Özel Ölçekli MEG ile Okul Öncesi Çocuk Neuromagnetic Beyin Fonksiyonu Ölçümleri

Merhaba, ben Steven Crane. KIT Macquarie Beyin Araştırma Laboratuvarı'nın eş direktörüyüm. Laboratuvar, Avustralya'nın Sidney şehrindeki Macquarie Üniversitesi'nde bulunan Macquarie Kognitif Bilim Merkezi'nin bir parçasıdır.

Merhaba, ben Illa Dessan ve Macquarie Üniversitesi'ndeki Macquarie Bilişsel Bilimler Merkezi'nde çalışıyorum. Merhaba, ben Melanie Reed ve Macquarie Bilişsel Bilimler Merkezi'nde çalışıyorum. Macquarie Üniversitesi'nde, iki ila altı yaş arasındaki çocuklarda dilin hızlı ediniminin altında yatan beyin mekanizmalarını incelemek için magnetoensefalografi veya MEG kullanıyoruz.

MEG, beyin korteksi tarafından üretilen manyetik alanları ölçer. MEG kullanarak, dil işleme sırasında hangi beyin bölgelerinin aktif olduğunu ve bu farklı bölgelerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini gözlemleyebiliriz. Herhangi bir beyin görüntüleme sistemiyle küçük çocuklarla çalışırken karşılaşılan iki temel zorluk vardır.

Birincisi, tipik laboratuvar ortamı çocuklara uygun değildir. İkincisi, bir MEG çalışmasına katılmak için çocukların hareketlerini minimumda tutmaları konusunda yönlendirilmesi ve uzun bir süre boyunca bir göreve odaklanmalarının gerekmesi gerekir. Bu nedenle, aynı zamanda çocuklar için keyifli olan ve MEG kullanmamıza olanak tanıyan bir protokol geliştirmemiz bizim için önemliydi.

Bununla birlikte, MEG'in faydaları karşılaşılan zorlukların çok üzerindedir. MEG, son derece yüksek temporal çözünürlüğü ve iyi spatial çözünürlüğü sayesinde çocuklarda beyin fonksiyonlarını ölçmek için değerli bir araçtır ve tamamen non-invaziv olduğu için çocukların nöral dokusu için öngörülebilir herhangi bir risk teşkil etmez. MEG'in aksine, kullanılan diğer nörogörüntüleme teknikleri, küçük çocuklar için risk oluşturabilecek güçlü manyetik alanlar ve radyofarmasötikler kullanmaktaydı.

Çocuk MEG sistemimizin temel özelliklerinden biri, özellikle küçük çocukların kullanımı için tasarlanmış olmasıdır. Özel boyutlu sistem, Kanawa Teknoloji Enstitüsü ve Yokogawa Electric Corporation ile iş birliği içinde geliştirilmiştir. İzleyeceğiniz videoda, çocuklar için özelleştirilmiş bir MEG sistemi geliştirmenin neden gerekli olduğunu açıklayacağız ve çocukları MEG sisteminde incelenmek üzere nasıl hazırladığımızı göstereceğiz.

Önümüzdeki birkaç dakika boyunca bize katılın ve size laboratuvarı gezdirelim. Çocukların çalışmalarımıza katılmaktan keyif almalarını sağlamak için attığımız adımları açıklayacağız. Laboratuvar, aynı manyetik korumalı oda içerisinde yer alan iki MEG sistemine sahiptir.

Yetişkin sistemi, tüm baş kapsama alanı sunan MEG kaskının içine eşit şekilde yayılmış 160 sensörden oluşur. Çocuk MEG sisteminin benzer bir düzeni vardır, ancak kaskı daha küçük kılan ve okul öncesi çocuklar ile bebekler için mükemmel şekilde uygun hale getiren 64 sensöre sahiptir. Magnetoensefalografi veya görüntüleme, nöronal aktiviteyi doğrudan ölçen bir nörogörüntüleme tekniğidir.

MEG, beyin korteksindeki binlerce aktif nöron tarafından üretilen zayıf manyetik alanları tespit edebilir ve yükseltebilir. Bu zayıf manyetik alanların tespiti, SQUID'ler veya süperiletken kuantum girişim cihazları olarak bilinen özel sensörlerle kolayca gerçekleştirilir. MEG sistemlerini çalıştırmak için süperiletken teknoloji gereklidir.

Sensörlerin eksi 270 °C'de sıvı helyum ile soğutulması gerekmektedir. Aşağıdaki sekans, haftalık olarak yapılması gereken sıvı helyum ile sistemlerin doldurulma işlemini göstermektedir. Sıvı helyum, bir MEG sisteminin işletme maliyetlerinin çoğunu oluşturur.

Beyinden gelen manyetik alanlar, modern bir laboratuvardaki tüm ekipmanlar tarafından üretilen manyetik alanlara kıyasla son derece küçüktür. Bu durum, MEG sistemlerinin manyetik olarak zırhlanmış bir odada barındırılması gerektiği anlamına gelir. Laboratuvarımızdaki zırhlı oda, üç kat perlo ve bir kat bakırdan inşa edilmiştir.

Oda yaklaşık 8,5 ton ağırlığındadır ve laboratuvar zemini bu ağırlığı taşıyabilmesi için özel olarak güçlendirilmiştir. Manyetik olarak zırhlanmış odanın maliyeti, bir MEG sisteminin sermaye maliyetinin üçte birini ila yarısını oluşturur. Görsel uyaranların odaya yansıtılabilmesi ve diğer ekipmanların fiber optik kablolar aracılığıyla çalıştırılabilmesi için odanın yan kısımlarında bir dizi port bulunmaktadır.

MEG, beynin aktif hücreleri tarafından üretilen manyetik alanları ölçer. İlgili bir teknik olan elektroensefalografi ise bu alanların elektriksel bileşenini ölçer. EEG çok daha basit ve daha az maliyetli bir teknolojidir, ancak MEG'nin beyindeki aktiviteyi lokalize etme yeteneğine sahip değildir.

Daha büyük çocuklar ve yetişkinlerle yapılan çalışmalarda, genellikle EEG ve MEG kayıtlarını aynı anda alırız. Ancak, EEG için gereken kurulum süresinin uzunluğu nedeniyle bu durum okul öncesi çocuklarda genellikle pratik değildir. MEG, sıvı helyuma batırılmış sensörler kullandığından, sensörler vakum mühürlü yalıtkan bir kask içerisinde sabit konumdadır.

Standart bir yetişkin MEG sisteminin kaskı, yetişkin başlarının yaklaşık %95'ine uyacak şekilde tasarlanmıştır. Bu durum, en büyük ve en küçük başların yetişkin kaskına tam olarak oturmadığı anlamına gelir. Bu durum, baş yarıçapları yetişkin başlarından iki ila üç santimetre kadar daha küçük olduğu için okul öncesi çağdaki çocuklar için özellikle bir sorundur.

MEG sinyalleri mesafe ile birlikte çok hızlı azaldığı için, yetişkin kasklarındaki sensörlerin çoğu çocuk beyinlerinden gelen sinyalleri ölçmekte etkili olmayacaktır. Bir diğer sorun ise çocukların, ölçüm seansları sırasında büyük kasklar içerisinde başlarını hareket ettirmeye daha meyilli olmalarıdır.

Bu durum, MEG sinyallerinin bozulmasına neden olur. Bu klip, yetişkin sistemindeki MEG sensörlerini göstermektedir. Bir çocuğun başı ile kıyaslandığında, sensörlerin çoğunun baş yüzeyinden oldukça uzak olduğunu görebilirsiniz.

Bu nedenle, okul öncesi çağdaki çocukların başlarına uygun, özel boyutlandırılmış bir MEG kaskı üretmek değerlidir. Bu klipte, çocuk MEG sistemimizin sensörlerinin tamamının baş yüzeyine çok yakın olduğunu görebilirsiniz. Deneye başlayabilmemiz için birkaç adımın tamamlanması gerekmektedir.

MSR'nin içinde, çocuğun üzerinde ferromanyetik malzemeden yapılmış herhangi bir şey olup olmadığını kontrol ediyoruz. Ceplerinde herhangi bir şey var mı? Hayır. Ve ikinciler de öyle.

Çocuğun başına beş adet işaretleyici bobin içeren bir başlık takıyoruz. Ardından, çocuğun baş şeklini dijitalleştiriyoruz veya bizim tabirimizle başlarının bir çizimini yapıyoruz. Kravatı hazırlarken, çocuğu oyun oynaması için MSR'nin veya uzay gemisinin içine alıyoruz.

MSR içerisinde, yukarıdaki ekranda seçtikleri bir film oynatılır. Rahat bir şekilde uzandıklarında, kapıyı kapatırız ve veri toplama işlemi başlar. Deney tipik olarak yaklaşık 20 dakika sürer.

Çocukları, sessiz bir film izlerken uzay gemisinin içinde bir oyun oynamaya davet ediyoruz. Bizim durumumuzda, çocuklar bir dizi cümleyi dikkatle dinler ve "peynir" kelimesini duydukları anda tekrarlar. Maymunun sırt çantasındaki peynir kokusu.

İyi iş. Havuç peyniri, mükemmel iş. Konuşma gibi akustik uyaranlar, çocuğun göğsünde gördüğünüz plastik tüpler aracılığıyla kulaklarına iletilir. Tüplerin kulaklarına oturması için çocuk boyutunda köpük kulaklıklar kullanıyoruz.

Veri toplama sırasında çocuk, kapalı devre video ile sürekli olarak izlenir ve deneyciler mikrofon aracılığıyla çocukla iletişim kurabilirler. MEG ölçümü öncesinde, çocuğun başına yerleştirilecek olan bir yüzücü bonesine beş adet marker bobini sabitleriz. MEG ölçümleri sırasında bunlar, veri toplama boyunca baş konumunu ve hareketini ölçmek ve izlemek için kullanılır.

Araştırmacı ve, istemeleri halinde, ebeveyn, çocukla birlikte her zaman zırhlı odada kalır. Bu, çocuğun rahat etmesini sağlamak ve hareketleri en aza indirmek içindir. Deneyin sonunda, görevi doğru şekilde yerine getiren çocuklara ödül olarak bir hediye verilir.

Peki, hangi çıkartmayı seçmek istersiniz? İşte burada bir tane, orada da bir tane. Okul öncesi yaştaki çocuklarla arası iyi olanlar, onların ilk tercihinin manyetik olarak kalkanlanmış bir odada hareketsizce yatmak olmayacağını bilirler.

Hem ortamı hem de süreci çocuk dostu hale getirmek için bir dizi teknik kullanıyoruz. Laboratuvar, çocuk dostu çıkartmalar ve yumuşak oyuncaklarla donatılmıştır. Testler, laboratuvara yapılacak üç ila beş ziyaret süresince gerçekleştirilir.

İlk görüşme genellikle çocuğu araştırmacılarla ve MEG ortamıyla tanıştırmak için kullanılır. Çocuk bir oyuncağı, bir hayvanı (ayı) veya kurbağa Kermit'i izler. Çocuğun geçeceği tüm aşamalar üzerinden beraber geçilir.

Test oturumları için bir tema belirliyoruz. MEG sistemi, çocukları bir uzay macerasına çıkarmayı bekleyen bir uzay gemisidir. Bu temaya dayalı olarak hazırladığımız, izleyeceğimiz adımları açıklayan çalışma kitapçıklarımız mevcuttur ve ardından boya kalemleriyle çevresini çiziyoruz.

Tıpkı başınızın resmini çiziyormuşuz gibi. Hem dijitalleştirme hem de test aşamaları sırasında çocukların hareketsiz kalabilmeleri hayati önem taşır. Tamam, şimdi donmamız gerekiyor.

Böylece donabilir misiniz? Bunu, çocuklardan bize nasıl donduklarını göstermelerini isteyerek iletiyoruz. Aferin.

Oldukça iyi. Dondurma işlemi. Dondurabilmenin önemi, laboratuvardaki her ziyarette pekiştirilmektedir. Ayrıca, çocukların deneyin her bir adımını anlamalarını sağlamak da önemlidir.

Adımları çocukların anlayabileceği bir dil kullanarak açıklıyoruz. Örneğin, işaretleyici bobinleri içeren başlığa bir astronot kaskı diyoruz. Kendini şimdiden bir astronot gibi hissediyor musun?

Dijitalleştirme işlemini, başlarının bir resmini çizmek olarak tanımlıyoruz. Eğer bir çocuk utangaç veya kaygılı görünürse, deneyin ne hakkında olduğunu örneklendirmek için sıklıkla kuklalar kullanırız. Ayrıca, ne yapacağımızı daha iyi anlamalarını sağlamak amacıyla çocuklardan yardım istiyoruz.

Çocuklar genellikle bir kuklanın manyetik olarak korumalı odaya girmesine yardım etmekten mutluluk duyarlar. Eğer çocuk hâlâ manyetik olarak korumalı odaya girmek istemiyorsa, kendilerini daha rahat hissedene kadar basit oyun süreleri tanırız. Çocuklar protokolümüzdeki tüm adımlara aşina olduklarında, manyetik korumalı oda içerisinde gerçekleştirilecek deneysel görevi tanıtırız.

Mm. Peki, tekrar etmen gereken sihirli kelimenin ne olduğunu hatırlıyor musun? Onu duyamadım, duyabildim mi?

Tekrar söyleyebilir misiniz? Evet. Peynir. Örneğin, geçen gün parka gittim ve bir parça peynir gördüm gibi bir şey söylersem ne yaparsınız?

Gördüğünüz üzere, çocuklarla beyin görüntüleme çalışmaları yürütmek uzmanlaşmış teknoloji gerektirir ve yetişkinlerle yapılan çalışmalarda tipik olarak kullanılanların ötesinde prosedürler gerektirir. İlk olarak, çocukların başlarına uygun olacak ve baş hareketlerini sınırlayacak şekilde tasarlanmış, özel boyutlu bir MEG kaskı geliştirdik. İkinci olarak, duvar sanatları ve peluş oyuncaklar kullanarak laboratuvarı çocuklar için uygun hale getirdik.

Küçük çocukların ihtiyaçlarına ve motivasyonlarına uyarlanmış yöntemler kullanıyoruz. Laboratuvarımız, sağlıklı ve uyanık durumdaki küçük çocuklarda bilişsel beyin fonksiyonlarını ölçmek için tasarlanmıştır. Bu nedenle, gereksinimler pediatrik nörogörüntülemede karşılaşılabilecek diğer gereksinimlerden biraz farklıdır.

Çocuk MEG sistemlerinin ortaya çıkışı, bilişsel nörobilim için önemli bir ilerlemedir. Bu sistemler, beyin fonksiyonlarının büyüleyici ve çarpıcı bir şekilde yapılandığı yaş aralığında beyin fonksiyonu ölçümleri yapmamıza olanak tanıyacaktır. Mevcut durumda, bu gelişimsel süreçler hakkında çok az bilgiye sahibiz.

MEG kullanarak çocukların beyin fonksiyonlarını inceleyerek bu boşluğu doldurmayı hedefliyoruz.