favicon3

Преимущества портативных устройств ближней инфракрасной спектроскопии — использование fNIRS в естественных условиях

Проведение нейробиологических исследований в естественных условиях приобретает все большее значение, поскольку это дает новые актуальные данные о поведении человека и нейронных механизмах в повседневной жизни. По сравнению с другими методами нейровизуализации, fNIRS (функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия) обладает техническими преимуществами, такими как портативность, простота использования и нечувствительность к артефактам (искажениями) движения испытуемого, что делает этот метод идеальным для использования в естественных условиях.

В этой статье мы обсуждаем различные области применения fNIRS (функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия) в естественных условиях, приводим примеры исследований по каждой категории и объясняем, какие решения мы можем предложить для развития применения fNIRS в реальных условиях.

Использование fNIRS (ближней инфракрасной спектроскопии) при обучении детей
Исследование детей дошкольного возраста портативной системой функциональной ближней инфракрасной спектроскопии

Исследование обучаемости и нейронного развития детей

Последние исследования нейробиологического развития детей младенческого возраста, детей младших классов и подростков, проведение исследований в естественных условиях приводит к новым открытиям и повышает актуальность исследований, касающихся поведения в реальном мире. В этом плане функциональная ближнеинфракрасная спектроскопия (fNIRS) стала популярным инструментом для изучения мозга во время социального взаимодействия исследуемых, обучения или других повседневных ситуаций у детей с нормальным и атипичным развитием.

Последние проведенные исследования:

  • В исследовании гиперсканирования, проведенном Фэнем и др. (Feng et al.), функциональная ближнеинфракрасная спектроскопия (fNIRS) была объединена с машинным обучением для изучения нейронных механизмов реального обучения в классе. Активность мозга и взаимосвязи группы из 16 учеников и одного преподавателя измерялись в режиме реального времени с помощью fNIRS устройства Brite во время смешанного обучения и лекционных занятий в одиночку. Эта работа показывает новые возможности гиперсканирования методом fNIRS для оценки обучаемости детей в реальных классах.
  • Еще одна группа ученых, Bulgarelli et al., создали проект виртуальной реальности, имитирующую реальный мир, и объединили его с fNIRS для изучения социального взаимодействия детей дошкольного возраста. По проекту дети играют в игру с лопанием мыльных пузырей с различными человекоподобными аватарами, в то время как активность мозга измеряется с помощью DualBrite. Это исследование закладывает основу для реальных сценариев по изучению социального взаимодействия у детей дошкольного возраста и малышей.

Предлагаемые инструменты fNIRS (функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия):

Со своей сторон мы предлагаем широкий ассортимент устройств fNIRS, которые можно использовать для изучения развивающегося мозга:

  • Благодаря малым габаритам, небольшому весу и полной портативности, прибор Brite можно с комфортом использовать для измерения активности мозга в любой области коры у детей дошкольного возраста, подростков и взрослых в различных условиях.
  • Более специализированный прибор BabyBrite специально разработан для провдения наблюдений у младенцев в возрасте от 0 до 2 лет с учетом максимального их комфорта.
  • Устройство Brite Lite Frontal mini идеально подходит для изучения префронтальной нейронной активности у детей дошкольного возраста.

Оценка влияния физической активности и спорта

Изучение активности мозга во время физических тренировок или занятий спортом может дать ценную информацию о принятии решений и концентрации внимания. Кроме того, это может помочь определить когнитивную нагрузку во время интенсивных физических упражнений или предоставить информацию об уровне физической подготовки. Устройства fNIRS — идеальный инструмент нейровизуализации для проведения исследований во время занятий спортом и физических упражнений, поскольку он портативен, прост в применении и относительно нечувствителен к артефактам движения по сравнению с другими методами.

Примеры исследований:

  • Гудрик и др. (Goodrick et al.) использовали прибор Brite для изучения активности префронтальной коры головного мозга до, во время и после выполнения 23-минутной сессии асан йоги. Результаты показаний выявили интрацеребральную связь в лобных областях. В целом, это исследование показало потенциал fNIRS для получения новых данных об активности мозга в реальных условиях, связанных с дыхательной гимнастикой.
  • В Университете Твенте (Нидерланды) Слаттер и его коллеги, Slutter & colleagues, замеряли мозговую активность на предмет тревожности во время проведения пенальти у опытных спортсменов и менее опытных футболистов-любителей с помощью fNIRS. Прибор Brite использовался для измерения активности мозга во время выполнения пенальти футболистами в различных условиях. Это исследование заложило первую основу для доказательства возможности использования fNIRS в полевых условиях во время физической активности.

В линейке fNIRS устройств типа Brite мы предлагаем группу устройств, отличающихся полной портативностью, простотой использования и малым весом, при этом сохраняя функции, позволяющие получать высококачественные данные даже во время движения и на открытом воздухе, например, многоуровневое управление усилением и встроенную защиту от окружающего освещения. С помощью Brite и Brite Lite можно проводить измерения в любой области коры головного мозга, например, оценки активности в лобных и/или моторных областях. Программное обеспечение OxySoft включает в себя решения для постоянной оценки качества сигнала, что позволяет контролировать качество данных даже во время движения.

Изучение благополучия и когнитивной нагрузки человека

Исследование благополучия человека приобретает все большее значение в мире когнитивной нейронауки. Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS) может быть использована для измерения когнитивной нагрузки и лучшего понимания нейронных механизмов, лежащих в основе повседневных событий, которые способствуют благополучию в естественных условиях.

  • Научная группа проф. Дюпюи и др., Dupuy et al., провела исследование, чтобы изучить потенциальную связь между активностью префронтальной коры и психологическим состоянием пожилых людей во время посещения музеев. Фронтальная активность участников измерялась с помощью прибора Brite во время 20-минутного посещения выставки в Монреальском музее изящных искусств (Montreal Museum of Fine Arts). Результаты показали, что уровень вовлеченности во время наблюдения произведений искусства влияет на общий уровень тревожности.
  • Шведский университет (The Swedish University of Agricultural Science) создал лабораторию изучения здоровья и благополучия человека в естественных условиях, сосредоточившись на улучшении носимых датчиках fNIRS устройств семейства Brite. В их последней работе обсуждается создание лаборатории SENOLA, а также методологические подходы и проблемы, которые помогут разработать рекомендации для исследований, проводимых в реальных условиях.

Префронтальная кора — это область мозга, преимущественно участвующая в когнитивных процессах. Мы предлагаем ряд портативных и быстросъёмных устройств fNIRS, разработанных для простого использования в лобных областях мозга:

  • Brite Frontal, поставляется со специальной повязкой на голову и программной преднастройкой, оптимизированной для лобных областей. Идеально подходит для измерения активности мозга во всей префронтальной коре.
  • Brite Lite Frontal поставляется со специально разработанной повязкой на голову и может регистрировать активность лобных областей по 8 каналам с временем настройки всего несколько секунд.

Проведение прикладных нейробиологических исследований

В прикладных нейробиологических исследованиях особенно важна возможность проведения экспериментов в реальных условиях. Метод fNIRS позволяет гибко настраивать оборудование, что дает возможность его использования в необычных и экстремальных условиях, например, под водой или даже в космосе.

Исследование мозговой активности музыкантов во время исполнения концерта

Примеры исследований:

  • Д’Амарио и др. (D’Amario et al.) оценили сердечную ритмику музыкантов, выступавших в Ставангерском симфоническом оркестре и Норвежском радиооркестре, а также отдельных зрителей. fNIRS прибор Brite использовался для измерения мозговой активности двух скрипачей во время игры. Это исследование показало возможность использования fNIRS в естественных условиях, связывая области музыки и науки.
  • В сотрудничестве со Ставангерским симфоническим оркестром Фагерланд и его научная группа., Fagerland et al., провели исследование по измерению мозговой активности участников оркестра во время концертных выступлений. Активация правой височной нейронной сети была получена с помощью прибора Brite и спроецирована на аудиторию, а протоколы для дальнейшего анализа были разработаны в программах Brainstorm и Homer. Результаты продемонстрировали возможность использования fNIRS для оценки мозговой активности во время погружения испытуемых в искусство и творческую деятельность в естественных условиях.
  • В компании Triton Systems, Inc. модифицированное под глубоководное погружение fNIRS устройство Brite используется для измерения активности мозга во время погружений аквалангистов. Были проведены изменения активности мозга в ответ на изменения состава дыхательных газов, когнитивную нагрузку и глубину. Это исследование показывает не только универсальность fNIRS устройств, но и демонстрирует их потенциал для использования в экстремальных ситуациях.

По итогу устройство Brite показало свою универсальность в исследования в функциональной ближней спектроскопии, практически не имеющее ограничений по объекту исследования, области измерения или экспериментальным условиям. Оно идеально подходит для использования в прикладных науках и доказало свою применимость в различных условиях за пределами обычной лаборатории.

Поделитесь ссылкой эту страницу

Поделиться в vk
VK
Поделиться в facebook
Facebook
Поделиться в linkedin
LinkedIn
Поделиться в telegram
Telegram
favicon3
Похожие статьи

У пациентов с COVID-19 обнаружены нейрофизиологические аномалии активности мозга

Пандемия COVID-19 продолжает проверять устойчивость систем здравоохранения и расширять пределы нашего понимания о вирусных инфекциях. Эпидемиологические исследования показали, что пациенты с COVID-19 могут иметь ряд

Читать полностью »

Тестирование fNIRS систем на пилотах

Сотрудники Исследовательского центра Гленна при NASA использовали fNIRS систему (система функциональной ближней инфракрасной спектроскопии) для анализа когнитивных способностей работы мозга пилотов совершающих трансатлантические перелеты. Во

Читать полностью »

Гемодинамические и структурные измерения мозга у пожилых людей, ведущих активный и малоподвижный образ жизни

Из-за сердечно-сосудистых эффектов малоподвижный образ жизни может влиять на цереброваскулярную функцию в долгосрочной перспективе, влияя на цереброваскулярные регуляторные механизмы и уровни перфузии. Следовательно, это может

Читать полностью »

Измерение сигналов мозга в режиме реального времени: новые возможности использования носимых устройств fNIRS через интерфейс «мозг-компьютер» (BCI)

В этой работе мы опишем области применения и новые возможности fNIRS-BCI, приведем примеры исследований для каждой категории методов и предоставим обзор решений fNIRS, которые работают в связке «мозг-компьютер» fNIRS-BCI.

Читать полностью »
Обратная связь
Мы свяжемся с вами в течение 15 минут