Wir danken Hubertus Lohmann für die gemeinsame Nutzung seiner Expertise in fTCD Techniken. Diese Arbeit wurde vom Wellcome Trust-Zuschüssen finanziert Nr. 082498/Z/07/2.

1. Mit fTCD zu Sprache Lateralisation in Kinder zu bewerten <ol><li> Wo möglich, machen wir das Kind mit Bildern, die Zeichen aus dem Video-Geschichten in einer separaten Sitzung, bevor Sie sie auf Doppler-System. </li><li> Es ist wichtig, dass dieses Verfahren eine ausreichende Studien umfasst, um eine zuverlässige Messung zu erhalten: im Idealfall 20 oder mehr, obwohl wir haben nützliche Daten mit nur 10 bis 15 Studien erhalten. Jeder Versuch wird mit einer Frist von Entspannung, um als Grundlage verwendet werden, durch die Sprache Aktivierung gefolgt. Blutflussgeschwindigkeit während der Dauer der Aktivierung ist von der Baseline verglichen. Wir haben festgestellt, dass es möglich ist, die Zeit nutzen, während das Kind passiv beobachtet ein 12 Sekunden Video-Clip als Ausgangswert. Dies hilft zu vermeiden Langeweile. Die Grundlinie wird durch ein 10 Sekunden Reaktionszeit Zeitraum, in dem das Kind gebeten, zu beschreiben, was passiert ist, gefolgt. Dies wird durch eine 16 Sekunden Ruhezeit gefolgt. </li><li> Der Zeitpunkt des Verfahrens ist wichtig, um Veränderungen in Blutflussgeschwindigkeit durch metabolischen Anforderungen, die dauern kann bis 7 Sekunden zu erkennen. Wir verwenden EDV Aufgaben, in der Aufmachung oder Matlab geschrieben, die das Timing der einzelnen Studien zu kontrollieren. Entscheidend ist, diese Programme auch senden Impulse an die Hardware, die eine Markierung von Datensätzen in die Doppler-Daten-Datei zu Beginn der Aktivierung Zeitraum anzuzeigen. Diese sind in der Datenanalyse verwendet werden, um Perioden der Baseline und Aktivierung der Blutfluss zu bestimmen. </li><li> Wir verwenden eine Multi-Dop-System, die Ultraschall-Aufnahme ermöglicht vom linken und rechten Seite gleichzeitig. Am besten ist es die Multi-Dop-System aufgebaut und bereit zu gehen, bevor die Teilnehmer ankommt. Sicherstellen, dass die Sonden an den Multi-Dop-System sind vor dem Einschalten angeschlossen. Prüfen Sie, ob der Reiz Computer angeschlossen ist, über die parallele Schnittstelle, um die Multi-Dop-Computer und Impulse von einem auf den anderen zu sehen sind. Sicherstellen, dass die Hochpassfilter bis 300 Hz ist für beide Seiten festlegen und überprüfen Sie die Tiefe der Beschallungswinkel (45-55 mm) und die Leistung des Signals. Das System hat Grenzen für die verschiedenen Parameter einstellen, um sicherzustellen, dass nur sichere Werte verwendet werden können. </li><li> Ein Teilnehmer-Code sollte in den Multi-Dop-Dateien aufgezeichnet werden, um für die Bedingung, eine Gruppe oder demografische Daten Matching. </li><li> Das System sollte dann angehalten, während der Vorbereitung der Sonden werden. Jeder Ultraschall-Sonde ist mit Gel, das ein Kontakt zwischen der Sonde und der Haut bietet abgedeckt. Verwenden Sie eine großzügige Menge des Gels zu erhalten die besten Kontakt möglich. </li><li> Nun ist es Zeit, um die Sitzung zu starten. Prüfen Sie, ob das Kind auf die Toilette vor dem Start gehen muss! Wir zeigen das Headset mit Stofftiere, und stellen Sie sicher, dass das Kind über das, was passieren wird und was sie werden gebeten, nicht versteht. Es ist besonders wichtig, dass sie die Notwendigkeit zu halten nach der Aktivierung Zeitraum still zu verstehen, so dass das Signal auf den Ausgangswert zurück. Kinder sollten bequem sitzen wie eine vollständige Aufgabe zwischen 20 und 30 Minuten dauern kann und eine Menge grober Körperbewegungen können mit dem Doppler-Signal stören. </li><li> Der schwierigste Teil des Verfahrens ist die Positionierung der Gel-beschichteten Sonden. Neue Benutzer sollten sich bewusst sein, dass sie die Praxis braucht, um Experte zu werden in diesem Teil des Prozesses. Es ist eine nützliche Computer-Simulation von Rune Aaslid, dass mit der Ausbildung helfen können ( <a href="http://www.transcranial.com/">http://www.transcranial.com/</a> ), aber der beste Weg zu lernen, ist durch das Praktizieren von Freunden und Kollegen. Haben Sie etwa 10 Personen beurteilt, werden Sie anfangen zu finden es viel einfacher. Eine gute Sache über die Arbeit mit Kindern ist, dass es in der Regel einfacher, ein Signal von einem Kind als ein Erwachsener zu finden, weil sie dünnere Schädel haben. </li><li> Jede Sonde wird auf die zeitliche Fenster des Schädels auf jeder Seite des Kopfes platziert. Dies ist die dünnste Teil des Knochens in den Kopf und bietet die beste Gegend, durch welche ein Signal aus der Mitte Hirnarterien gewonnen werden können. Diese Fenster können nur vor jedem Ohr zu finden. Bei der Arbeit mit Kindern kann es helfen, die Rüstzeit, wenn Sie zwei Experimentatoren, einer Einstellung der einzelnen Sonde. Die meisten Kinder sind glücklich, eine DVD in diesem Teil des Verfahrens, zu sehen, aber es ist wichtig, das Verhalten des Kindes zu überwachen und sicherzustellen, dass sie bequem und entspannt. Beenden Sie die Sitzung, wenn das Kind dies beantragt oder wenn es irgendwelche Zeichen der Verzweiflung. </li><li> Die Position der Sonden wird dann so eingestellt, um die mittlere Hirnarterie insonate. Es kann einige Minuten dauern, bevor ein zufriedenstellendes Signal gefunden. Dieses Signal hat einen charakteristischen Sound sowie visuelle Muster, das aus dem Multi-Dop-Computer überwacht werden sollen. </li><li> Der charakteristische Sound ist eine niedrige Rauschen Rauschen der Rate der Teilnehmer höher schlagen. Der charakteristische visuelle Muster ist ein starker Anstieg von einem exponentiellen Abfall fallen, die auch wiederholt mit der Rate des Herzschlags gefolgt. Sie können abholen Aktivität von anderen Blutgefäßen, je nach<html> die Tiefe der Beschallungswinkel und Richtung der Sonde. Eine Tiefe von etwa 45 bis 50 mm in der Regel gut funktioniert bei Kindern. Sobald ein starkes Signal gefunden worden ist, reduzieren Sie die Leistung so weit wie möglich unter Beibehaltung ein gutes Signal. Die Verstärkung kann auch erhöht werden, um ein schwaches Signal zu verstärken. </li><li> Sobald die Signale für jeden mittleren Hirnarterie zufriedenstellend ausfallen, sind die auditiven Darstellungen des Multi-Dop-Signal nach unten gedreht werden, und die Prozedur kann beginnen. Der Versuchsleiter erklärt dem Kind, dass sie gehen, um einen Videoclip ruhig zusehen. Wenn sie sehen, das Fragezeichen auf dem Computer kommen, die sie benötigen, zu sagen, der Experimentator so viel wie sie können, was passiert ist in dem Video. Als sie das Bild des Jungen los &quot;shhh&quot; sehen, müssen sie aufhören zu reden und sofort still sitzen, um für das nächste Video warten, um zu starten (siehe Abbildung 2 und. Avi Beispiele). </li><li> Recording Geräte werden dann gestartet, dh, ein Voice Recorder für auditive Antworten; zusammen mit dem Multi-Dop-System der Aufnahme und der Computer die Steuerung Stimulus-Präsentation. </li><li> Der Versuchsleiter hat die Aufgabe dann für das Kind und Doppler-Signal zu überwachen a) stellen Sie sicher, das Kind ist bequem und die Teilnahme an der Aufgabe und b) sicherstellen, dass ein entsprechendes Signal erhalten bleibt. Die Doppler-Signal ist weit weniger empfindlich auf Bewegung als eine fMRI-Signal, aber es kann immer noch durch grobe Körperbewegungen gestört werden, oder wenn die Sonde bewegt. Wenn das Signal zu stark gestört, sollte die Anzeige Computer angehalten und die Sonden entsprechend zurückgesetzt. Manchmal kann es notwendig sein, mehr Gel anzuwenden, um wieder eine zufriedenstellende Signalverstärkung. Wir finden, dass das Testen von Kindern am besten funktioniert, wenn man Experimentator ist dafür verantwortlich, dass das Kind bei der Sache und aufnehmen, was sie sagen, und die anderen Monitore der Doppler-Signal. </li><li> Wenn die experimentellen Verfahren abgeschlossen ist, kann der Multi-Dop Aufnahme gestoppt und die Proben entnommen. Es ist nützlich, einige Gewebe zur Verfügung haben, um überschüssiges Gel zu entfernen. </li><li> Die Rohdaten-Dateien verarbeitet werden, um die linke und rechte Doppler-Signale zu vergleichen. Wir haben unsere eigene Matlab-Software auf die Methoden, mit Deppe 7 entwickelt entwickelt. Diese Verarbeitung beinhaltet Downsampling der Daten und Korrektur von Schwankungen aufgrund von Herz höher schlagen. Einzelne Studien werden aus der Analyse ausgeschlossen, wenn der linke oder rechte Aktivierung ist außerhalb eines bestimmten Bereichs, häufig 70 bis 130% des Ausgangswertes Blutflussgeschwindigkeit. Die Aktivierung in diesen Studien wird wahrscheinlich durch problematische Aufsetzen der Sonde beeinflusst werden. Abbildung 3 zeigt die Aktivierung bezogen auf Signale für ein gutes Signal-Sonde, während Abbildung 4 zeigt einen Fall, wo das Signal in regelmäßigen Abständen verloren geht. </li><li> Im Vergleich zum Ausgangswert Blutflussgeschwindigkeit, ist die Aktivierung in den rechten Kanal vom linken abgezogen, um den Unterschied Aktivierung (siehe Abbildung 5) zu berechnen. Die Lateralisierung Index ist definiert als der Durchschnitt der Differenz Aktivierung für 1 Sekunde beiden Seiten die maximale Differenz innerhalb einer vordefinierten Periode der Zinsen berechnet. Dieser Zeitraum von Interesse ist von 7 bis 17 Sekunden nach dem Start der &#39;sprechen&#39; Befehl, durch den Marker aus der Anzeige Computer mit dem Multi-Dop-Datei gesendet angezeigt. Da der Unterschied Aktivierung ist die linke minus rechte Kanäle spiegeln positive Lateralisierung Indizes links Lateralisierung und negative reflektieren rechts. </li></ol> 2. Repräsentative Ergebnisse <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1:. Außenfläche der Hemisphäre, welche Bereiche von Hirnarterien versorgt Pink ist Region mittleren Hirnarterie versorgt. (Aus: <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png">http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png</a> ) <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2:. Schematische Darstellung des experimentellen Studie mit 12 Sekunden Baseline Video, 10 Sekunden Reaktionszeit Intervall und 16 Sekunden Ruhephase Zeitraum von Interesse für die Lateralität Berechnung wird ebenfalls dargestellt. <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig3.jpg" alt="Abbildung 3" /> Abbildung 3. Saubere Daten Aufzeichnung von Roh-Doppler Geschwindigkeit (cm / sec) für die Linke (blau) und rechts (rot) Dopplerkanälen 130 bis 150 Sekunden, während einer einzigen experimentellen Sitzung. Jedes sichtbare Impuls entspricht einem Herzschlag. Event-Marker zeigt Beginn des Stimulus in grün dargestellt. <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig4.jpg" alt="Abbildung 4" /> Abbildung 4. Disrupted Datenaufzeichnung von Roh-Doppler Geschwindigkeit (cm / sec) für die Linke (blau) und rechts (rot) Dopplerkanälen 400 bis 450 Sekunden, während einer einzigen experimentellen Sitzung. Ereignismarker Angabe Beginn des Stimulus in grün dargestellt. Deutliche Hinweise auf Dropout sichtbar ist für beide Kanäle. ftp_upload/2161/2161fig5.jpg &quot;alt =&quot; Bild 5 &quot;/&gt; Abbildung 5. Left (blau) und rechts (rot) Kanal (Panel A) und links minus rechts Unterschied (Panel B) Doppler Velocity (cm / sec), gemittelt über alle akzeptable Studien für eine Gruppe von Teilnehmern. Teilnehmer cued wurden auf &quot;Diskussion&quot; bei 12 Sekunden und die Zeit von Interesse für die Lateralität Berechnung ist auch in grün dargestellt. Die grauen Fehlerbalken um den Unterschied Geschwindigkeit in Panel B stellen den Standardfehler des Mittelwerts. Avi Beispiele: Die Video-Sequenzen, die &quot;Freezefoot&quot; Geschichte zu erzählen heruntergeladen werden kann: <a href="http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm">http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm</a>

<ol>
	<li>Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handedness and developmental disorder. , (1990).</li><li>Pelletier, I., Sauerwein, H., Lepore, F., Saint-Amour, D., Lassonde, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+alternatives+to+the+Wada+test+in+the+presurgical+evaluation+of+language+and+memory+functions+in+epilepsy+patients.">Non-invasive alternatives to the Wada test in the presurgical evaluation of language and memory functions in epilepsy patients.</a> Epileptic Disorders. 9, 111-126 (2007).</li><li>Deppe, M., Ringelstein, E. B., Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+investigation+of+functional+brain+lateralization+by+transcranial+Doppler+sonography.">The investigation of functional brain lateralization by transcranial Doppler sonography.</a> NeuroImage. 21, 1124-1146 (2004).</li><li>Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+determination+of+language+lateralization+by+functional+transcranial+Doppler+sonography+:+A+comparison+with+the+Wada+test.">Noninvasive determination of language lateralization by functional transcranial Doppler sonography : A comparison with the Wada test.</a> Stroke. 29, 82-86 (1998).</li><li>Lohmann, H., Drager, B., Muller-Ehrenberg, S., Deppe, M., Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Language+lateralization+in+young+children+assessed+by+functional+transcranial+Doppler+sonography.">Language lateralization in young children assessed by functional transcranial Doppler sonography.</a> Neuroimage. 24, 780-790 (2005).</li><li>Bishop, D. V. M., Watt, H., Papadatou-Pastou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+efficient+and+reliable+method+for+measuring+cerebral+lateralization+during+speech+with+functional+transcranial+Doppler+ultrasound.">An efficient and reliable method for measuring cerebral lateralization during speech with functional transcranial Doppler ultrasound.</a> Neuropsychologia. 47, 587-590 (2009).</li><li>Deppe, M., Knecht, S., Henningsen, H., Ringelstein, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AVERAGE:+a+Windows+program+for+automated+analysis+of+event+related+cerebral+blood+flow.">AVERAGE: a Windows program for automated analysis of event related cerebral blood flow.</a> Journal of Neuroscience Methods. 75, 147-154 (1997).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+dominance+for+language+function+in+adults+with+specific+language+impairment+or+autism.">Cerebral dominance for language function in adults with specific language impairment or autism.</a> Brain. 131, 3193-3200 (2008).</li><li>Illingworth, S., Bishop, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atypical+cerebral+lateralisation+in+adults+with+compensated+developmental+dyslexia+demonstrated+using+functional+transcranial+Doppler+ultrasound.">Atypical cerebral lateralisation in adults with compensated developmental dyslexia demonstrated using functional transcranial Doppler ultrasound.</a> Brain and Language. 111, 61-65 (2009).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Bishop, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemispheric+division+of+function+is+the+result+of+independent+probabilistic+biases.">Hemispheric division of function is the result of independent probabilistic biases.</a> Neuropsychologia. 47, 1938-1943 (2009).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Badcock, N., Groen, M. A., Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+a+novel+paradigm+for+determining+hemispheric+lateralization+of+visuospatial+function.">Reliability of a novel paradigm for determining hemispheric lateralization of visuospatial function.</a> Journal of the International Neuropsychological Society. 15, 1028-1032 (2009).</li></ol>

Neben der Untersuchung der normalen Entwicklung haben wir mit fTCD zur Sprache Lateralisierung bei Erwachsenen und Kindern mit Entwicklungsstörungen der Sprache und Alphabetisierung 8, 9 zu studieren. Wir sind auch daran interessiert, die Entwicklung von Methoden der Verwendung von für die Beurteilung der Lateralisierung der visuell-räumliche Fähigkeiten 10, 11 fTCD.

A correction was made to <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/video/2161">Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)</a>. There was a misstated time interval for the point of interest.

Erratum: Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
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		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Multi-Dop T with Upgrade to 2 Channel MultiFlow Monitoring</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Compumedics</td>
<td>5610 EN</td>
<td>soon to be superseded by digital version </td>
</tr>
<tr>
<td>Headset</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Spencer Technologies, 701&#x2013;16th Avenue, Seattle,WA 98122</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

assessment of cerebral lateralization in children using functional transcranial doppler ultrasound (ftcd)

Es gibt viele unbeantwortete Fragen über zerebrale Lateralisierung. Insbesondere bleibt unklar, welche Aspekte der Sprache und nonverbale Fähigkeiten lateralisiert sind, ob es irgendwelche Nachteile, die mit atypischen Muster der zerebralen Lateralisation verbunden sind, und ob zerebrale Lateralisierung entwickelt mit dem Alter. In der Vergangenheit waren Forscher in diesen Fragen interessiert, die Händigkeit als Indikator für die zerebrale Lateralisierung benutzen, aber dies ist unbefriedigend, weil die Händigkeit ist nur ein schwacher und indirekter Indikator für Lateralität der kognitiven Funktionen 1. Andere Methoden, wie fMRI, sind teuer für eine groß angelegte Studien, und nicht immer möglich mit den Kindern 2. Hier beschreiben wir die Verwendung von funktionellen transkraniellen Doppler-Sonographie (fTCD) als kostengünstige, nicht-invasive und sichere Methode zur Beurteilung der zerebralen Lateralisation. Das Verfahren beinhaltet die Messung des Blutflusses in der A. cerebri media über eine Ultraschallsonde direkt vor dem Ohr. Unsere Arbeit baut auf der Arbeit von Rune Aaslid, der TCD 1982 in Zusammenarbeit eingeführt, und Stefan Knecht, Michael Deppe und ihre Kollegen an der Universität Münster, der die Verwendung von gleichzeitigen Messungen der linken und der rechten mittleren Hirnarterie Blutfluss Pionierarbeit geleistet, und entwickelte ein Verfahren zur Korrektur des Herzschlages Aktivität. Dies machte es möglich, eine deutliche Zunahme der linksseitigen Blutflusses während Sprache Generation zu sehen, mit Lateralisierung Einigung auch mit, dass unter Verwendung anderer Methoden 3. Die A. cerebri media hat ein sehr breites Gefäßregion (siehe Abbildung 1) und die Methode nicht bieten nützliche Informationen über die Lokalisierung innerhalb einer Hemisphäre. Unsere Erfahrung zeigt, ist es besonders empfindlich auf Aufgaben, die explizit oder implizit Sprachproduktion beteiligt. Der &quot;Goldstandard&quot; Aufgabe ist es, ein Wort Generation Aufgabe (zB denken an so viele Wörter wie Sie die mit dem Buchstaben &#39;B&#39; beginnen können) 4, aber das ist nicht geeignet für kleine Kinder und andere mit geringen Lese-und Schreibfähigkeiten. Im Vergleich mit anderen bildgebenden Methoden ist fTCD relativ unbeeindruckt von Bewegungsartefakten zu sprechen, und so sind wir in der Lage, ein zuverlässiges Ergebnis von Aufgaben, die beschreiben, Bilder beinhalten laut 5,6 erhalten. Dementsprechend haben wir eine kinderfreundliche Aufgabe, die uns bei Video-Clips, die eine Geschichte erzählen, und dann beschreiben, was gesehen wurde beinhaltet entwickelt.

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Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound fTCD

Funktionelle transkranielle Doppler-Sonographie (fTCD) ist eine einfache und nicht-invasive Ultraschall-Technik, die verwendet werden, um die Lateralisierung der kognitiven Funktionen, insbesondere Sprache beurteilen kann, und ist geeignet für den Einsatz mit Kindern.

Beurteilung der zerebralen Lateralisation bei Kindern mit Hilfe der funktionellen transkraniellen Doppler-Sonographie (fTCD)

There are many unanswered questions about cerebral lateralization.  In particular, it remains unclear which aspects of language and nonverbal ability are ...

assessment-cerebral-lateralization-children-using-functional

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

20.1K Aufrufe.  University of Oxford. Funktionelle transkranielle Doppler-Sonographie (fTCD) ist eine einfache und nicht-invasive Ultraschall-Technik, die verwendet werden, um die Lateralisierung der kognitiven Funktionen, insbesondere Sprache beurteilen kann, und ist geeignet für den Einsatz mit Kindern.

Serie: Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound fTCD

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains technically challenging. One approach, Activation-Induced Manganese-enhanced MRI (AIM MRI), has been used successfully to map neuronal activity in rodents 1-5. In AIM MRI, Mn2+ acts a calcium analog and accumulates in depolarized neurons 6,7. Because Mn2+ shortens the T1 tissue property, regions of elevated neuronal activity will enhance in MRI. Furthermore, Mn2+ clears slowly from the activated regions; therefore, stimulation can be performed outside the magnet prior to imaging, enabling greater experimental flexibility. However, because Mn2+ does not readily cross the blood-brain barrier (BBB), the need to open the BBB has limited the use of AIM MRI, especially in mice.
One tool for opening the BBB is ultrasound. Though potentially damaging, if ultrasound is administered in combination with gas-filled microbubbles (i.e., ultrasound contrast agents), the acoustic pressure required for BBB opening is considerably lower. This combination of ultrasound and microbubbles can be used to reliably open the BBB without causing tissue damage 8-11.
Here, a method is presented for performing AIM MRI by using microbubbles and ultrasound to open the BBB. After an intravenous injection of perflutren microbubbles, an unfocused pulsed ultrasound beam is applied to the shaved mouse head for 3 minutes. For simplicity, we refer to this technique of BBB Opening with Microbubbles and UltraSound as BOMUS 12. Using BOMUS to open the BBB throughout both cerebral hemispheres, manganese is administered to the whole mouse brain. After experimental stimulation of the lightly sedated mice, AIM MRI is used to map the neuronal response.
To demonstrate this approach, herein BOMUS and AIM MRI are used to map unilateral mechanical stimulation of the vibrissae in lightly sedated mice 13. Because BOMUS can open the BBB throughout both hemispheres, the unstimulated side of the brain is used to control for nonspecific background stimulation. The resultant 3D activation map agrees well with published representations of the vibrissae regions of the barrel field cortex 14. The ultrasonic opening of the BBB is fast, noninvasive, and reversible; and thus this approach is suitable for high-throughput and/or longitudinal studies in awake mice.

A technique is described for broadly opening the blood-brain barrier in the mouse using microbubbles and ultrasound. Using this technique, manganese can be administered to the mouse brain. Because manganese is an MRI contrast agent that accumulates in depolarized neurons, this approach enables imaging of neuronal activity.

Funktionelle Bildgebung mit Ultraschall-Blut-Hirnschranke Störung und Mangan-MRT

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Forschung

Neurowissenschaften

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs through activation of their ion channels and neurotransmitter receptors, and process information in part through activity-dependent release of gliotransmitters. Furthermore, astrocytes constitute the main uptake system for glutamate, contribute to potassium spatial buffering, as well as to GABA clearance. These cells therefore constantly monitor synaptic activity, and are thereby sensitive indicators for alterations in synaptically-released glutamate, GABA and extracellular potassium levels. Additionally, alterations in astroglial uptake activity or buffering capacity can have severe effects on neuronal functions, and might be overlooked when characterizing physiopathological situations or knockout mice. Dual recording of neuronal and astroglial activities is therefore an important method to study alterations in synaptic strength associated to concomitant changes in astroglial uptake and buffering capacities. Here we describe how to prepare hippocampal slices, how to identify stratum radiatum astrocytes, and how to record simultaneously neuronal and astroglial electrophysiological responses. Furthermore, we describe how to isolate pharmacologically the synaptically-evoked astroglial currents.

The preparation of acute brain slices from isolated hippocampi, as well as the simultaneous electrophysiological recordings of astrocytes and neurons in stratum radiatum during stimulation of schaffer collaterals is described. The pharmacological isolation of astroglial potassium and glutamate transporter currents is demonstrated.

Dual-Elektrophysiologische Recordings synaptisch-evozierte astrogliale und neuronale Antworten in Acute Hippocampusschnitte

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal models, including monkeys, ferrets, bats, rodents, and cats. In order to draw suitable parallels between human and animal models of auditory function, it is important to establish a bridge between human functional imaging studies and animal electrophysiological studies. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an established, minimally invasive method of measuring broad patterns of hemodynamic activity across different regions of the cerebral cortex. This technique is widely used to probe sensory function in the human brain, is a useful tool in linking studies of auditory processing in both humans and animals and has been successfully used to investigate auditory function in monkeys and rodents. The following protocol describes an experimental procedure for investigating auditory function in anesthetized adult cats by measuring stimulus-evoked hemodynamic changes in auditory cortex using fMRI. This method facilitates comparison of the hemodynamic responses across different models of auditory function thus leading to a better understanding of species-independent features of the mammalian auditory cortex.

Functional studies of the auditory system in mammals have traditionally been conducted using spatially-focused techniques such as electrophysiological recordings. The following protocol describes a method of visualizing large-scale patterns of evoked hemodynamic activity in the cat auditory cortex using functional magnetic resonance imaging.

Funktionelle Bildgebung Auditory Cortex bei erwachsenen Katzen mit Hochfeld-fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the human brain. MEG is quiet and less likely to induce claustrophobia compared with magnetic resonance imaging (MRI). It is therefore a promising tool for investigating brain function in young children. However, analysis of MEG data from pediatric populations is often complicated by head movement artefacts which arise as a consequence of the requirement for a spatially-fixed sensor array that is not affixed to the child's head. Minimizing head movements during MEG sessions can be particularly challenging as young children are often unable to remain still during experimental tasks. The protocol presented here aims to reduce head movement artefacts during pediatric MEG scanning. Prior to visiting the MEG laboratory, families are provided with resources that explain the MEG system and the experimental procedures in simple, accessible language. An MEG familiarization session is conducted during which children are acquainted with both the researchers and the MEG procedures. They are then trained to keep their head still whilst lying inside an MEG simulator. To help children feel at ease in the novel MEG environment, all of the procedures are explained through the narrative of a space mission. To minimize head movement due to restlessness, children are trained and assessed using fun and engaging experimental paradigms. In addition, children's residual head movement artefacts are compensated for during the data acquisition session using a real-time head movement tracking system. Implementing these child-friendly procedures is important for improving data quality, minimizing participant attrition rates in longitudinal studies, and ensuring that families have a positive research experience.

This article introduces a child-friendly research protocol designed to improve data quality by reducing head movement during pediatric magnetoencephalography (MEG). We familiarize families with the MEG environment, train children to remain still using an MEG simulator, and correct for residual head movement artefacts using a real-time head movement detection system.

Studium der Funktion des Gehirns bei Kindern mit Magnetoenzephalographie

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the ...

Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans and can be assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Given the role of distal leg muscles in upright postural and dynamic tasks, such as walking, a growing research interest in the assessment and modulation of the corticospinal tracts relative to the function of these muscles has emerged in the last decade. However, methodological parameters used in previous work have varied across studies making the interpretation of results from cross-sectional and longitudinal studies less robust. Therefore, use of a standardized TMS protocol specific to the assessment of leg muscles&#39; corticomotor response (CMR) will allow for direct comparison of results across studies and cohorts. The objective of this paper is to present a protocol that provides the flexibility to simultaneously assess the bilateral CMR of two main ankle antagonistic muscles, the tibialis anterior and soleus, using single pulse TMS with a neuronavigation system. The present protocol is applicable while the examined muscle is either fully relaxed or isometrically contracted at a defined percentage of maximum isometric voluntary contraction. Using each subject&#39;s structural MRI with the neuronavigation system ensures accurate and precise positioning of the coil over the leg cortical representations during assessment. Given the inconsistency in CMR derived measures, this protocol also describes a standardized calculation of these measures using automated algorithms. Though this protocol is not conducted during upright postural or dynamic tasks, it&#160;can be used to assess bilaterally any pair of leg muscles, either antagonistic or synergistic, in both neurologically intact and impaired subjects.

The present protocol describes the simultaneous, bilateral assessment of the corticomotor response of the tibialis anterior and soleus during rest and tonic voluntary activation using a single pulse transcranial magnetic stimulation and neuronavigation system.

Bilateralen Bewertung der kortikospinalen Bahnen der Knöchel Muskeln mit navigierte transkranielle Magnetstimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, causal evidence of brain area activation leading to a behavior is often left missing. Transcranial direct current stimulation (tDCS), which can temporarily alter brain cortical excitability and activity, is a noninvasive neurophysiological tool used to study causal relationships in the human brain. High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) is a noninvasive brain stimulation (NIBS) technique that produces a more focal current compared to conventional tDCS. Traditionally, the stimulation location has been roughly determined through the 10-20 EEG system, because determining precise stimulation points can be difficult. This protocol uses a 3D digitizer with HD-tDCS to increase accuracy in determination of stimulation points. The method is demonstrated using a 3D digitizer for more accurate localization of stimulation points in the right temporo-parietal junction (rTPJ).

Presented here is a protocol to achieve higher accuracy in determination of stimulation location combining a 3D digitizer with high-definition transcranial direct current stimulation.

Stimulationspositionsbestimmung mit einem 3D-Digitizer mit high-Definition Transkranialer Gleichstromstimulation

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

Electrocorticographic Recording of Cerebral Cortex Areas Manipulated Using an Adeno-Associated Virus Targeting Cofilin in Mice

The use of electrocorticographic (ECoG) recordings in rodents is relevant to sleep research and to the study of a wide range of neurological conditions. Adeno-associated viruses (AAVs) are increasingly used to improve understanding of brain circuits and their functions. The AAV-mediated manipulation of specific cell populations and/or of precise molecular components has been tremendously useful to identify new sleep regulatory circuits/molecules and key proteins contributing to the adverse effects of sleep loss. For instance, inhibiting activity of the filamentous actin-severing protein&#160;cofilin&#160;using AAV prevents sleep deprivation-induced memory impairment. Here, a protocol is&#160;described that combines the manipulation of cofilin function in a cerebral cortex area with the recording of ECoG activity to examine whether cortical cofilin modulates the wakefulness and sleep ECoG signals. AAV injection is performed during the same surgical procedure as the implantation of ECoG and electromyographic (EMG) electrodes in adult male and female mice. Mice are anesthetized, and their heads are shaved. After skin cleaning and incision, stereotaxic coordinates of the motor cortex are determined, and the skull is pierced at this location. A cannula prefilled with an AAV expressing cofilinS3D, an inactive form of cofilin, is slowly positioned in the cortical tissue. After AAV infusion, gold-covered screws (ECoG electrodes) are screwed through the skull and cemented to the skull with gold wires inserted in the neck muscles (EMG electrodes). The animals are allowed three weeks to recover and to ensure sufficient expression of cofilinS3D. The infected area and cell type are verified using immunohistochemistry, and the ECoG is analyzed using visual identification of vigilance states and spectral analysis. In summary, this combined methodological approach allows the investigation of the precise contribution of molecular components regulating neuronal morphology and connectivity to the regulation of synchronized cerebral cortex activity during wakefulness and sleep.

This article describes a protocol for the manipulation of molecular targets in the cerebral cortex using adeno-associated viruses and for monitoring the effects of this manipulation during wakefulness and sleep using electrocorticographic recordings.

Elektrokortikographische Aufzeichnung von Großhirnrindenbereichen manipuliert mit einem Adeno-assoziierten Virus, das auf Cofilin bei Mäusen abzielt

The use of electrocorticographic (ECoG) recordings in rodents is relevant to sleep research and to the study of a wide range of neurological conditions. ...

Analysis of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage with High Frequency Transcranial Duplex Ultrasound

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A problem encountered in experimental studies using murine models of SAH is that methods for in vivo monitoring of cerebral vasospasm in mice are lacking. Here, we demonstrate the application of high frequency ultrasound to perform transcranial Duplex sonography examinations on mice. Using the method, the internal carotid arteries (ICA) could be identified. The blood flow velocities in the intracranial ICAs were accelerated significantly after induction of SAH, while blood flow velocities in the extracranial ICAs remained low, indicating cerebral vasospasm. In conclusion, the method demonstrated here allows functional, noninvasive in vivo monitoring of cerebral vasospasm in a murine SAH model.

The aim of this manuscript is to present a sonography-based method that allows in vivo imaging of blood flow in cerebral arteries in mice. We demonstrate its application to determine changes in blood flow velocities associated with vasospasm in murine models of subarachnoid hemorrhage (SAH).

Analyse des zerebralen Vasospasmus in einem murinen Modell der Subarachnoidalblutung mit hochfrequenten transkraniellen Duplex-Ultraschall

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A ...

Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ultrafast doppler angiography. As brain perfusion is strongly linked to local neuronal activity, this technique allows the whole-brain 3D mapping of task-induced regional activation as well as resting-state functional connectivity, non-invasively, with unmatched spatio-temporal resolution and operational simplicity. In comparison with fMRI (functional magnetic resonance imaging), a main advantage of fUS imaging consists in enabling a complete compatibility with awake and behaving animal experiments. Moreover, fMRI brain mapping in mice, the most used preclinical model in Neuroscience, remains technically challenging due to the small size of the brain and the difficulty to maintain stable physiological conditions. Here we present a simple, reliable and robust protocol for whole-brain fUS imaging in anesthetized and awake mice using an off-the-shelf commercial fUS system with a motorized linear transducer, yielding significant cortical activation following sensory stimulation as well as reproducible 3D functional connectivity pattern for network identification.

This protocol describes the quantification of volumetric cerebral hemodynamic variations in the mouse brain using functional ultrasound (fUS). Procedures for 3D functional activation map following sensory stimulation as well as resting-state functional connectivity are provided as illustrative examples, in anesthetized and awake mice.

3D-Aktivierung des gesamten Gehirns und funktionelle Konnektivitätskartierung bei Mäusen mit transkranieller funktioneller Ultraschallbildgebung

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ...

Etablierung eines Modells für Mäuse mit Verschluss der mittleren Hirnarterie

A Modified Transcranial Middle Cerebral Artery Occlusion Model to Study Stroke Outcomes in Aged Mice

In experimental stroke research, middle cerebral artery occlusion (MCAO) with an intraluminal filament is widely used to model ischemic stroke in mice. The filament MCAO model typically exhibits a massive cerebral infarction in C57Bl/6 mice that sometimes includes brain tissue in the territory supplied by the posterior cerebral artery, which is largely due to a high incidence of posterior communicating artery atresia. This phenomenon is considered a major contributor to the high mortality rate observed in C57Bl/6 mice during long-term stroke recovery after filament MCAO. Thus, many chronic stroke studies exploit distal MCAO models. However, these models usually produce infarction only in the cortex area, and consequently, the assessment of post-stroke neurologic deficits could be a challenge. This study has established a modified transcranial MCAO model in which the MCA at the trunk is partially occluded either permanently or transiently via a small cranial window. Since the occlusion location is relatively proximal to the origin of the MCA, this model generates brain damage in both the cortex and striatum. Extensive characterization of this model has demonstrated an excellent long-term survival rate, even in aged mice, as well as readily detectable neurologic deficits. Therefore, the MCAO mouse model described here represents a valuable tool for experimental stroke research.

Autor im Rampenlicht: Innovative Techniken und zukünftige Richtungen in der Schlaganfallforschung 

This protocol demonstrates a unique mouse stroke model with a medium-sized infarct and an excellent survival rate. This model allows preclinical stroke researchers to extend the ischemia duration, use aged mice, and assess long-term functional outcomes.

Ein modifiziertes transkranielles Modell für den Verschluss der mittleren Hirnarterie zur Untersuchung von Schlaganfallergebnissen bei gealterten Mäusen

In experimental stroke research, middle cerebral artery occlusion (MCAO) with an intraluminal filament is widely used to model ischemic stroke in mice. ...