Preview

Вопросы современной педиатрии

Расширенный поиск

Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия — перспективный метод изучения когнитивных функций у детей

https://doi.org/10.15690/vsp.v21i6.2490

Аннотация

Представлено описание нового перспективного метода функциональной нейровизуализации — функциональной ближней инфракрасной спектроскопии (фБИКС — functional near-infrared spectroscopy; fNIRS). Изложены общие сведения о функциональной томографии и особенностях ее проведения у детей. Дано краткое описание истории разработки фБИКС, самого метода, его преимуществ и недостатков. Освещены сферы применения фБИКС в науке и клинической практике. Описаны особенности фБИКС, определено место метода в числе прочих методов функциональной томографии. Отмечено, что фБИКС существенно дополняет другие исследовательские и диагностические методы, в числе которых функциональная магнитно-резонансная томография, электроэнцефалография, вызванные потенциалы, в том числе за счет расширения диапазона решаемых с помощью функциональной нейровизуализации научных и клинических задач.

Об авторах

Л. М. Яцык
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»
Россия

Яцык Леонид Михайлович, младший научный сотрудник отдела развития мозга в онтогенезе, формирования когнитивных функций и нейробиологии.

тел.: +7 (495) 427-88-88

117593, Москва, Литовский бульвар, 1а


Раскрытие интересов:

Автор статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.



Г. А. Каркашадзе
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»
Россия

Москва


Раскрытие интересов:

Чтение лекций для фармацевтических компаний «Санофи», «Герофарм»



В. В. Алтунин
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»
Россия

Москва


Раскрытие интересов:

Автор статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.



И. А. Поваляева
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»
Россия

Москва


Раскрытие интересов:

Автор статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.



П. А. Прудников
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»
Россия

Москва


Раскрытие интересов:

Автор статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.



Е. А. Вишнева
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»; РНИМУ им. Н.И. Пирогова
Россия

Москва


Раскрытие интересов:

Автор статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.



Е. В. Кайтукова
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»; РНИМУ им. Н.И. Пирогова
Россия

Москва


Раскрытие интересов:

Автор статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.



К Е. Эфендиева
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»; РНИМУ им. Н.И. Пирогова
Россия

Москва


Раскрытие интересов:

Автор статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.



Л. С. Намазова-Баранова
НИИ педиатрии и охраны здоровья детей НКЦ №2 ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»; РНИМУ им. Н.И. Пирогова
Россия

Москва


Раскрытие интересов:

Получение исследовательских грантов от фармацевтических компаний «Пьер Фабр», Genzyme Europe B.V., ООО «АстраЗенека Фармасьютикалз», Gilead / PRA «Фармасьютикал Рисерч Ассошиэйтс СиАйЭс», Teva Branded Pharmaceutical Products R&D, Inc / ООО «ППД Девелопмент (Смоленск)», «Сталлержен С. А.» / «Квинтайлс ГезмбХ» (Австрия)



Список литературы

1. Thompson PM, Stein JL, Medland SE, et al. The ENIGMA Consortium: large-scale collaborative analyses of neuroimaging and genetic data. Brain Imaging Behav. 2014;8(2):153–182. doi: https://doi.org/10.1007/s11682-013-9269-5

2. Nelson CA 3rd, McCleery JP. Use of event-related potentials in the study of typical and atypical development. J Am Acad Child Adolesc Psychiatry. 2008;47(11):1252–1261. doi: https://doi.org/10.1097/CHI.0b013e318185a6d8

3. Nunez PL. Electric fields of the brain. New York: Oxford University Press; 1981.

4. Cuffin BN, Cohen D. Comparison of the magnetoencepha logram and electroencephalogram. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1979;47(2):132–146. doi: https://doi.org/10.1016/0013-4694(79)90215-3

5. Chugani HT, Phelps ME. Imaging human brain development with positron emission tomography. J Nucl Med. 1991;32(1):23–26.

6. Suhonen-Polvi H, Ruotsalainen U, Ahonen A, et al. Positron emission tomography in asphyxiated infants. Preliminary studies of regional cerebral glucose metabolism using 18F-FDG. Acta Radiol Suppl. 1991;376:173.

7. Shan ZY, Leiker AJ, Onar-Thomas A, et al. Cerebral glucose metabolism on positron emission tomography of children. Hum Brain Mapp. 2014;35(5):2297–2309. doi: https://doi.org/10.1002/hbm.22328

8. Chugani HT. Positron Emission Tomography in Pediatric Neurodegenerative Disorders. Pediatr Neurol. 2019;100:12–25. doi: https://doi.org/10.1016/j.pediatrneurol.2019.07.003

9. Chin WC, Liu FY, Huang YS, et al. Different positron emission tomography findings in schizophrenia and narcolepsy type 1 in adolescents and young adults: a preliminary study. J Clin Sleep Med. 2021; 17(4):739–748. doi: https://doi.org/10.5664/jcsm.9032

10. Turpin S, Martineau P, Levasseur MA, et al. 18F-Flurodeoxyglucose positron emission tomography with computed tomography (FDG PET/CT) findings in children with encephalitis and comparison to conventional imaging. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2019;46(6): 1309–1324. doi: https://doi.org/10.1007/s00259-019-04302-x

11. Glover GH. Overview of functional magnetic resonance imaging. Neurosurg Clin N Am. 2011;22(2):133–139, vii. doi: https://doi.org/10.1016/j.nec.2010.11.001

12. Enge A, Friederici AD, Skeide MA. A meta-analysis of fMRI studies of language comprehension in children. Neuroimage. 2020;215: 116858. doi: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.116858

13. Yaple Z, Arsalidou M. N-back Working Memory Task: Metaanalysis of Normative fMRI Studies With Children. Child Dev. 2018;89(6):2010–2022. doi: https://doi.org/10.1111/cdev.13080

14. Benischek A, Long X, Rohr CS, et al. Pre-reading language abilities and the brain’s functional reading network in young children. Neuroimage. 2020;217:116903. doi: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.116903

15. Cohen D, Cuffin BN. Demonstration of useful differences between magnetoencephalogram and electroencephalogram. Electro encephalogr Clin Neurophysiol. 1983;56(1):38–51. doi: https://doi.org/10.1016/0013-4694(83)90005-6

16. Hämäläinen MS, Hari R, Ilmoniemi RJ, et al. Magneto encephalography — theory, instrumentation, and applications to noninvasive studies of the working human brain. Rev Mod Phys. 1993;65(2):413–497. doi: https://doi.org/10.1103/REVMODPHYS.65.413

17. Cohen D, Cuffin BN. EEG versus MEG localization accuracy: theory and experiment. Brain Topogr. 1991;4(2):95–103. doi: https://doi.org/10.1007/BF01132766

18. Cohen D. Magnetoencephalography: evidence of magnetic fields produced by alpha-rhythm currents. Science. 1968;161(3843): 784–786. doi: https://doi.org/10.1126/science.161.3843.784

19. Ressel V, Wilke M, Lidzba K, et al. Increases in language lateralization in normal children as observed using magnetoencephalography. Brain Lang. 2008;106(3):167–176. doi: https://doi.org/10.1016/j.bandl.2008.01.004

20. Foley E, Cross JH, Thai NJ, et al. MEG Assessment of Expressive Language in Children Evaluated for Epilepsy Surgery. Brain Topogr. 2019;32(3):492–503. doi: https://doi.org/10.1007/s10548-019-00703-1

21. Kostas D, Pang EW, Rudzicz F. Machine learning for MEG during speech tasks. Sci Rep. 2019;9(1):1609. doi: https://doi.org/10.1038/s41598-019-38612-9

22. Quaresima V, Bisconti S, Ferrari M. A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults. Brain Lang. 2012;121(2):79–89. doi: https://doi.org/10.1016/j.bandl.2011.03.009

23. Ferrari M, Quaresima V. A brief review on the history of human functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) development and fields of application. Neuroimage. 2012;63(2):921–935. doi: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2012.03.049

24. Millikan GA. Muscle hemoglobin. Proc R Soc Lond Ser B Biol Sci. 1936;120(818):366–388.

25. Chance В. Optical Method. Ann Rev Biophys Biophys Chem. 1991;20:1–30. doi: https://doi.org/10.1146/annurev.bb.20.060191.000245

26. Jöbsis FF. Noninvasive, infrared monitoring of cerebral and myocardial oxygen sufficiency and circulatory parameters. Science. 1977;198(4323):1264–1267. doi: https://doi.org/10.1126/science.929199

27. Jo Bsis-Vandervliet FF. Discovery of the near-infrared window into the body and the early development of near-infrared spectroscopy. J Biomed Opt. 1999;4(4):392–396. doi: https://doi.org/10.1117/1.429952

28. Brazy JE, Lewis DV, Mitnick MH, Jöbsis vander Vliet FF. Noninvasive monitoring of cerebral oxygenation in preterm infants: preliminary observations. Pediatrics. 1985;75(2):217–225.

29. Ferrari M, Giannini I, Carpi A, Fasella P. Near I.R. spectroscopy in non invasive monitoring of cerebral function. In: World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering. Hamburg, 1982, September 5–11. Bleifeld W, Harder D, Leetz HK, Schaldach M., eds. Hamburg; 1982.

30. Ferrari M, Giannini I, Sideri G, Zanette E. Continuous non invasive monitoring of human brain by near infrared spectroscopy. Adv Exp Med Biol. 1985;191: 873–882. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4684-3291-6_88

31. Wyatt JS, Cope M, Delpy DT, et al. Quantification of cerebral oxygenation and haemodynamics in sick newborn infants by near infrared spectrophotometry. Lancet. 1986;2(8515):1063–1066. doi: https://doi.org/10.1016/s0140-6736(86)90467-8

32. Reynolds EO, Wyatt JS, Azzopardi D, et al. New non-invasive methods for assessing brain oxygenation and haemodynamics. Br Med Bull. 1988;44(4):1052–1075. doi: https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.bmb.a072289

33. Delpy DT, Cope M. Quantification in tissue near-infrared spectroscopy. Philos Trans R Soc. Lond B Biol Sci. 1997;352(1354): 649–659. doi: https://doi.org/10.1098/rstb.1997.0046

34. Ito H, Kanno I, Fukuda H. Human cerebral circulation: positron emission tomography studies. Ann Nucl Med. 2005;19(2):65–74. doi: https://doi.org/10.1007/BF03027383

35. Custo A, Wells WM 3rd, Barnett AH, et l. Effective scattering coefficient of the cerebral spinal fluid in adult head models for diffuse optical imaging. Appl Opt. 2006;45(19):4747–4755. doi: https://doi.org/10.1364/ao.45.004747

36. Okada E, Delpy DT. Near-infrared light propagation in an adult head model. I. Modeling of low-level scattering in the cerebrospinal fluid layer. Appl Opt. 2003;42(16):2906–2914. doi: https://doi.org/10.1364/ao.42.002906

37. Okada E, Delpy DT. Near-infrared light propagation in an adult head model. II. Effect of superficial tissue thickness on the sensitivity of the near-infrared spectroscopy signal. Appl Opt. 2003;42(16):2915–2922. doi: https://doi.org/10.1364/ao.42.002915

38. Watanabe E, Maki A, Kawaguchi F, et al. Non-invasive assessment of language dominance with near-infrared spectroscopic mapping. Neurosci Lett. 1998;256(1):49–52. doi: https://doi.org/10.1016/s0304-3940(98)00754-x

39. Peña M, Maki A, Kovacić D, et al. Sounds and silence: an optical topography study of language recognition at birth. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(20):11702–11705. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1934290100

40. Grossmann T, Oberecker R, Koch SP, Friederici AD. The developmental origins of voice processing in the human brain. Neuron. 2010;65(6):852–858. doi: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2010.03.001

41. Chen S, Sakatani K, Lichty W, et al. Auditory-evoked cerebral oxygenation changes in hypoxic-ischemic encephalopathy of newborn infants monitored by near infrared spectroscopy. Early Hum Dev. 2002;67(1-2):113–121. doi: https://doi.org/10.1016/s0378-3782(02)00004-x

42. Kovelman I, Shalinsky MH, White KS, et al. Dual language use in sign-speech bimodal bilinguals: fNIRS brain-imaging evidence. Brain Lang. 2009;109(2-3):112–123. doi: https://doi.org/10.1016/j.bandl.2008.09.008

43. Minagawa-Kawai Y, Mori K, Sato Y. Different brain strategies underlie the categorical perception of foreign and native phonemes. J Cogn Neurosci. 2005;17(9):1376–1385. doi: https://doi.org/10.1162/0898929054985482

44. Aryadoust V, Ng LY, Foo S, Esposito G. A neurocognitive investigation of test methods and gender effects in listening assessment. Comput Assist Lang Lear. 2022;35(4):743–763. doi: https://doi.org/10.1080/09588221.2020.1744667

45. Cannizzaro MS, Stephens SR, Breidenstein M, Crovo C. Prefrontal Cortical Activity During Discourse Processing: An Observational fNIRS Study. Topics in Language Disorders. 2916;36(1):65–79. doi: https://doi.org/10.1097/TLD.0000000000000082

46. Lei M, Miyoshi T, Niwa Y, et al. Comprehension-Dependent Cortical Activation During Speech Comprehension Tasks with Multiple Languages: Functional Near-Infrared Spectroscopy Study. Japanese Psychological Research. 2018;60(4):300–310. doi: https://doi.org/10.1111/JPR.12218

47. Hasegawa M, Carpenter PA, Just MA. An fMRI study of bilingual sentence comprehension and workload. Neuroimage. 2002;15(3):647–660. doi: https://doi.org/10.1006/nimg.2001.1001

48. Nakai T, Matsuo K, Kato C, et al. A functional magnetic resonance imaging study of listening comprehension of languages in human at 3 tesla-comprehension level and activation of the language areas. Neurosci Lett. 1999;263(1):33–36. doi: https://doi.org/10.1016/s0304-3940(99)00103-2

49. Miyai I, Tanabe HC, Sase I, et al. Cortical mapping of gait in humans: a near-infrared spectroscopic topography study. Neuroimage. 2001;14(5):1186–1192. doi: https://doi.org/10.1006/nimg.2001.0905

50. Murata Y, Sakatani K, Katayama Y, Fukaya C. Increase in focal concentration of deoxyhaemoglobin during neuronal activity in cerebral ischaemic patients. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2002;73(2):182–184. doi: https://doi.org/10.1136/jnnp.73.2.182

51. Kato H, Izumiyama M, Koizumi H, et al. Near-infrared spectroscopic topography as a tool to monitor motor reorganization after hemiparetic stroke: a comparison with functional MRI. Stroke. 2002;33(8):2032–2036. doi: https://doi.org/10.1161/01.str.0000021903.52901.97

52. Arenth PM, Ricker JH, Schultheis MT. Applications of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) to Neurorehabilitation of cognitive disabilities. Clin Neuropsychol. 2007;21(1):38–57. doi: https://doi.org/10.1080/13854040600878785


Рецензия

Для цитирования:


Яцык Л.М., Каркашадзе Г.А., Алтунин В.В., Поваляева И.А., Прудников П.А., Вишнева Е.А., Кайтукова Е.В., Эфендиева К.Е., Намазова-Баранова Л.С. Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия — перспективный метод изучения когнитивных функций у детей. Вопросы современной педиатрии. 2022;21(6):479-486. https://doi.org/10.15690/vsp.v21i6.2490

For citation:


Yatsyk L.M., Karkashadze G.A., Altunin V.V., Povalyaeva I.A., Prudnikov P.A., Vishneva E.A., Kaytukova E.V., Efendieva K.E., Namazova-Baranova L.S. Functional Near-Infrared Spectroscopy as Promising Method for Studying Cognitive Functions in Children. Current Pediatrics. 2022;21(6):479-486. (In Russ.) https://doi.org/10.15690/vsp.v21i6.2490

Просмотров: 809


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International.


ISSN 1682-5527 (Print)
ISSN 1682-5535 (Online)