EEG מו קצב בפיתוח טיפוסי ולא טיפוסי

Summary

הערכה של קצב mu-EEG מספקת מתודולוגיה ייחודית לבחינת פעילות מוח וכאשר בשילוב עם מבחני מבוססים התנהגותית, יכולה להיות כלי רב עוצמה להבהרת היבטים של קוגניציה חברתית, כגון חיקוי, באוכלוסיות קליניות.

Abstract

Electroencephalography (EEG) הוא שיטה יעילה, יעילה ולא פולשנית של הערכה ורישום פעילות המוח. בהתחשב ברזולוציה של הזמן מצוינת, ה-EEG יכול לשמש כדי לבחון את התגובה העצבית הקשורים להתנהגויות ספציפיות, מדינות, או גירויים חיצוניים. דוגמא לשירות הזה היא ההערכה של מערכת תא מראה (MNS) בבני אדם דרך הבחינה של קצב mu-EEG. קצב mu-EEG, פעילות תנודתית בטווח תדר הרץ 8-12 נרשם מהאלקטרודות במיקום המרכזי, מדוכא, כאשר עוסק בביצוע בודד, או פשוט מציין פעולות, מטרה מכוונת. ככזה, הוא הוצע למשקף פעילות של MNS. זה כבר שיערו כי תפקוד לקוי במערכת תא מראה (MNS) משחק תפקיד תורם בגירעונות החברתיים של הפרעה בספקטרום האוטיסטי (ASD). MNS אז יכול להיות שנבדק noninvasively באוכלוסיות קליניות באמצעות הנחתה קצב mu-EEG כמדד לפעילותה. Prot תארocol מספק שדרת לבחון תפקודים קוגניטיביים חברתיים תיאורטית צמודים לMNS באנשים עם התפתחות טיפוסית ולא טיפוסית, כגון ASD.

Introduction

Electroencephalography (EEG) הוא שיטה יעילה, יעילה ולא פולשנית של הערכה ורישום פעילות המוח. כמו הנוירונים יורים במוח, יכול להיות מוגבר המתח וכתוצאה מכך, נרשם, וצורה גרפית מיוצג. ההחלטה הזמנית של EEG מאפשרת לניתוח אפילו שינויים קצרים בדפוסי התנודה של המוח, כמו גם הניתוח של תגובת המוח לגירויים מסוימים.

למרות היותו טכניקת ההדמיה המוחית העתיקה ביותר, שראשיתה בסוף המאה ^ה 19, EEG עדיין יש תחולה רחבה היקף. בעוד הדמיה תפקודית בתהודה מגנטית (fMRI) יש רזולוציה מרחבית מעולה, יש לו רזולוציה של זמן עני יחסית. זה מייצג מגבלה העיקרית של הערכת fMRI נתון המהירות המדהימה שבו תהליכים מתרחשים במוח. יש EEG היכולת להעריך את הפעילות מוחית חשמלית ברמה אלפית השנייה, ומספק לי פוטנציאלnsight לשלבים של העיבוד של המוח.

גם טכנולוגיות מתפתחות הרחיבו את תחולתו של ה-EEG. עלייה בצפיפות של מערכות הקלטה אפשרה לפיתוח טכניקות לוקליזציה מקור, מקלים בכמה מהמגבלות של EEG לגבי רזולוציה מרחבית. בנוסף, מערכות מודרניות צמצמו את זמן משתתף ההגדרה באופן משמעותי הבודד, המאפשר להערכה של אוכלוסיות בעבר זמינות, כגון תינוקות ודגימות קליניות ^1-3,28-30.

בהתחשב ברזולוציה של הזמן מצוינת, ה-EEG יכול לשמש כדי לבחון את התגובה העצבית הקשורים להתנהגויות ספציפיות, מדינות, או גירויים חיצוניים. דוגמא לשירות הזה היא ההערכה של מערכת תא מראה (MNS) בבני אדם. נוירוני המראה זוהו במקור בקופים באמצעות הקלטת נוירון יחידה ^4, המעיד על קבוצהנוירונים שהגיבו לשניהם ביצוע ומעקב של פעולות מוטוריות. שיטת הקלטה ישירה זו של הנחת אלקטרודות במוח מנוצל בבני אדם, ורק במקרים קליניים קשים רק לעתים נדירות. EEG סיפק שיטה להערכת MNS ידי ניטור קצב mu-EEG. דפוס תנודה זו בטווח 8-12 הרץ הוכח להחליש כוח EEG בתגובה להוצאת להורג והתבוננות בפעולות מוטוריות, בדומה לדפוס ההפעלה נצפה בקופים ^5-7. בדומה לכך, גירוי של אזורים במוח MNS משוערת באמצעות גירוי המגנטי Transcranial (למשל gyrus הקדמי הנחות) מבטל קצב mu-EEG ⁸ ודיכוי קצב mu-EEG בקורלציה עם אותות BOLD מfMRI באזורי תא מראה המשוערת בנושאים ^9, מתן תמיכה נוספת שהקצב הזה אינדקסים, לפחות בחלקו, פעילות MNS. הערכה של קצב mu-EEG אפשרה להערכה לא פולשנית של מעשה תא המראהivity בבני אדם.

EEG מספק מתודולוגיה ייחודית לבחינת פעילות מוח וכאשר בשילוב עם מבחני מבוססים התנהגותית, זה יכול להיות כלי רב עוצמה להבהרת היבטים של קוגניציה חברתית, כגון חיקוי, באוכלוסיות קליניות. יתר על כן, תחולתו של ה-EEG לשימוש עם אוכלוסיות עם ליקויים קוגניטיביים או שפה מאפשרת לתובנה יכולות של אנשים שעבורם שיטות הדמיה אחרות או פרדיגמות התנהגותיות עשויות להיות פחות בהצלחה לנצל. הפרוטוקול המתואר מספק שדרת לבחון תפקודים קוגניטיביים חברתיים באופן תיאורטי הקשורים במערכת תא המראה באנשים עם התפתחות טיפוסית ולא טיפוסית, כגון הפרעת ספקטרום האוטיזם.

Protocol

הפרוטוקול הבא פועל לפי ההנחיות של ועדת הבדיקה המוסדית אוניברסיטת וושינגטון.

1. הערכת אלקטרו

1. הכנת המושב
   1. הכנת חדר: מקום manipulandum (ראה איור 1), בלוק עץ עם חיישן המצורף, ששולח סמן חותם זמן לרכישת תוכנה כאשר הוא הבין, על השולחן באחיזת ידם של המשתתף. הפעל תוכנת רכישת EEG ולהתחיל "הפעלה חדשה" (איור S1).
   2. הכנת נטו: פתרון חם של מים מזוקקים (1 ליטר), אשלגן כלורי (1 כף), ושמפה לתינוק (1 כפית) ל104 ° F. משרים מערכת EEG צפוף מערך 128 האלקטרודה בתמיסת מלח המחומם.
   3. הכנת משתתף: להבטיח כי המשתתף יושב בנוחות כ 75 סנטימטר מהצג הצגת גירוי ומלא בתצוגה של מצלמת הווידאועידן. מצא וסמן את הקודקוד בראשו של המשתתף עם סמן עור. מדוד את הקודקוד על ידי מציאת הצומת של נקודת האמצע בין nasion וinion ונקודת האמצע בין preauriculars.
   4. יישום נקי: מקם את כובע EEG על ראשו של המשתתף כזה שהאלקטרודה הקודקוד ממוקם ישירות מעל סימן הקודקוד. בדוק עכבות ולהבטיח כי עכבות הן מתחת לסף מתאימות למערכת ה-EEG בשימוש (איור S2).
   5. בגין הפעלת מקליטה וידאו.
2. הגדרת הקלטה: אות ייחוס לאלקטרודה הקודקוד. מסנן אנלוגי בין 0.1 ו100 הרץ, להגביר את האות, וספרה ב500 דגימות / sec.
3. הצגת גירוי: משתתף הווה עם 3 תנאים: להתבונן, לבצע ולנוח, שהותאמו מהפרדיגמה שפותחה על ידי Muthukumaraswamy ועמיתים ^5.
   1. שים לב למצב: הדרך את המשתתף לשבת בשקט ולצפותוידאו של אדם שהוא תופס את manipulandum. כל ניסוי צריך להימשך 6 שניות. זמן הווידאו המוקלט מראש עבור הניסויים להתבונן דווקא כדי להבטיח את האחיזה שנצפתה מתרחשת ב3 שניות בדיוק. לפקח על תשומת הלב החזותית של המשתתף במהלך המשימה, ולסמן את ניסויים שבמהלכו הם לא לטפל במסך כדי להיות מושלך במהלך שלאחר העיבוד.
   2. ביצוע תנאי: הדרך את המשתתף לשבת בשקט עם יד מנוחה נכונה, ממש מתחת לmanipulandum ו, לשמע אות שמיעתית מוקלטת מראש, לחקות לתפוס manipulandum מסרטון וידאו המצב להתבונן. כל ניסוי צריך להימשך 6 שניות. ודא שהאות השמיעתית מוצגת בשניות בדיוק 3 על ידי prerecording מסלול שמיעתי השומר מתוזמן באופן עקבי לבצע קיו ומרווח בין משפט. לנצל חיישן בmanipulandum כדי להקליט את הזמן שהאחיזה של המשתתף מתרחשת (איור S3) בדיוק.
   3. מצב פנאי: הדרך את המשתתף לשבת Quietly בעיניים פקוחות ופסיביות להתבונן כוונת קטנה על צג הגירוי. EEG הרציף שיא במצב המנוחה במשך 3 דקות.
   4. עבור שניהם להתבונן ולבצע תנאים, בלוקים הווה אקראיים של עשרה ניסיונות, עבור סכום כולל של ארבעים ניסויים לכל מצב. ודא שהתמונה של manipulandum נשארה על מסך לאורך כל הלוקים להתבונן ולבצע, כולל בין ניסויים. לנהל את מצב המנוחה בהשלמת התנאים להתבונן ולבצע.
4. עיבוד נתונים
   1. בעקבות איסוף נתונים, בדוק מחדש עכבות. הערה כל שינויים לרמות עכבה. בסופו הקלטת תוכנת רכישה.
   2. לאחר עיבוד: אות Rereference EEG לממוצע. נתוני מגזרים רציפים EEG לארבעים ניסויים 6 שניות לכל תנאי (איור S4).
   3. לנהל זיהוי חפץ אוטומטי. משתמש באלגוריתמים אוטומטיים כדי לבדוק את המקטעים לחפצי תנועה על ידי זיהוי אמפליטודות ממוצעת מהירה exceedin200 μV גרם, דיפרנציאלי אמפליטודות ממוצעת עולה 100 μV, ואפס שונות על פני משפט נתון (איור S5).
   4. לנהל זיהוי חפץ ידני על ידי בדיקה ויזואלית נתונים ומאשרים עם ביקורת וידאו של הפגישה כדי להסיר את כל הניסויים בתנאי התצפית מזוהם עם כל חפץ תנועה וכל הניסויים במצב הביצוע מזוהם עם כל חפץ שאינו קשור לתנועת מחווה האחיזה. תכלול ניסויים עם חפץ משמעותי מניתוח. לבטל את כל ניסויים שהיו מסומנים במהלך רכישה שלא השתתפו. לבחון ולציין שיעור של דחיית משפט לכל אחת מקבוצות אבחון תחת ניתוח.
5. ניתוח נתונים
   1. לMuthukumaraswamy et al. ^5, ניסויים ניקו קטע ל 2 תקופות שניות בהיקף של 1 שניות של נתונים לפני האחיזה ו1 ​​שניות אחרי עבור שני התנאים להתבונן (כפי שסומן על ידי התא פוטואלקטרי) ולבצע (כפי שמסומן על ידי חיישן manipulandum). מגזר גנשען 2 תקופות שניות ממצב המנוחה.
   2. Fast Fourier Transform (FFT) כל אחד ממגזרים. בחר מקבץ של שמונה אלקטרודות בכל חצי הכדור שמקיף את העמדות סטנדרטיות C3 ו-C4 עבור ניתוחים סטטיסטיים (להלן Muthukumaraswamy et al. ⁵ ו רנייר et al. ³⁾ (איור 2). עבור כל תנאי, בממוצע הכוח על פני המחקרים שנכללו לחישוב ספקטרום כוח.
   3. חישוב הנחתה mu על ידי בחינת הכוח הממוצע במהלך או הביצוע או התבוננות בפעולת מנוע, יחסית להספק הממוצע במצב המנוחה, על פני טווח הרץ 8-13. השתמש ביומן של יחס זה, כדי לקבוע מידת הנחתה. הערה: ערך שלילי מייצג הנחתה במהלך ביצוע או תצפית, ואילו ערך חיובי מייצג הגדלת. מתודולוגיה זו לוקחת בחשבון השתנות על פני אנשים, ולא הנורמליות של הערכים באו לידי ביטוי בצורת יחס.
      הערה: פרוטוקול זה פותח באמצעות מערכת ה-EEG צפוף מערך 128 אלקטרודה עם נטו תחנת גרסת תוכנה 4.1. בעוד השלבים הבסיסיים דומים על פני מערכות ה-EEG, פרוטוקולי רכישה וניתוח עשויים להשתנות.

2. אפיון לדוגמא

1. זיהוי אוכלוסיית חולים פוטנציאלי להשתתפות בהפרדיגמה דרך רישומי מחקר, רישומי משתתף קודמים, או הפניות ממרפאות באזור ורופאים.
2. משתתפים פוטנציאליים מסך לסבירות לעמידה בקריטריונים לאבחון מבנה קליני (הפרעת ספקטרום האוטיזם למשל) ולזהות כל קריטריוני פסילה, כגון נוכחות של פגיעת ראש, גידול, היסטוריה של התקפים, או שימוש בתרופות אנטי convulsant או חומר הרגעה שעלולה לעוות את אות אלקטרו.
3. לאשר מעמד אבחון של אוכלוסייה מטופלת באמצעות השימוש במכשירי זהב סטנדרטיים לאבחון (לדוגמא: אוטיזם אבחון ראיון מחדשvised ⁽¹¹ ADI-R) ואוטיזם אבחון תצפית לוח-גנרי (ADOS-G, ¹²⁾ מנוהלים על ידי מטפל המומחה הבא מדריך דיאגנוסטי וסטטיסטי - קריטריוני 5 מהדורת ^ה (DSM-5) ^13.
4. לזהות מדגם ביקורת מותאם על משתנים רלוונטיים של ריבית, כגון גיל, מין, יכולת קוגניטיבית, וכו '

תוצאות

מבוגרים טיפוסיים, ילדים ותינוקות הראו באופן עקבי קצב mu במהלך שני הביצוע והתבוננות במעשים על פני מגוון רחב של פרדיגמות ^{ו5 גירויים, 14-30.} הנחתה בתחום תדרים זה היא מקומי באופן עקבי על פני האלקטרודות מרכזית (איור 3) מצביעה על כך שזה לא ירידה של כוח אלפא שנרשם ב...

Discussion

הרכישה, העיבוד והניתוח המוצלח של נתונים אלקטרו הקשורים לקצב mu והיישום לאוכלוסיות קליניות דורש 1) היישום של כלים מתודולוגיים EEG, 2) גילוי חפץ זהיר וצמצום הנתונים, 3) זיהוי מדויק של קצב mu, ו4) אפיון מדויק של האוכלוסייה וזיהוי של קבוצות בקרה המתאימות הקליניות.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Geodesic EEG System	EGI	N/A	Any EEG system, not only EGI based systems, is applicable for the described study
MATLAB software	MATLAB	N/A	Any mathematical, statistical software that can work with matrices is applicable
Netstation software	EGI	N/A	Any EEG acquisition software is applicable for the described study
Manipulandum	custom	N/A	Any object that is coregistered with data acquisition software to signal a successful grasp