La valutazione quantitativa di elaborazione corticale uditivo-tattile nei bambini con disabilità

Riepilogo

Obiettivo e semplice misurazione della elaborazione sensoriale è estremamente difficile nei pazienti pediatrici non verbali o vulnerabili. Abbiamo sviluppato una nuova metodologia per valutare quantitativamente neonati e di elaborazione corticale bambini di tocco leggero, il discorso suoni, e l'elaborazione multisensoriale dei due stimoli, senza la necessità di una partecipazione attiva del soggetto o causare disagio nei pazienti vulnerabili.

Abstract

Obiettivo e semplice misurazione della elaborazione sensoriale è estremamente difficile nei pazienti pediatrici non verbali o vulnerabili. Abbiamo sviluppato una nuova metodologia per valutare quantitativamente l'elaborazione corticale bambini di tocco leggero, suoni del linguaggio e l'elaborazione multisensoriale dei due stimoli, senza la necessità di una partecipazione attiva del soggetto o causando bambini disagio. Per fare questo abbiamo sviluppato un doppio canale, il tempo e la forza calibrata stimolatore soffio d'aria che consente sia la stimolazione tattile e controllo sham. Abbiamo combinato questo con l'uso della metodologia potenziale evento-correlate a consentire per alta risoluzione temporale dei segnali dai corteccia somatosensoriale primaria e secondaria così come l'elaborazione di ordine superiore. Questa metodologia ci ha permesso di misurare la risposta alla stimolazione multisensoriale uditivo-tattile.

Introduzione

Lo studio di sviluppare processi sensoriali corticali è essenziale per comprendere la base per la maggior parte delle funzioni di ordine superiore. Esperienze sensoriali sono responsabili di gran parte dell'organizzazione del cervello attraverso l'infanzia, ponendo le basi per processi complessi come la cognizione, la comunicazione e lo sviluppo motorio ^1-3. La maggior parte degli studi pediatrici dei processi sensoriali si concentrano su domini uditivi e visivi, soprattutto perché questi stimoli sono più facili da sviluppare, standardizzare e test. Tuttavia, l'elaborazione tattile è di particolare interesse per neonati e bambini in quanto è il primo senso a svilupparsi nel feto ^4,5, e informazioni somatosensoriale è parte integrante della funzione di altri sistemi corticali (ad esempio motore, memoria, apprendimento associativo, limbico) ^6. Gli attuali metodi di elaborazione somatosensoriale valutazione sono limitate dalla scelta di stimolo tattile. Una scelta comune è diretta mediana elettrica stimolazione del nervo ^7,8 , Con il potenziale di disagio. Altri metodi efficaci utilizzano task attivi quali la discriminazione, il riconoscimento e la localizzazione di stimoli, che richiede sia l'attenzione e alti livelli di comprensione ^9. Tutti questi metodi sono quindi limitati nel loro utilizzo nei bambini piccoli e neonati.

Pertanto, il nostro obiettivo era quello di sviluppare un paradigma tattile che affronta queste limitazioni, essendo non invasivo e riducendo la necessità di una partecipazione attiva del soggetto. Inoltre, doveva avere un livello standardizzato di stimolazione e di una finzione di controllo. Per questo abbiamo sviluppato il sistema "puffer", un dual-channel, a tempo, e calibrato sistema di erogazione di aria soffio, che ci permette di misurare gli effetti di tocco leggero nei neonati e altre popolazioni vulnerabili.

Gli studi di risonanza magnetica funzionale ha dimostrato che la stimolazione da sbuffi d'aria attiva la corteccia sensoriale, anche se la lunghezza e la difficoltà di tali studi, come l'immobilizzazione, lengle tue sessioni e le impostazioni ansiogene li rendono difficili da eseguire nei bambini piccoli. Pertanto, abbiamo unito il nostro sistema di consegna romanzo con potenziale (ERP) metodologia eventi correlati, al fine di fornire una risoluzione temporale di elaborazione sensoriale del tocco di luce in una breve sessione di test a misura di bambino.

Questo nuovo paradigma offre la flessibilità necessaria per studiare elaborazione sensoriale in diverse popolazioni, età e situazioni cliniche. Essa ha anche il vantaggio di essere compatibile con stimoli uditivi, consentendo valutazioni multisensoriali. Fino ad ora, la valutazione tattile preciso e affidabile non e 'stato possibile nei neonati o nei bambini che non sono in grado di rispondere in modo affidabile a causa di disturbi intellettuale / lingua. Questa metodologia si propone di colmare questa lacuna, al fine di facilitare l'identificazione precoce di deficit di elaborazione sensoriali e di intervento nel corso di un periodo di massima plasticità cerebrale. Miglioramenti nella elaborazione sensoriale nella prima infanzia possono influenzare la cascatadi neurosviluppo

Le seguenti procedure sono tutti inclusi nella Vanderbilt Institutional Review Board protocolli approvati.

Protocollo

1. Valutazione della risposta al tocco leggero

1. Posizionare la rete elettrodo (es. 128 canali geodetica sensore netto) sul bambino o la testa del bambino. Regolare sensori per il pieno contatto con la soluzione salina calda. Se su un bambino, assicurarsi bambino è seduto comodamente genitore o un caregiver giro. Se da un bambino, in modo che bambino è fasciato leggermente e sia tenuto tra le braccia di badante o in posizione supina in una culla aperta.
2. Posizionare un ugello 1 millimetro 0,5 centimetri sotto la punta del dito indice della mano testato. Mettere il dito di un bambino o di palma per un bambino in un supporto stampo e fissare con velcro prossimale e distale al comune per garantire la distanza costante dall'ugello al dito o della mano. E 'assolutamente essenziale che il bambino mantenga la posizione del dito corretta per tutta la sessione di test. Garantire questa valutando periodicamente dito e collocamento a mano e avere bambini con assistente se giovani. Se il test di un bambino, fermare il protocollose bambino piange e offrono un comfort prima di riavviare. Se il test bambino, chiedere badante per offrire comfort e rassicurazione per tutto il breve periodo di prova.
3. Inizia compressore d'aria a 40 psi attraverso il regolatore a fornire ingressi valvola per stimoli tattili.
4. Eseguire programma di fornitura stimolo.
   1. Per la mano testato, presenti stimoli 60 sbuffo alternano in modo casuale con 60 processi farsa (un soffio d'aria erogata attraverso un ugello separato in direzione opposta dal dito).
   2. Non presentare più di due ripetizioni di un soffio o sham in una riga. Variare gli intervalli tra le prove a caso tra 2.000-2.500 msec. Lo scopo di questo è di ridurre assuefazione, dove uno stimolo non è più percepito. Il tempo totale per una sequenza di 120 prove dovrebbe essere 4,5-5 min.
   3. Eseguire il protocollo identico nuovo per l'altra parte se studiare i disturbi somatosensoriali asimmetriche.
5. Per i protocolli che non richiedono attenzione a stimoli non creare ulteriore è necessario. Tsua vale per test infantile. Per la valorizzazione di attenzione nei bambini (che si traduce in maggiori particolari picchi ERP nella registrazione), forniscono un compito.
   1. Compito esempio per 5 anni: Descrivi sbuffi d'aria come "bolle" soffiato da "pesce" in un "acquario" (una scatola decorata nasconde l'apparato puffer). Chiedete ai bambini di indovinare se ogni "bolla" viene consegnato da un blu o un "pesce" rossa. Dite al bambino che non hanno bisogno di e non deve dire nulla mentre si sta eseguendo questa operazione (vedi istituito con acquario finto in Figura 1).

2. Valutazione della risposta alla multisensoriale Protocol (Auditory-tattile vs simultanea Riassume risposte individuali)

1. Eseguire attraverso passaggi 1.1-1.3 come descritto sopra. Gli stimoli sono descritti nella Tabella 1.
2. Eseguire il programma di fornitura di stimolo (ad esempio nel software E-Prime). Per la mano testata, un uditivo-tattile paradigma può presentare i seguenti 4 stimoli in modo casuale, con 60 prove / stimolo: puff, puff-/ga /, / ga /-sham, sham. Anche in questo caso, per limitare la possibilità di assuefazione, non presentare più di due ripetizioni di un soffio o finto di fila in qualsiasi condizione, e variare gli intervalli tra le prove a caso tra 2.000-2.500 msec. Ogni sequenza di 240 studi dovrebbe prendere tra 9-10 min.
3. Eseguire protocollo identico sopra per l'altra mano.
4. Fornire un cartone animato adeguato all'età silenzioso in apertura di protocollo e continuare per tutta la procedura per evitare aumento di manufatti motore di inquietudine, e per diminuire lo sfondo dalle grandi onde delta-generated paziente quando sono annoiati. Ad esempio, in età 5 anni, abbiamo utilizzato un ciclo di 20 minuti di un video acquistato, riprodotti su mute e rinnovate prima di ogni soggetto è stato testato. Non è necessaria alcuna attenzione agli stimoli, quindi il cartone animato loop offre un ambiente visivo scollegato dalla stimoli.

e_title "> 3. Software e Impianti Set Up

1. Per programmare il software, istituito due comandi seriali inviati dall'applicazione controllo dello stimolo. Uno identifica il soffio, l'altro la farsa. Avere l'applicazione di controllo dello stimolo inviare i comandi ad un microcontrollore.
2. Avere il microcontrollore genera un impulso TTL (es. 20 durata msec) al corrispondente canale di uscita digitale. Questa uscita deve essere divisa in due linee, una per l'ingresso digitale per il sistema di registrazione EEG e uno per le valvole elettropneumatico-dipendenti. Celebrare l'apertura di entrambe le valvole nel flusso di dati EEG.
3. Misurare il polso alla latenza puff per entrambe le condizioni reali e fittizie con un oscilloscopio e un microfono. Questi dovrebbero essere uniforme, e nell'ordine di 10-15 msec. Regolare per il post-registrazione latenza.
4. Calcolare la forza esercitata all'ugello in PSI utilizzando un manometro e misurando il diametro dell'ugello. Utilizzare la formula F (N) = Pressione * Area. Ad esempio, la forza esercitata from un ugello raggio di 1 mm 6 psi produce F (N) = 0,03 £.
5. Per modificare l'applicazione di controllo per il protocollo multisensoriale, inviare due comandi seriali che identificano un vero soffio o sham al microcontrollore nonché un suono vocale registrato o silenzio. Nota: Nel nostro paradigma, abbiamo usato il computer ha generato, accento neutro / ga / suono, tra gli altri, come / da /, / du /, / bu /, etc.
6. Stimoli uditivi presente attraverso un altoparlante posizionati linea mediana, 2 piedi di fronte al soggetto.
7. Allineare i tempi insorgenza suono di essere simultanea con l'inizio del soffio o con il ritardo misurato al punto 3.3, a seconda di quale condizione è auspicabile il tester.

4. Acquisizione dati e preparazione

1. Scegli filtri e riferimenti impostazioni per campionare i dati basati su metodologie ERP standard. Qui, utilizzare un 1000 Hz con filtri impostati 0,1-400 Hz. Durante la raccolta dati, fare riferimento tutti gli elettrodi di Cz e rereferenced offline a una mediariferimento all'età.
2. Per segmentare i dati, filtrare i dati registrati con filtri desiderati e segmentazione. Per questo studio utilizzare un filtro passabanda 0,3-40 Hz e il segmento continuo EEG basa sulla insorgenza stimolo per includere una linea di base msec 200 msec prestimulus e un intervallo post-stimolo 500.
3. Eseguire il controllo della qualità dei dati. Schermo ciascun segmento per il motore e oculari manufatti come l'attività muscolare ad alta frequenza, utilizzando algoritmi informatici inclusi nel software ERP. Seguire questa schermata da una revisione manuale.
4. I criteri di selezione automatizzati sono fissati come segue in questo protocollo, ma possono essere modificati: per i canali degli occhi, tensione> 140 mV = batter d'occhio e la tensione> 55 mV = movimenti oculari.
5. Correggere i dati provenienti da studi contaminati utilizzando uno strumento di correzione del manufatto oculare. Nota: Qualsiasi canale con tensione> 200 mV è ritenuta di scarsa qualità. Se> 15 canali sono di scarsa qualità, abbiamo scelto di annullare l'intero processo per motivi di riproducibilità.
6. ERP media. Li Rereference a un riferimento alla media e quindi eseguire basale correzione sulla base dei criteri scelti nella fase 4.2. Estrarre media ampiezza e latenze di picco per le varie cime, estrapolate da grandi forme d'onda medie di popolazioni predefiniti. Nota: Nel nostro caso, abbiamo basato la seguente sulla letteratura consolidata di risposta dei bambini di età superiore ai mediana stimolazione nervosa ^10-14. Abbiamo usato P50 (30-80 msec), N70 (50-100 msec), P100 (80-150 msec), N140 (130-230 msec) e P2 (250-350 msec) picchi.
7. Includere solo i dati provenienti da elettrodi sovrapposti posizioni preimpostate (Figura 2). Desumere i dati per i singoli elettrodi e media all'interno di ogni cluster.

Risultati

Valutazione del tocco leggero (Figura 3):

Caratteristiche della risposta corticale alla stimolazione tattile utilizzando il sistema Puffer: I pattern di picchi in risposta al soffio sono molto simili alle risposte corticali ottenuti con la stimolazione del nervo mediano in adulti normali ^10,11. La risposta precoce (P50, N70, picchi P100) riflette principalmente l'attività nella corteccia sensoriale primaria ¹² e non richiede ...

Discussione

Questa nuova combinazione di soffio dell'aria e ERP (di seguito il "sistema Puffer") per misurare l'elaborazione corticale del tocco leggero e risposte tattili-uditiva è ben tollerato dai bambini con disabilità e bambini. Questo vale per le versioni unisensory e multisensoriali, e se il componente attenzionale viene aggiunto o non nel caso di bambini piccoli. Le ragioni del successo di questa metodologia per valutare una popolazione giovane e vulnerabile sono dovute sia l'utilizzo di uno stimolo ...

Materiali

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