורך כל תהליך איסוף הנתונים.

החוקר וההורה, במידה והם חפצים בכך, נשארים עם הילד בחדר המוגן בכל עת. זאת כדי להבטיח שהילד מרגיש בנוח ושהתנועה תהיה מינימלית. בתום הניסוי, מקבלים הילדים פרס כגמול על ביצוע נכון של המטלה.

אם כן, באיזו מדבקה תרצו לבחור? זו אחת כאן וזו שם. מי מכם שמכיר ילדים בגיל הגן ידע שהבחירה הראשונה שלהם לא תהיה לשכב ללא תנועה בחדר מוגן מגנטית.

אנו משתמשים במספר טכניקות כדי להפוך הן את הסביבה והן את התהליך לידידותיים לילדים. המעבדה מלאה במדבקות ובצעצועים רכים המותאמים לילדים. הבדיקות מבוצעות לאורך שלושה עד חמישה ביקורים במעבדה.

הפגישה הראשונה משמשת בדרך כלל כדי להכיר לילד את החוקרים ואת סביבת ה-MEG. הילד צופה בצעצוע, בבעל חיים כמו דוב, או בקרמיט הצפרדע. עברו עם הילד על כל השלבים שבהם הוא יעבור.

אנו מציגים תמה עבור מפגשי הבדיקה. מערכת ה-MEG היא חללית הממתינה לקחת את הילדים להרפתקה בחלל. יש לנו חוברות עבודה המבוססות על תמה זו, המסבירות את השלבים שבהם נעבור, ולאחר מכן מציירים סביבם בעזרת צבעון.

בדיוק כפי שאנחנו מציירים תמונה של הראש שלך. זה חשוב ביותר שילדים יוכלו להישאר ללא תנועה הן בזמן הדיגיטציה והן בזמן הבדיקה. אוקיי, עכשיו אנחנו צריכים לקפוא.

האם אתם יכולים לקפוא כך? אנחנו מעבירים זאת על ידי כך שאנו מבקשים מהילדים להראות לנו איך הם קופאים. עבודה טובה.

די טוב. הקפאה. החשיבות של היכולת להקפיא מודגשת בכל ביקור במעבדה. חשוב גם להבטיח שלילדים תהיה הבנה של כל שלב בניסוי.

אנו מסבירים את השלבים לילדים בשפה שהם יכולים להבין. לדוגמה, אנו מתייחסים למכסה המכילה את סלילי הסימון כקסדה של אסטרונאוט. האם אתם כבר מרגישים כמו אסטרונאוטים?

אנו מתארים את הדיגיטציה כצילום תמונה של ראשם. אם ילד נראה ביישן או חרד, נשתמש לעיתים קרובות בבובות כדי להמחיש במה עוסק הניסוי. אנו גם מבקשים מהילדים את עזרתם כדי להעניק להם הבנה טובה יותר של הפעולות שעומדות להתבצע.

ילדים בדרך כלל שמחים לעזור לבובה להיכנס לחדר המוגן מגנטית. אם הילד עדיין אינו מעוניין להיכנס לחדר המוגן מגנטית, אנו פשוט מקדישים זמן למשחק עד שהם מרגישים בנוח יותר. כאשר הילדים מורגלים בכל השלבים בפרוטוקול שלנו, אנו מציגים את המטלה הניסויית שיש לבצע בתוך ה-MSR.

ממ. אז אתה זוכר מהי המילה הקסומה שהיית צריך לחזור עליה? לא שמעתי את זה. אני יכול לשמוע?

תוכל לחזור על זה שוב? כן. גבינה. אז, למשל, אם אני אומר משהו כמו, לפני כמה ימים הלכתי לפארק וראיתי חתיכת גבינה. מה אתם עושים?

כפי שניתן לראות, ביצוע מחקרי דימות מוחי בילדים דורש טכנולוגיה ייעודית, והליכים החורגים מאלו המשמשים בדרך כלל במחקרים עם מבוגרים. ראשית, פיתחנו קסדת MEG במידה מותאמת, שנועדה להתאים לראשם של ילדים ולהגביל את תנועת הראש שלהם. שנית, הפכנו את המעבדה לידידותית לילדים באמצעות אמנות קיר ובובות פרווה.

אנו משתמשים בשיטות שהותאמו לצרכים ולמוטיבציה של ילדים צעירים. המעבדה שלנו תוכננה למדידת תפקוד קוגניטיבי של המוח בילדים צעירים בריאים ועירים. לפיכך, הדרישות שונות במקצת מאלו שניתן להיתקל בהן בבדיקות הדמיה נוירולוגית פדיאטריות אחרות.

הופעתן של מערכות MEG לילדים היא התקדמות חשובה עבור מדעי המוח הקוגניטיביים. היא תאפשר לנו להשיג מדידות של תפקוד המוח בטווח גילים שבו מתרחש מבנה מרתק ודרמטי של תפקוד המוח. נכון לעכשיו, אנו יודעים מעט מאוד על תהליכי התפתחות אלו.

אנו מקווים למלא פער זה על ידי חקר תפקוד המוח של ילדים באמצעות MEG.