Quantitative Bewertung der kortikalen Auditory-taktile Verarbeitung bei Kindern mit Behinderungen

Zusammenfassung

Ziel und einfache Messung der sensorischen Verarbeitung ist extrem schwierig in nonverbal oder gefährdeten pädiatrischen Patienten. Wir entwickelten eine neue Methode zur quantitativen Bewertung Säuglinge und Kinder kortikale Verarbeitung von leichten Berührung, Geräusche Rede, und die multisensorische Verarbeitung der zwei Reize, ohne dass aktives Subjekt Beteiligung oder verursacht Unbehagen in gefährdeten Patienten.

Zusammenfassung

Ziel und einfache Messung der sensorischen Verarbeitung ist extrem schwierig in nonverbal oder gefährdeten pädiatrischen Patienten. Wir entwickelten eine neue Methode zur quantitativen Bewertung der Kinder kortikale Verarbeitung von leichten Berührung, Sprachlaute und die multisensorische Verarbeitung der zwei Reize, ohne dass aktives Subjekt Beteiligung oder was Kinder Unbehagen. Um dies zu erreichen haben wir ein Dual-Channel-, Zeit und Kraft kalibrierten Luftstoß-Stimulator, der sowohl taktile Stimulation und eine Schein-Steuerung ermöglicht. Wir kombinieren diese mit der Verwendung von ereignisbezogene Potential Methodik für die hohe zeitliche Auflösung der Signale von den primären und sekundären somatosensorischen Kortex sowie höhere Auftragsbearbeitung zu ermöglichen. Diese Methodik erlaubt es uns auch, eine multisensorische Reaktion auf auditiv-taktile Stimulation zu messen.

Einleitung

Das Studium der Entwicklung kortikaler sensorischer Prozesse ist unerlässlich, um das Verständnis der Grundlage für die meisten Funktionen höherer Ordnung. Sinneserfahrungen sind für einen Großteil des Gehirns durch die Organisation der Kindheit verantwortlich, die Grundlagen für komplexe Prozesse wie Kognition, Kommunikation und motorische Entwicklung ^3.1. Die meisten pädiatrischen Studien der sensorischen Prozesse konzentrieren sich auf auditive und visuelle Domains, vor allem weil diese Reize sind am einfachsten zu entwickeln, zu standardisieren und zu testen. Ist von besonderem Interesse bei Säuglingen und Kindern jedoch taktile Verarbeitung, da es das erste Sinn, in dem ^4,5 Fötus entwickeln und somatosensorischen Informationen ist integraler Bestandteil der Funktion anderer kortikalen Systeme (z. B. Motor, Speicher, assoziativen Lernens limbischen) ^6. Aktuelle Verfahren der Beurteilung somatosensorischen Verarbeitung werden durch die Wahl der taktilen Reiz begrenzt. Eine gemeinsame Wahl ist eine direkte elektrische Nervenstimulation Median ^7,8 , Mit dem Potential für Unbehagen. Andere wirksame Methoden verwenden aktive Aufgaben wie Diskriminierung, Anerkennung und Lokalisierung der Reize, sowohl Aufmerksamkeit und ein hohes Maß an Verständnis ⁹ benötigt. Alle diese Verfahren sind daher in ihrer Verwendung bei kleinen Kindern und Säuglingen beschränkt.

Daher war unser Ziel, eine taktile Paradigma, dass diese Einschränkungen richtet, indem nicht-invasive und reduzieren die Notwendigkeit für eine aktive Beteiligung einer Person zu entwickeln. Darüber hinaus galt es, einen standardisierten Niveau der Stimulation und eine Schein-Kontrolle zu haben. Dafür haben wir den "Kugelfisch"-System, ein Dual-Channel-, zeitgesteuert, und kalibrierte Luftstoß-Liefersystem entwickelt, so dass wir die Auswirkungen der leichten Berührung in den Kindern und anderen gefährdeten Bevölkerungsgruppen zu messen.

Funktionelle MRI-Studien zeigten, dass die Stimulation durch Luftstöße aktiviert sensorischen Kortex, obwohl die Länge und Herausforderungen solcher Studien, wie Immobilisierung Kieldein Sitzungen und angstauslösenden Einstellungen machen sie schwer in den jungen Kindern durchzuführen. Deshalb kombinieren wir unsere neue Liefersystem mit Event-Related Potential (ERP)-Methode, um die zeitliche Auflösung der sensorischen Verarbeitung von leichten Berührung in einem kurzen, kinderfreundliches Test-Session zu liefern.

Dieses neue Paradigma bietet die nötige Flexibilität, um die sensorische Verarbeitung in verschiedenen Bevölkerungsgruppen, Altersgruppen und klinischen Umgebungen zu studieren. Es hat auch den Vorteil, dass mit auditiven Reize kompatibel, so dass für multisensorische Einschätzungen. Bis jetzt hat genaue und zuverlässige taktile Beurteilung nicht bei Kleinkindern oder bei Kindern, die nicht zuverlässig durch geistige / Sprachstörungen reagieren, sind möglich. Diese Methode zielt darauf ab, diese Lücke, um in einem Zeitraum von maximal Plastizität des Gehirns in der frühen Identifizierung der sensorischen Verarbeitung Defizite und Intervention unterstützen zu füllen. Verbesserungen in der sensorischen Verarbeitung in der Kindheit kann die Kaskade beeinflussenvon der Entwicklung des Nerven

Die folgenden Verfahren sind alle enthalten in Vanderbilt Institutional Review Board genehmigt Protokolle.

Protokoll

1. Bewertung der Antwort auf Light Touch

1. Die Elektrode Netz (z. B. 128-Kanäle geodätische sensor net) auf Kind oder Säugling Kopf. Stellen Sensoren für Kontakt mit warmer Kochsalzlösung. Wenn bei einem Kind, sicherzustellen Kind bequem sitzen Eltern oder Betreuer in den Schoß. Wenn ein Kleinkind auf, sicherzustellen, dass die Kinder wird leicht gewickelt und entweder in Pflegeperson in die Arme oder in Rückenlage in einem offenen Krippe statt.
2. Positionieren einer 1 mm-Düse 0,5 cm unterhalb der Spitze des Zeigefingers der Hand getestet. Legen Sie den Finger für ein kleines Kind oder der Handfläche für ein Kleinkind in einem Formhalter und mit Klettband proximal und distal gemeinsame konsequente Entfernung von Düse auf die Finger oder die Hand zu gewährleisten. Es ist unbedingt notwendig, dass das Kind unterhält die richtige Fingerposition während der Testsitzung. Stellen Sie sicher, dies durch periodisches Beurteilung Finger-und Handplatzierung und mit Kind mit Bezugsperson, wenn jung. Wenn die Prüfung ein Kind, Stopp-Protokollwenn Säugling weint und bieten Komfort vor dem Neustart. Wenn die Prüfung kleines Kind, fragen Betreuer, Trost und Beruhigung während der kurzen Testphase bieten.
3. Starten Sie Luftkompressor mit 40 psi durch den Regler, um die Ventileingänge für taktile Reize zu liefern.
4. Führen Reiz Lieferprogramm.
   1. Für die getesteten Seite, derzeit 60 puff Reize zufällig mit 60 Schein-Studien (ein Lufthauch über eine separate Düse zuge hingewiesen vom Finger) durchsetzt.
   2. Präsentieren Sie nicht mehr als zwei Wiederholungen eines Blätterteig oder Schein in einer Reihe. Variieren Sie die inter-trial Abständen zufällig zwischen 2.000-2.500 msec. Der Zweck davon ist es, Gewöhnung zu reduzieren, wobei ein Stimulus nicht mehr wahrgenommen wird. Die Gesamtzeit für eine Folge von 120 Versuchen sollte 4,5-5 min.
   3. Führen Sie das gleiche Protokoll mehr für die andere Seite, wenn das Studium asymmetrische somatosensorischen Störungen.
5. Für Protokolle nicht die Aufmerksamkeit auf Konjunktur erfordern keine weitere Einrichtung erforderlich. Tgilt für seine Kinder Tests. Für Verbesserung der Aufmerksamkeit bei jungen Kindern (die in größeren spezifischen ERP-Gipfel in Aufnahme führt), eine Aufgabe.
   1. Beispielaufgabe für die 5-Jährigen: Beschreiben Luft Züge als "Luftblasen" von "Fisch" in einem "Aquarium" (eine dekorierten Box Verbergen der Kugelfisch Apparate) geblasen. Bitten Sie die Kinder, zu erraten, ob jeder "Blase" wird durch eine blaue oder eine rote "Fisch" ausgeliefert. Sagen Sie dem Kind, die sie nicht brauchen, und sollte nichts sagen, während sie der Erfüllung dieser Aufgabe (siehe oben mit gespielter Aquarium in Abbildung 1).

2. Bewertung der Antwort auf Multisensorische Protocol (Auditory-taktile Gleichzeitige vs summiert Individuelle Antworten)

1. Führen Sie die Schritte 1.1-1.3 wie oben beschrieben. Stimuli werden in Tabelle 1 beschrieben.
2. Führen Sie den Reiz Lieferprogramm (z. B. in E-Prime-Software). Für die getesteten seits eine auditiv-taktile Paradigma kann die folgenden vier zufällig Reize zu präsentieren, mit 60 Versuche / Stimulus: puff, puff-/ga /, / ga /-Schein, Schein. Auch die Möglichkeit der Gewöhnung zu begrenzen, nicht in einem Zustand, präsentieren mehr als zwei Wiederholungen eines Blätterteig oder Schein in einer Reihe, und variieren die inter-trial Abständen zufällig zwischen 2.000-2.500 msec. Jede Sequenz von 240 Studien sollten zwischen 9-10 min dauern.
3. Führen identisches Protokoll über für die andere Hand.
4. Geben Sie einen lautlosen altersgerechte Karikatur zu Beginn der Protokoll und weiterhin während des gesamten Verfahrens zur Erhöhung der Motor Artefakte aus Unruhe zu vermeiden, und um den Hintergrund von großen Patienten erzeugten Delta-Wellen zu verringern, wenn sie sich langweilen. Zum Beispiel, in 5-Jährigen haben wir eine Schleife von 20 Minuten von einem gekauften Video, stumm gespielt und neu gestartet werden, bevor jedes Thema wurde getestet. Keine Beachtung Stimulus benötigt wird, damit die Schleife Cartoon eine visuelle Hintergrund aus den Stimuli getrennt.

e_title "> 3. Software und Geräte einrichten

1. Um die Software zu programmieren, zwei serielle Befehle von der Anwendung gesendet Stimuluskontrolle einrichten. Man identifiziert den Blätterteig, der andere der Schwindel. Haben die Stimuluskontrolle Anwendung senden Sie die Befehle an einen Mikrocontroller.
2. Haben die Mikro erzeugen einen TTL-Impuls (z. B. 20 msec Dauer) mit dem entsprechenden digitalen Ausgangskanal. Dieser Ausgang ist in zwei Leitungen, eine für den digitalen Eingang des EEG-Aufzeichnungssystem und einem an den Magnetgesteuerte Luftventile aufgeteilt werden. Markieren Sie die Öffnung der Ventile in der EEG-Datenstrom.
3. Messen Sie den Puls zu paffen Latenzzeit für beide real und Schein-Bedingungen mit einem Oszilloskop und einem Mikrofon. Diese sollten einheitlich, und in der Größenordnung von 10-15 msec. Stellen Sie für die Wartezeit nach der Aufnahme.
4. Berechnen die Kraft an der Düse ausgeübt in PSI mit einem Manometer und durch Messung der Düsendurchmesser. Verwenden Sie die Formel F (N) = Druck * Fläche. Zum Beispiel ausgeübte Kraft from ein Radius von 1 mm Düse bei 6 psi ergibt F (N) = 0,03 lbs.
5. Um die Steuerungsanwendung für die multisensorische Protokoll ändern, senden zwei serielle Befehle Identifizierung eines echten Blätterteig oder Schein an den Mikrocontroller sowie eine aufgezeichnete Sprachklang oder Schweigen. Hinweis: In unserem Paradigma wir die Computer generiert, Akzent-neutral / ga / Sound, unter anderem, wie / da /, / du /, / bu / etc verwendet haben.
6. Anwesend akustische Reize durch einen Lautsprecher auf der Mittellinie platziert, 2 m vor dem Thema.
7. Ausrichten der Schall Einsetzen Zeit gleichzeitig mit dem Beginn der Hub oder mit der Verzögerung gemessen in Schritt 3.3, je nachdem, welcher Zustand wünschenswert, den Tester sein.

4. Datenerfassung und-Vorbereitung

1. Wählen Sie Filter und Verweise Einstellungen, um Daten auf Basis von Standard-ERP-Methoden probieren. Hier verwenden Sie eine 1.000 Hz mit Filter zu 0,1 bis 400 Hz eingestellt. Während der Datensammlung finden Sie alle Elektroden Cz und rereferenced sie offline zu einem durchschnittlichenAlter Referenz.
2. Um die Daten-Segment, filtern Sie die aufgezeichneten Daten mit den gewünschten Filter und Segmentierung. Für diese Studie mit einem 0,3 bis 40 Hz Bandpass-Filter und das Segment der laufenden EEG auf der Basis des Reizbeginn einen 200 msec prestimulus Grundlinie und eine 500 msec Post-Stimulus-Intervall enthalten.
3. Eine Qualitätskontrolle der Daten. Bildschirm jedes Segment für Motor-und Augen Artefakte wie Hochfrequenz-Muskelaktivität, mit Computer-Algorithmen in der ERP-Software enthalten. Folgen Sie diesen Bildschirm durch eine manuelle Überprüfung.
4. Die automatisierten Screening-Kriterien werden wie folgt in diesem Protokoll festgelegt, kann aber geändert werden: für die Augenkanäle, Spannung> 140 uV = Lidschlag und Spannung> 55 uV = Augenbewegungen.
5. Korrigieren Sie die Daten aus kontaminierten Studien mit einer Augenartefaktkorrektur-Tool. Hinweis: Jeder Kanal mit Spannung> 200 uV ist von schlechter Qualität betrachtet. Wenn> 15 Kanäle sind von schlechter Qualität, entschieden wir uns, die gesamte Studie zur Reproduzierbarkeit Gründen verwerfen.
6. Durchschnittliche ERPs. Rereference sie zu einem durchschnittlichen Referenz und durchzuführen, Baseline-Korrektur basierend auf Kriterien, die in Schritt 4.2 gewählt, dann. Auszug mittleren Amplitude und Peak-Latenzen für verschiedene Gipfel, vom Gesamtmittelwellenformen von vordefinierten Bevölkerung hochgerechnet. Hinweis: In unserem Fall haben wir basierend auf den folgenden etablierten Literatur von älteren Reaktion der Kinder auf mittlere Nervenstimulation ^10-14. Wir verwendeten P50 (30-80 ms), N70 (50-100 msec), P100 (80-150 msec), N140 (130 bis 230 ms) und P2 (250-350 ms) Spitzen.
7. Fügen Sie nur Daten aus überlappenden Elektroden voreingestellte Positionen (Abbildung 2). Leiten Sie Daten für einzelne Elektroden und durchschnittlich innerhalb jedes Clusters.

Ergebnisse

Beurteilung der Licht touch (Abbildung 3):

Eigenschaften des kortikalen Reaktion auf taktile Stimulation mit dem Puffer-System: Die Muster von Peaks in Reaktion auf die Blätterteig sind sehr ähnlich zu den kortikalen Reaktionen unter Verwendung von Mediannerv Stimulation bei gesunden Erwachsenen ^10,11 erhalten. Die frühe Reaktion (P50, N70, P100 Peaks) spiegelt vor allem Aktivität im primären sensorischen Kortex ¹² und nicht ...

Diskussion

Diese neuartige Kombination von Luftstoß-und ERP-kortikale Verarbeitung von leichten Berührung und taktile-auditive Reaktionen zu messen (die als "Puffer-System" genannt) ist gut mit kleinen Kindern mit Behinderungen und von Kindern gut vertragen. Dies gilt für unisensory und multisensorischen Versionen, und ob sich das beobachtete Komponente im Falle von kleinen Kindern aufgenommen wird oder nicht. Die Gründe für den Erfolg dieser Methode bei der Beurteilung eines jungen und empfindlichen Bevölkerung si...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Geodesic sensor net	EGI, Inc., Eugene, OR	depends on size
Net Station EEG software v. 4.2	EGI, Inc., Eugene, OR	NA
E-Prime stimulus control application	PST, Inc. Pittsburgh, PA	NA
Manometer (model 6 in, 0-60 psi)	H. O. Trerice Co, Oak Park, MI
Custom Puffer setup	Nathalie Maitre