Published February 18, 2019 | Version v1
Publication Open

Measurement of Neurovascular Coupling in Neonates

Creators

  • 1. IMEC
  • 2. KU Leuven
  • 3. Universidad del Rosario

Description

Neurovascular coupling refers to the mechanism that links the transient neural activity to the subsequent change in cerebral blood flow, which is regulated by both chemical signals and mechanical effects. Recent studies suggest that neurovascular coupling in neonates and preterm born infants is different compared to adults. The hemodynamic response after a stimulus is later and less pronounced and the stimulus might even result in a negative (hypoxic) signal. In addition, studies both in animals and neonates confirm the presence of a short hypoxic period after a stimulus in preterm infants. In clinical practice, different methodologies exist to study neurovascular coupling. The combination of functional magnetic resonance imaging or functional near-infrared spectroscopy (brain hemodynamics) with EEG (brain function) is most commonly used in neonates. Especially near-infrared spectroscopy is of interest, since it is a non-invasive method that can be integrated easily in clinical care and is able to provide results concerning longer periods of time. Therefore, near-infrared spectroscopy can be used to develop a continuous non-invasive measurement system, that could be used to study neonates in different clinical settings, or neonates with different pathologies. The main challenge for the development of a continuous marker for neurovascular coupling is how the coupling between the signals can be described. In practice, a wide range of signal interaction measures exist. Moreover, biomedical signals often operate on different time scales. In a more general setting, other variables also have to be taken into account, such as oxygen saturation, carbon dioxide and blood pressure in order to describe neurovascular coupling in a concise manner. Recently, new mathematical techniques were developed to give an answer to these questions. This review discusses these recent developments.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يشير الاقتران العصبي الوعائي إلى الآلية التي تربط النشاط العصبي العابر بالتغيير اللاحق في تدفق الدم الدماغي، والذي تنظمه كل من الإشارات الكيميائية والتأثيرات الميكانيكية. تشير الدراسات الحديثة إلى أن الاقتران العصبي الوعائي لدى حديثي الولادة والرضع الخدج يختلف مقارنة بالبالغين. تكون الاستجابة الدورانية بعد المنبه متأخرة وأقل وضوحًا وقد يؤدي المنبه حتى إلى إشارة سلبية (نقص الأكسجين). بالإضافة إلى ذلك، تؤكد الدراسات التي أجريت على كل من الحيوانات وحديثي الولادة وجود فترة قصيرة من نقص الأكسجين بعد التحفيز عند الأطفال الخدج. في الممارسة السريرية، توجد منهجيات مختلفة لدراسة الاقتران العصبي الوعائي. مزيج من التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أو التحليل الطيفي الوظيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء (ديناميكا الدم في الدماغ) مع EEG (وظيفة الدماغ) هو الأكثر استخدامًا في حديثي الولادة. يعد التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة مهمًا بشكل خاص، لأنه طريقة غير جراحية يمكن دمجها بسهولة في الرعاية السريرية وقادرة على تقديم نتائج تتعلق بفترات زمنية أطول. لذلك، يمكن استخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة لتطوير نظام قياس مستمر غير جراحي، والذي يمكن استخدامه لدراسة حديثي الولادة في بيئات سريرية مختلفة، أو حديثي الولادة الذين يعانون من أمراض مختلفة. يتمثل التحدي الرئيسي لتطوير علامة مستمرة للاقتران العصبي الوعائي في كيفية وصف الاقتران بين الإشارات. من الناحية العملية، توجد مجموعة واسعة من مقاييس تفاعل الإشارات. علاوة على ذلك، غالبًا ما تعمل الإشارات الطبية الحيوية على نطاقات زمنية مختلفة. في بيئة أكثر عمومية، يجب أيضًا أخذ المتغيرات الأخرى في الاعتبار، مثل تشبع الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وضغط الدم من أجل وصف الاقتران العصبي الوعائي بطريقة موجزة. في الآونة الأخيرة، تم تطوير تقنيات رياضية جديدة لإعطاء إجابة على هذه الأسئلة. يناقش هذا الاستعراض هذه التطورات الأخيرة.

Translated Description (French)

Le couplage neurovasculaire fait référence au mécanisme qui relie l'activité neuronale transitoire au changement ultérieur du flux sanguin cérébral, qui est régulé à la fois par des signaux chimiques et des effets mécaniques. Des études récentes suggèrent que le couplage neurovasculaire chez les nouveau-nés et les prématurés est différent de celui des adultes. La réponse hémodynamique après un stimulus est plus tardive et moins prononcée et le stimulus peut même entraîner un signal négatif (hypoxique). De plus, des études chez l'animal et chez le nouveau-né confirment la présence d'une courte période hypoxique après un stimulus chez le nourrisson prématuré. Dans la pratique clinique, différentes méthodologies existent pour étudier le couplage neurovasculaire. La combinaison de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ou de la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (hémodynamique cérébrale) avec l'EEG (fonction cérébrale) est le plus souvent utilisée chez les nouveau-nés. La spectroscopie dans le proche infrarouge est particulièrement intéressante, car il s'agit d'une méthode non invasive qui peut être facilement intégrée dans les soins cliniques et qui est capable de fournir des résultats concernant des périodes de temps plus longues. Par conséquent, la spectroscopie dans le proche infrarouge peut être utilisée pour développer un système de mesure non invasif continu, qui pourrait être utilisé pour étudier les nouveau-nés dans différents contextes cliniques ou les nouveau-nés présentant différentes pathologies. Le principal défi pour le développement d'un marqueur continu pour le couplage neurovasculaire est de savoir comment le couplage entre les signaux peut être décrit. Dans la pratique, il existe un large éventail de mesures d'interaction du signal. De plus, les signaux biomédicaux fonctionnent souvent à des échelles de temps différentes. Dans un cadre plus général, d'autres variables doivent également être prises en compte, telles que la saturation en oxygène, le dioxyde de carbone et la pression artérielle, afin de décrire le couplage neurovasculaire de manière concise. Récemment, de nouvelles techniques mathématiques ont été développées pour répondre à ces questions. Cette revue traite de ces développements récents.

Translated Description (Spanish)

El acoplamiento neurovascular se refiere al mecanismo que vincula la actividad neuronal transitoria con el cambio posterior en el flujo sanguíneo cerebral, que está regulado tanto por señales químicas como por efectos mecánicos. Estudios recientes sugieren que el acoplamiento neurovascular en neonatos y bebés prematuros es diferente en comparación con los adultos. La respuesta hemodinámica después de un estímulo es posterior y menos pronunciada y el estímulo podría incluso dar lugar a una señal negativa (hipóxica). Además, estudios tanto en animales como en neonatos confirman la presencia de un corto periodo hipóxico tras un estímulo en neonatos prematuros. En la práctica clínica existen diferentes metodologías para estudiar el acoplamiento neurovascular. La combinación de imágenes de resonancia magnética funcional o espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (hemodinámica cerebral) con EEG (función cerebral) se usa con mayor frecuencia en neonatos. Especialmente la espectroscopia de infrarrojo cercano es de interés, ya que es un método no invasivo que se puede integrar fácilmente en la atención clínica y es capaz de proporcionar resultados relativos a períodos de tiempo más largos. Por lo tanto, la espectroscopia de infrarrojo cercano se puede utilizar para desarrollar un sistema de medición continua no invasiva, que podría utilizarse para estudiar neonatos en diferentes entornos clínicos o neonatos con diferentes patologías. El principal desafío para el desarrollo de un marcador continuo para el acoplamiento neurovascular es cómo se puede describir el acoplamiento entre las señales. En la práctica, existe una amplia gama de medidas de interacción de señales. Además, las señales biomédicas a menudo operan en diferentes escalas de tiempo. En un entorno más general, también se deben tener en cuenta otras variables, como la saturación de oxígeno, el dióxido de carbono y la presión arterial para describir el acoplamiento neurovascular de manera concisa. Recientemente, se han desarrollado nuevas técnicas matemáticas para dar respuesta a estas preguntas. Esta revisión analiza estos desarrollos recientes.

Files

pdf.pdf

Files (1.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:594aba5964c3057a730a22c36b545f51
1.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
قياس الاقتران العصبي الوعائي في حديثي الولادة
Translated title (French)
Mesure du couplage neurovasculaire chez les nouveau-nés
Translated title (Spanish)
Medición del acoplamiento neurovascular en neonatos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2916154230
DOI
10.3389/fphys.2019.00065

Is supplement to
https://openalex.org/W52843797 (Other)
https://openalex.org/W4300198674 (Other)
https://openalex.org/W4205527386 (Other)
https://openalex.org/W3170939257 (Other)
https://openalex.org/W2401804500 (Other)
https://openalex.org/W2392264585 (Other)
https://openalex.org/W2312408681 (Other)
https://openalex.org/W2059494134 (Other)
https://openalex.org/W1977024184 (Other)
https://openalex.org/W1591067900 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Colombia

References

  • https://openalex.org/W122066951
  • https://openalex.org/W1526375960
  • https://openalex.org/W1534062257
  • https://openalex.org/W1781075659
  • https://openalex.org/W1973512953
  • https://openalex.org/W1976197861
  • https://openalex.org/W1978482993
  • https://openalex.org/W1978866722
  • https://openalex.org/W1979728048
  • https://openalex.org/W1980508513
  • https://openalex.org/W1981408633
  • https://openalex.org/W1986546035
  • https://openalex.org/W1987387046
  • https://openalex.org/W1987572113
  • https://openalex.org/W1989744449
  • https://openalex.org/W1993628295
  • https://openalex.org/W1994910526
  • https://openalex.org/W1996449646
  • https://openalex.org/W2000535427
  • https://openalex.org/W2005408863
  • https://openalex.org/W2008274227
  • https://openalex.org/W2009347468
  • https://openalex.org/W2009908433
  • https://openalex.org/W2011751033
  • https://openalex.org/W2011805513
  • https://openalex.org/W2016724180
  • https://openalex.org/W2017473879
  • https://openalex.org/W2025018148
  • https://openalex.org/W2026622593
  • https://openalex.org/W2027249328
  • https://openalex.org/W2029978127
  • https://openalex.org/W2030729416
  • https://openalex.org/W2033829367
  • https://openalex.org/W2033849093
  • https://openalex.org/W2038337863
  • https://openalex.org/W2041962917
  • https://openalex.org/W2043042608
  • https://openalex.org/W2049146723
  • https://openalex.org/W2051872136
  • https://openalex.org/W2057476967
  • https://openalex.org/W2057504626
  • https://openalex.org/W2058637980
  • https://openalex.org/W2061564920
  • https://openalex.org/W2063294564
  • https://openalex.org/W2065423135
  • https://openalex.org/W2065919941
  • https://openalex.org/W2069644666
  • https://openalex.org/W2072514780
  • https://openalex.org/W2078204079
  • https://openalex.org/W2083710072
  • https://openalex.org/W2092377197
  • https://openalex.org/W2094407836
  • https://openalex.org/W2102824706
  • https://openalex.org/W2104591424
  • https://openalex.org/W2106474670
  • https://openalex.org/W2114856646
  • https://openalex.org/W2115530814
  • https://openalex.org/W2119185655
  • https://openalex.org/W2123108580
  • https://openalex.org/W2127973095
  • https://openalex.org/W2135780113
  • https://openalex.org/W2146887075
  • https://openalex.org/W2160450121
  • https://openalex.org/W2163122511
  • https://openalex.org/W2165515236
  • https://openalex.org/W2166016327
  • https://openalex.org/W2193428144
  • https://openalex.org/W2197475836
  • https://openalex.org/W2203484964
  • https://openalex.org/W2307012559
  • https://openalex.org/W2307733578
  • https://openalex.org/W2319193644
  • https://openalex.org/W2322460682
  • https://openalex.org/W2329076961
  • https://openalex.org/W2344712036
  • https://openalex.org/W2394688139
  • https://openalex.org/W2395026798
  • https://openalex.org/W2471644372
  • https://openalex.org/W2512975715
  • https://openalex.org/W2516280557
  • https://openalex.org/W2546337114
  • https://openalex.org/W2548698990
  • https://openalex.org/W2552241218
  • https://openalex.org/W2563787062
  • https://openalex.org/W2601707947
  • https://openalex.org/W2606574754
  • https://openalex.org/W2607093578
  • https://openalex.org/W2617131907
  • https://openalex.org/W2754764839
  • https://openalex.org/W2755262531
  • https://openalex.org/W2762266207
  • https://openalex.org/W2781877576
  • https://openalex.org/W2790960691
  • https://openalex.org/W2795285781
  • https://openalex.org/W2807178029
  • https://openalex.org/W2886478704
  • https://openalex.org/W2949132213
  • https://openalex.org/W2998039553