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# Sciences de la santé # Psychiatrie et psychologie clinique

NIRDuino : Un nouvel outil dans la recherche sur le cerveau

NIRDuino rend l'étude du cerveau abordable et accessible pour les chercheurs.

Anupam Kumar, Seth Crawford, Tiffany-Chau Le, Ali Rahimpour Jounghani, Laura Moreno Carbonell, Alexandra Sargent Capps, Alec B. Walter, Daniel Liu, Reed Sullivan, E. Duco Jansen, SM Hadi Hosseini, Audrey K. Bowden

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Dans le monde de la recherche sur le cerveau, les scientifiques cherchent toujours de meilleures façons d’étudier comment fonctionnent nos esprits. Voici NIRDuino, un nouvel outil abordable qui aide les chercheurs à regarder l’activité cérébrale à l'aide de lumière. Ce dispositif est conçu pour être flexible, ce qui permet de l’utiliser dans divers environnements, comme des labos, des maisons, ou même pendant une promenade au parc. Il promet de rendre la compréhension des fonctions cérébrales plus accessible aux chercheurs—pas besoin d’un doctorat en ingénierie !

Qu'est-ce que l'imagerie neurofonctionnelle ?

L'imagerie neurofonctionnelle est une technique qui permet aux chercheurs de voir quelles parties du cerveau sont actives pendant différentes tâches ou expériences. Imagine ton cerveau comme une ville avec différents quartiers qui travaillent plus dur à différents moments. L'imagerie neurofonctionnelle aide les scientifiques à comprendre quelles zones sont "animées" (on veut dire actives) quand tu résous un problème de maths, écoutes de la musique, ou te rappelles un souvenir.

Les méthodes actuelles nécessitent des machines coûteuses et beaucoup de temps, ce qui rend difficile la collecte de données suffisantes. De plus, ces outils peuvent être compliqués, nécessitant souvent une formation spécialisée pour fonctionner. C'est là que NIRDuino entre en jeu, offrant une option simple et abordable pour les scientifiques souhaitant explorer l'activité cérébrale sans se ruiner.

La configuration de NIRDuino

NIRDuino est basé sur la technologie Arduino, qui est comme Lego pour les passionnés d'électronique. Les chercheurs peuvent connecter plusieurs capteurs pour mesurer l'activité cérébrale avec ce dispositif compact pour moins de 1000 $—bien mieux que certains systèmes existants qui coûtent des dizaines de milliers !

Le système se compose de petits dispositifs émetteurs de lumière qui projettent une lumière proche infrarouge dans le cerveau, et de capteurs qui détectent la lumière qui revient. Les chercheurs peuvent fixer ces dispositifs à différentes parties de la tête ou du corps. NIRDuino propose une application mobile conviviale où les chercheurs peuvent sélectionner quels capteurs utiliser et commencer à collecter des données avec juste quelques tapotements.

Pourquoi NIRDuino est-il important ?

L'abordabilité et la facilité d'utilisation de NIRDuino signifient que plus de chercheurs peuvent étudier comment le cerveau fonctionne, ce qui peut mener à une meilleure compréhension de diverses conditions psychologiques comme le TDAH, Alzheimer, et d'autres problèmes de santé mentale. Plus de données provenant de sujets divers peuvent aider les scientifiques à donner du sens à des comportements et des schémas cérébraux complexes. C’est comme avoir plus de pièces de puzzle pour compléter une image !

Composants de NIRDuino

Probes d'émission de lumière

Ces dispositifs, appelés émetteurs, projettent de la lumière dans le cerveau. Chaque émetteur a deux LED qui fonctionnent à différentes longueurs d'onde pour collecter des informations vitales. L'intensité de la lumière peut être ajustée, ce qui aide à capturer des données précises sans "aveugler" les capteurs.

Détecteurs de lumière

Ces capteurs, connus comme détecteurs, récupèrent la lumière qui revient du cerveau. Ils convertissent les signaux lumineux en signaux électriques. Pense à eux comme l’"auditeur attentif" dans une conversation—plus ils sont attentifs, mieux ils peuvent fournir des informations.

Contrôleur

Le contrôleur est le cerveau de l’opération (jeu de mots pour le coup). Il coordonne les émetteurs et détecteurs et envoie les données à l'application mobile. Il gère l'alimentation et la communication, s’assurant que tout fonctionne sans accrocs, comme une machine bien huilée.

Circuit dongle

Ça a l'air fancy, mais le dongle est un circuit simple qui connecte les émetteurs et détecteurs au contrôleur. C'est comme un intermédiaire, aidant les différentes parties à communiquer efficacement.

Comment utiliser NIRDuino

Utiliser NIRDuino est un jeu d’enfant. Après avoir installé le dispositif et téléchargé l'application sur une tablette ou un téléphone Android, les chercheurs peuvent commencer leurs expériences. Ils n'ont qu'à connecter les émetteurs et détecteurs, choisir leurs paramètres souhaités, et appuyer sur le bouton de démarrage. L'application fournit un affichage en temps réel des données collectées, qui peuvent être stockées et analysées plus tard.

Cette simplicité permet aux chercheurs de se concentrer davantage sur leurs études sans se battre avec des équipements compliqués. Même ceux qui n'ont pas de formation technique approfondie peuvent s’impliquer dans la recherche cérébrale.

Évaluation de l’efficacité de NIRDuino

Pour s'assurer que NIRDuino fait bien son job, les chercheurs font des tests pour vérifier à quel point il mesure avec précision l'activité cérébrale. Cela implique de mettre en place un faux modèle de cerveau avec des propriétés connues et de comparer les relevés de NIRDuino avec ceux de systèmes existants, plus chers. L'objectif est de voir si NIRDuino peut fournir des données fiables qui correspondent à ce qui est attendu.

Les chercheurs réalisent une variété d'expériences, allant de la mesure des réponses à des changements physiques simples—comme plier un doigt—à des tâches cognitives plus complexes, comme résoudre des problèmes de maths. Si NIRDuino réussit ces tests, il sera prouvé comme un outil de recherche fiable.

Opportunités d'amélioration

Bien que NIRDuino soit un grand pas en avant, il y a toujours place à l'amélioration. Par exemple, la vitesse de collecte des données est actuellement constante, ce qui signifie que peu importe combien de capteurs sont utilisés, le système ne capte des données qu'à un rythme fixe. Des mises à jour futures pourraient permettre à ce rythme de varier selon le nombre de capteurs en fonctionnement.

De plus, bien que le logiciel soit facile à utiliser, il capture seulement des données brutes pour l’instant. Des fonctionnalités plus avancées pourraient améliorer l'expérience utilisateur, permettant aux chercheurs de réaliser des analyses directement sur l'appareil au lieu d'avoir besoin d'un ordinateur.

L'avenir de la recherche cérébrale avec NIRDuino

NIRDuino représente une nouvelle direction passionnante dans la recherche sur le cerveau, rendant un plus large éventail de scientifiques capables de participer à l'étude de notre façon de penser, de ressentir et d'agir. En rendant la collecte de données plus facile et abordable, il ouvre des possibilités pour de nouvelles recherches qui étaient auparavant irréalisables.

À mesure que les chercheurs continuent d'utiliser NIRDuino, ils pourraient découvrir des choses sur le cerveau qui changent notre compréhension de la santé mentale et de la fonction cognitive. Qui sait ? La prochaine grande découverte en psychologie pourrait venir d'un chercheur utilisant NIRDuino pendant une étude décontractée dans son café local !

Conclusion

En résumé, NIRDuino est une approche rafraîchissante de l'imagerie neurofonctionnelle, combinant abordabilité, facilité d'utilisation, et flexibilité. Avec son design compact et ses capacités sans fil, n'importe qui, des chercheurs expérimentés aux amateurs enthousiastes, peut s'engager dans la science du cerveau.

Au fur et à mesure que de plus en plus de gens utiliseront ce dispositif, l'espoir est que cela mènera à des découvertes révolutionnaires et approfondira notre compréhension de l'esprit humain. Le monde de la recherche sur le cerveau est sur le point de devenir beaucoup plus excitant, grâce à NIRDuino ! Alors, prends un café, connecte ton appareil, et découvre les merveilles de ton propre cerveau.

Source originale

Titre: NIRDuino: A modular, Bluetooth-enabled, Android-configurable fNIRS system with dual-intensity mode built on Arduino

Résumé: SignificanceWe present NIRDuino: an Open-source Android(R)-configurable, modular, and Bluetooth-enabled fNIRS system that allows researchers to perform neuroimaging studies with up to eight emitters and 16 detectors. The complete system (including Android tablet) can be assembled for less than $1000, and the emitters and detectors can be arranged in any configuration to achieve the desired short and long channels required for their study. AimThe system has been designed with non-engineers in mind, and the researcher only needs to design the wearable interfaces to attach the emitters and detectors to the body appropriate for their intended application. ApproachThe system consists of a battery-powered, wireless controller built on the Arduino(R) Nano ESP32 platform, a dongle with sockets for each of the eight emitters and detectors that can be connected, and individual wired probes for emitters and detectors. In accompaniment, Arduino(R)-based firmware and an Android(R) application have also been developed and provided. The selected emitters and detectors can be arranged in any desired configuration, and the emitters can be configured to output light with both regular intensities and low intensities to collect data for "long channels" with sufficient signal quality and "short channels" without saturation. This paper details the systems design and characterization on phantom and two physiological experiences on a human. ResultsThe easy-to-configure hardware/software system demonstrated stability in fNIRS measurements using a single emitter-detector pair placed on a phantom, and reproduced previously published outcomes for arterial cuff measurements on the forearm and a arithmetic experiment on the forehead. ConclusionThe NIRDuino circuitry and software demonstrated modularity and usability for NIRS experiments, and this low-cost platform will provide researchers globally with an affordable fNIRS system to easily adopt and adapt for their unique experimental needs.

Auteurs: Anupam Kumar, Seth Crawford, Tiffany-Chau Le, Ali Rahimpour Jounghani, Laura Moreno Carbonell, Alexandra Sargent Capps, Alec B. Walter, Daniel Liu, Reed Sullivan, E. Duco Jansen, SM Hadi Hosseini, Audrey K. Bowden

Dernière mise à jour: 2024-12-24 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.12.20.24318425

Source PDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.12.20.24318425.full.pdf

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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