Misurazione della funzione cerebrale Neuromagnetic In bambini in età prescolare con dimensioni personalizzate MEG

Ciao, sono Steven Crane. Sono co-direttore del KIT Macquarie Brain Research Lab. Il laboratorio fa parte del Macquarie Center for Cognitive Science presso la Macquarie University di Sydney, in Australia.

Ciao, sono Illa Dessan e lavoro presso il Macquarie Center for Cognitive Science della Macquarie University. Ciao, sono Melanie Reed e lavoro presso il Macquarie Center for Cognitive Science. Alla Macquarie University utilizziamo la magnetoencefalografiа, o MEG, per studiare i meccanismi cerebrali alla base dell'acquisizione rapida del linguaggio nei bambini di età compresa tra i due e i sei anni.

La MEG misura i campi magnetici prodotti dalla corteccia cerebrale. Utilizzando la MEG, possiamo osservare quali aree cerebrali sono attive durante l'elaborazione del linguaggio e come queste diverse aree interagiscono. Esistono due difficoltà nel lavorare con bambini piccoli usando qualsiasi sistema di imaging cerebrale.

Innanzitutto, l'ambiente tipico del laboratorio non è adatto ai bambini. In secondo luogo, per partecipare a uno studio MEG, ai bambini deve essere richiesto di mantenere al minimo i movimenti e devono essere in grado di concentrarsi su un compito per un periodo di tempo prolungato. È stato quindi importante per noi sviluppare un protocollo che ci permettesse di utilizzare la MEG mantenendo al contempo un'esperienza piacevole per i bambini.

Detto ciò, i vantaggi della MEG superano di gran lunga gli svantaggi. La MEG è uno strumento prezioso per misurare la funzione cerebrale nei bambini grazie alla sua elevatissima risoluzione temporale e alla buona risoluzione spaziale, e poiché è completamente non invasiva, non comporta alcun rischio concepibile per il tessuto nervoso dei bambini. A differenza della MEG, altre tecniche di neuroimaging utilizzano forti campi magnetici e farmaci radioattivi che potrebbero rappresentare un rischio per i bambini piccoli.

Una delle caratteristiche principali del nostro sistema MEG pediatrico è che è stato progettato specificamente per essere utilizzato con bambini piccoli. Il sistema di dimensioni personalizzate è stato sviluppato in collaborazione con l'Istituto di Tecnologia Kanawa e la Yokogawa Electric Corporation. Nel video seguente, spiegheremo perché è stato necessario sviluppare un sistema MEG personalizzato per i bambini e vi mostreremo come prepariamo i bambini per essere sottoposti a esame nel sistema MEG.

Quindi, unisciti a noi per i prossimi minuti e ti mostreremo il laboratorio. Spiegheremo i passaggi che abbiamo adottato per far sì che i bambini partecipino con piacere ai nostri studi. Un laboratorio ospita due sistemi MEG all'interno della stessa stanza schermata magneticamente.

Il sistema per adulti comprende 160 sensori distribuiti uniformemente all'interno del casco MEG, che garantisce una copertura completa dell'intera testa. Il sistema MEG pediatrico ha una disposizione simile, ma è dotato di 64 sensori, rendendo il casco più piccolo e perfettamente adatto a bambini in età prescolare e neonati. La magnetoencefalografia o imaging è una tecnica di neuroimaging che misura direttamente l'attività neuronale.

MEG può rilevare e amplificare i deboli campi magnetici generati da migliaia di neuroni attivi nella corteccia cerebrale. Il rilevamento di questi campi magnetici deboli è facilmente ottenuto mediante sensori speciali noti come SQUID o dispositivi a interferenza quantistica superconduttivi. Per far funzionare i sistemi MEG è necessaria la tecnologia superconduttiva.

I sensori richiedono un raffreddamento con elio liquido a meno 270 gradi Celsius. La seguente sequenza mostra il sistema mentre viene ricaricato con elio liquido, procedura che deve essere eseguita su base settimanale. L'elio liquido rappresenta la maggior parte dei costi operativi di un sistema MEG.

I campi magnetici generati dal cervello sono estremamente piccoli rispetto ai campi magnetici prodotti da tutti gli apparecchi presenti in un laboratorio moderno. Ciò significa che i sistemi MEG devono essere collocati all'interno di una stanza schermata magneticamente. La stanza schermata del nostro laboratorio è costituita da tre strati di perlo e un strato di rame.

La stanza pesa circa 8,5 tonnellate e il pavimento del laboratorio è dovuto essere rinforzato in modo particolare per sostenere il suo peso. Il costo della stanza schermata magneticamente rappresenta da un terzo alla metà del costo iniziale di un sistema MEG. La stanza presenta diverse aperture laterali attraverso cui è possibile proiettare stimoli visivi e far funzionare altri tipi di apparecchiature mediante cavi in fibra ottica.

La MEG misura i campi magnetici prodotti dalle cellule attive del cervello. Una tecnica correlata, l'elettroencefalografia, misura la componente elettrica di questi campi. L'EEG è una tecnologia molto più semplice e meno costosa, ma non possiede la capacità della MEG di localizzare l'attività nel cervello.

Per studi con bambini più grandi e adulti, spesso registriamo contemporaneamente EEG e MEG. Tuttavia, ciò di solito non è pratico con bambini in età prescolare a causa del tempo di preparazione più lungo richiesto per l'EEG. Poiché la MEG utilizza sensori immersi in elio liquido, i sensori si trovano in posizioni fisse all'interno di un elmetto isolante sigillato sotto vuoto.

Il casco di un sistema MEG standard per adulti è progettato per adattarsi a circa il 95% delle teste adulte. Ciò significa che le teste di dimensioni più grandi e più piccole non si adattano correttamente al casco per adulti. Questo rappresenta un problema particolare per i bambini in età prescolare, poiché il raggio delle loro teste è più piccolo di due o tre centimetri rispetto a quello delle teste adulte.

Poiché i segnali MEG diminuiscono molto rapidamente con la distanza. Ciò significa che molte delle bobine contenute in un casco per adulti non saranno efficaci per misurare i segnali provenienti dal cervello dei bambini. Un altro problema è che i bambini hanno maggiori probabilità di muovere la testa all'interno dei caschi di grandi dimensioni durante le sessioni di misurazione.

Questo provoca un degrado dei segnali MEG. Questo filmato mostra i sensori MEG in un sistema per adulti. Rispetto alla testa di un bambino, si può notare che molti dei sensori si trovano a una notevole distanza dalla superficie della testa.

Per questo motivo è utile produrre un casco MEG su misura, dimensionato in base alle dimensioni della testa dei bambini in età prescolare. In questo filmato si può notare che i sensori del nostro sistema MEG pediatrico sono tutti molto vicini alla superficie della testa. Prima di poter iniziare l'esperimento, è necessario completare diversi passaggi.

All'interno del MSR, verifichiamo se il bambino ha addosso qualcosa realizzato con materiale ferromagnetico. Hai qualcosa nelle tue tasche? No. E hanno il secondo.

Adattiamo al bambino un cappuccio che contiene cinque bobine segnale. Successivamente digitalizziamo la forma della testa del bambino o ne facciamo un disegno, come lo chiamiamo noi. Poi facciamo entrare il bambino all'interno dell'MSR o della navicella spaziale, pronto a giocare, mentre prepariamo il collegamento.

All'interno dell'MSR, viene riprodotto sullo schermo sopra un film a loro scelta. Una volta che si sono sdraiati comodamente, chiudiamo la porta e inizia l'acquisizione. L'esperimento dura tipicamente circa 20 minuti.

Invitiamo il bambino a giocare a un gioco all'interno della navicella spaziale mentre guarda un film muto. Nel nostro caso, i bambini ascoltano attentamente una serie di frasi e ripetono la parola cheese non appena la sentono. L'odore di cheese proveniente dallo zaino della scimmia.

Ottimo lavoro. Il formaggio alla carota, ottimo lavoro. Stimoli acustici, come il parlato, vengono forniti all'orecchio del bambino attraverso il tubicino di plastica che vedete sul petto del bambino. Utilizziamo inserti auricolari in schiuma di dimensioni adatte ai bambini per adattare i tubicini all'interno delle loro orecchie.

Durante l'acquisizione dei dati, il bambino viene monitorato continuamente tramite un sistema video a circuito chiuso e gli sperimentatori possono comunicare con il bambino attraverso un microfono. Prima della misurazione MEG, fissiamo cinque bobine segnalametriche su un berretto da nuoto, che viene quindi posizionato sulla testa del bambino. Durante le misurazioni MEG, queste vengono utilizzate per misurare e monitorare la posizione e i movimenti della testa per tutta la durata dell'acquisizione dei dati.

Il ricercatore e il genitore, se lo desiderano, restano con il bambino nella stanza schermata per tutto il tempo. Questo per garantire che il bambino si senta a proprio agio e che i movimenti siano ridotti al minimo. Al termine dell'esperimento, ai bambini viene consegnato un premio per aver svolto correttamente il compito.

Quale adesivo vorresti scegliere? È Uno Qui Uno Là. Coloro che conoscono i bambini in età prescolare sanno che la loro prima scelta non sarebbe quella di rimanere immobili in una stanza schermata magneticamente.

Utilizziamo diverse tecniche per rendere sia l'ambiente che il processo adatti ai bambini. Il laboratorio è decorato con adesivi e peluche adatti ai bambini. I test vengono effettuati in tre a cinque visite presso il laboratorio.

Il primo incontro viene solitamente utilizzato per presentare il bambino ai ricercatori e all'ambiente MEG. Il bambino osserva un giocattolo, un animale come un orso, o Kermit la rana. Illustrare tutti i passaggi che dovrà affrontare.

Presentiamo un tema per le sessioni di prova. Il sistema MEG è un'astronave che aspetta di portare i bambini in un'avventura spaziale. Abbiamo dei quaderni di lavoro basati su questo tema che spiegano i passaggi che affronteremo, e poi con il pastello disegniamo attorno ad esso.

Come quando disegniamo un'immagine della tua testa. È di fondamentale importanza che i bambini riescano a rimanere immobili sia durante la digitalizzazione che durante i test. Ok, ora dobbiamo restare fermi.

Puoi congelarti così? Lo comunichiamo chiedendo ai bambini di mostrarci come si congelano. Ottimo lavoro.

Abbastanza buono. Congelamento. L'importanza della capacità di congelare viene ribadita a ogni visita in laboratorio. È inoltre importante garantire che i bambini comprendano ciascun passaggio dell'esperimento.

Spieghiamo i passaggi ai bambini utilizzando un linguaggio che possono comprendere. Ad esempio, definiamo il cappuccio contenente le bobine del marcatore come un casco da astronauta. Ti senti già un astronauta?

E descriviamo la digitalizzazione come il disegno di un'immagine della loro testa. Se un bambino appare timido o ansioso, spesso utilizziamo burattini per illustrare di cosa tratta l'esperimento. Chiediamo inoltre ai bambini di aiutarci, in modo da offrire loro una comprensione migliore di ciò che andremo a fare.

I bambini di solito sono felici di aiutare un pupazzo a entrare nella stanza schermata magneticamente. Se il bambino non vuole ancora entrare nella stanza schermata magneticamente, prevediamo semplicemente dei periodi di gioco finché non si sentirà più a proprio agio. Quando i bambini si sono abituati a tutti i passaggi del nostro protocollo, introduciamo il compito sperimentale che deve essere svolto all'interno della MSR.

Mm. Allora, ti ricordi qual è la parola magica che dovevi ripetere? Non l'ho sentita. Posso?

Puoi ripeterlo? Sì. Formaggio. Quindi, per esempio, se dico qualcosa come: l'altro giorno sono andato al parco e ho visto un pezzo di formaggio. Cosa fai?

Come puoi vedere, condurre studi di imaging cerebrale con bambini richiede tecnologie specializzate e procedure aggiuntive rispetto a quelle tipicamente utilizzate negli studi con adulti. In primo luogo, abbiamo sviluppato un casco MEG su misura, progettato per adattarsi alla testa dei bambini e limitarne i movimenti della testa. In secondo luogo, abbiamo reso il laboratorio accogliente per i bambini utilizzando disegni murali e peluche.

Utilizziamo metodi adattati alle esigenze e alla motivazione dei bambini piccoli. Il nostro laboratorio è progettato per misurare la funzione cerebrale cognitiva in bambini sani e svegli. Pertanto, i requisiti sono leggermente diversi rispetto a quelli che potrebbero incontrarsi in altri contesti di neuroimmagini pediatriche.

L'avvento dei sistemi MEG pediatrici rappresenta un progresso importante per le neuroscienze cognitive. Permetterà di ottenere misurazioni della funzione cerebrale in una fascia d'età in cui avvengono processi affascinanti e drammatici di organizzazione della funzione cerebrale. Attualmente, sappiamo molto poco su questi processi di sviluppo.

Speriamo di colmare questa lacuna studiando la funzione cerebrale dei bambini mediante MEG.