기능 Transcranial 도플러 초음파를 사용하여 어린이의 대뇌 Lateralization 평가 (fTCD)

이 절차의 전반적인 목적은 아동 친화적인 방식을 사용하여 뇌의 언어 기능적 측방화를 결정하는 것입니다. 이는 먼저 초음파 프로브를 머리에 적용하여 각 뇌 반구의 중대뇌동맥 혈류 속도를 모니터링함으로써 수행됩니다. 이 절차의 두 번째 단계는 참가자가 언어 과제를 수행하는 동안 혈류를 모니터링하는 것입니다.

절차의 세 번째 단계는 언어 과제가 수행된 관심 기간 동안 좌우 뇌 반구에서 평균 도플러 신호를 추출하는 것입니다. 절차의 마지막 단계는 좌우 활성화의 차이를 조사하여 편측화 지수를 산출하는 것입니다. 양수 값은 좌측 편측화를 나타내며, 음수 값은 우측 편측화를 나타냅니다.

궁극적으로, 서로 다른 연령대의 아동이나 발달 장애 유무에 따른 그룹 간의 뇌 측방화를 비교하는 데 사용할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다. 기능적 자기공명영상과 같은 기존 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은 피실험자가 가만히 있을 필요가 없으며, 비용이 상대적으로 저렴하고 휴대 가능하다는 점입니다. 실험 절차의 시연은 저희 연구실의 연구 보조원인 Georgina Holt와 박사후 연구원인 Nick Badcock이 맡아 진행하겠습니다.

본 영상에서는 아동의 언어 측성화를 평가하기 위한 기능적 뇌혈류 초음파(functional transcranial Doppler ultrasound, fTCD)의 사용 방법을 시연합니다. 시스템은 헤드셋에 부착된 초음파 프로브가 포함된 multi DOPP, 피험자에게 영상을 보여주는 데 사용되는 자극 컴퓨터, 그리고 청각적 응답을 기록하기 위한 음성 녹음기로 구성됩니다. 참가자가 도착하기 전에 multi DOPP를 설치하십시오. 동반된 텍스트 및 제품 매뉴얼에 설명된 대로 모든 연결 상태를 확인하고, 적절한 수준의 초음파가 사용되도록 제한 설정이 되었는지 확인하십시오.

세션을 시작하기 전에 아이가 화장실에 갈 필요가 있는지 확인하여 아이가 편안한 상태가 되도록 하는 것이 중요합니다. 세션은 20분에서 30분 정도 소요되며, 대근육 운동이 도플러 신호를 방해할 수 있기 때문입니다. 장난감 동물을 사용하여 참가자에게 도플러 헤드셋을 시연하십시오. 아이가 기꺼이 헤드셋을 착용하도록 하고, 헤드셋을 편안하고 단단하게 위치시키십시오.

초음파 프로브를 준비하는 동안 multi do 시스템을 일시 정지 상태로 전환하십시오. 아이가 DVD를 시청하는 동안 프로브와 피부 사이에 가능한 최선의 접촉이 유지되도록 각 프로브에 초음파 젤을 충분히 도포하십시오. 젤이 도포된 프로브를 머리 양측의 두개골 측두창(temporal window) 부위에 배치하십시오.

뼈가 가장 얇은 귀 바로 앞부분입니다. 멀티 도플러를 시작하고, 중대뇌동맥의 신호를 잡을 수 있도록 프로브의 위치를 조정하십시오. 만족스러운 신호는 특유의 소리와 시각적 패턴을 나타냅니다.

이것은 잘못 위치한 프로브로 인해 나타나는 시각적 패턴의 예시입니다. 소리가 나지 않는다는 점에 유의하십시오. 이것이 특징입니다.

적절하게 위치한 프로브로부터 피험자의 심박동 소리가 낮게 들립니다. 양호한 신호를 유지하면서, 필요한 경우 게인을 높이되 출력은 가능한 한 최대한 낮추십시오. 양측 중대뇌동맥의 신호가 모두 만족스러우면, 멀티 도플러의 오디오 출력을 낮추고 정지 화면을 사용하여 아이에게 3단계 절차를 설명하십시오.

좋습니다. 영상을 조금 시청하시다 보면 이런 기호를 보게 될 것입니다. 이것이 무엇인지 아시겠나요? 물음표인가요?

네. 물음표가 보이면, 영상에서 어떤 일이 일어났는지 저에게 말씀해 주세요. 펭귄들이 무엇을 하고 있었는지, 무엇을 가지고 놀았는지, 무엇을 먹었는지 등 알고 있는 내용을 최대한 많이 알려주시면 됩니다. 그리고 영상 내용을 다 말씀하신 후에, 소년이 "쉿" 하고 있는 사진이 보일 거예요. 그 사진이 보이면, 아주 조용히 가만히 계시면서 더 이상 말씀하시지 말고 멈춰 주세요. 알겠죠.

잠시만 기다려 주시면 비디오가 다시 재생됩니다. 녹화 장치를 작동시키고 시작하십시오. 한 명의 실험자가 아동이 과제에 집중하도록 유도하고 아동의 발화를 기록하는 역할을 맡을 때 시험 테스트가 가장 효율적으로 진행됩니다.

그 일에서는 무슨 일이 있었나요? 그는 여자친구의 모자를 쓰고 밖으로 나갔습니다. 아주 좋네요.

그리고 그의 모자와 목도리는 무슨 색이었나요? 좋습니다. 아주 잘하셨습니다. 잘하셨어요.

두 번째로, 적절한 신호가 유지되는지 확인하기 위해 실험자는 멀티미터를 모니터링해야 합니다. 신호가 현저히 방해되는 경우, 디스플레이 컴퓨터를 일시 정지하고 필요에 따라 겔을 더 도포하여 프로브를 재조정하십시오.

아동의 행동을 관찰하며 아동이 편안하고 이완된 상태인지 확인하십시오. 다음은 한 차례의 시행 예시입니다. 자극 컴퓨터의 프로그램은 이벤트의 타이밍을 정확하게 유지하며, 언어 활성화 기간의 시작을 나타내는 마커 펄스를 Doppler 데이터 파일로 전송합니다.

어린이를 대상으로 한 이 절차에서는 30회의 시도를 기록합니다. 정확한 측방화 추정을 위해 최소 20회의 시도를 권장합니다. 실험 절차가 완료되면 다채널 기록을 중단하고 프로브를 제거하십시오.

티슈를 사용하여 피험자의 몸에 남은 과도한 젤을 제거합니다. 참여에 대한 감사의 표시로 아이에게 간식을 줍니다. 다음은 혈류 속도 원시 데이터의 깨끗한 기록입니다.

한 번의 실험 시행 동안, 각 가시적 펄스는 한 번의 심박동에 해당합니다. 자극 시작을 나타내는 이벤트 마커는 녹색으로 표시됩니다. 여기서는 신호 상태가 좋지 않아 간헐적으로 끊겼던 실험 세션의 일부 데이터 기록을 확인할 수 있습니다.

이 섹션들은 아티팩트 제거 절차에 의해 기록에서 자동으로 삭제됩니다. 이 플롯은 왼쪽 채널의 EPOCH 전체 평균 신호와 모든 수용 가능한 시도(trial)에 대해 평균화된 오른쪽 채널의 신호를 보여줍니다. 참가자 그룹의 경우, 언어 활성화 기간이 녹색으로 표시되어 있습니다.

이 패널은 도플러 속도의 좌우 차이를 보여줍니다. 측방성 계산에 사용된 관심 기간이 녹색으로 표시되어 있습니다. 차이 속도를 둘러싼 회색 음영 영역은 평균의 표준 오차를 나타냅니다.

이 기법은 적절히 개발된 후 제대로 수행한다면 약 30분 내에 적용할 수 있습니다. 이 기법은 발달 신경심리학 연구자들이 미취학 아동의 뇌 측성화를 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다.