EEG Mu Ritmo no desenvolvimento típico e atípico

Resumo

Avaliação do ritmo EEG mu fornece uma metodologia única para examinar a atividade cerebral e quando combinado com ensaios baseados comportamental, pode ser uma ferramenta poderosa para elucidar aspectos da cognição social, como a imitação, em populações clínicas.

Resumo

Eletroencefalografia (EEG) é um método eficaz, eficiente e não invasivo de avaliar e registrar a atividade cerebral. Dada a excelente resolução temporal, o EEG pode ser usado para examinar a resposta neuronal relacionada com comportamentos específicos, estados ou estímulos externos. Um exemplo deste utilitário é a avaliação do sistema de neurônios-espelho (MNS) em seres humanos através do exame do ritmo EEG mu. O ritmo EEG mu, atividade oscilatório na faixa de freqüência Hz 8-12 gravado a partir de eletrodos localizados centralmente, é suprimida quando um executa individuais, ou simplesmente observa, ações voltadas gol. Como tal, tem sido proposto que reflectem a actividade das MNS. Foi teorizado que a disfunção do sistema de neurônios-espelho (MNS) desempenha um papel que contribui para os déficits sociais do transtorno do espectro do autismo (ASD). Os MNS pode então ser examinado de forma não invasiva em populações clínicos usando EEG mu ritmo atenuação como um índice para a sua actividade. O prot descritoocol fornece uma avenida para examinar funções sociais cognitivos teoricamente ligados aos MNS em indivíduos com desenvolvimento típico e atípico, como ASD.

Introdução

Eletroencefalografia (EEG) é um método eficaz, eficiente e não invasivo de avaliar e registrar a atividade cerebral. Como os neurónios fogo no cérebro, a tensão resultante pode ser amplificado, gravada, e representada graficamente. A resolução temporal do EEG permite a análise do mesmo breves alterações nos padrões de oscilação do cérebro, assim como a análise da resposta do cérebro a estímulos específicos.

Apesar de ser a mais antiga técnica de imagens do cérebro, que remonta ao final do ^século 19, EEG ainda tem ampla aplicabilidade. Embora a ressonância magnética funcional (fMRI) tem excelente resolução espacial, tem relativamente baixa resolução temporal. Isto representa uma grande limitação da avaliação fMRI dada a incrível velocidade com que os processos ocorrem no cérebro. EEG tem a capacidade de avaliar a atividade elétrica do cérebro ao nível de milissegundos, proporcionando potencial iNsight nas fases de processamento do cérebro.

Tecnologias em desenvolvimento também têm expandido a aplicabilidade do EEG. Um aumento na densidade de sistemas de gravação tem permitido o desenvolvimento de técnicas de localização de fonte, mitigar alguns dos limites de EEG em relação resolução espacial. Além disso, os sistemas modernos têm reduzido o participante set-up tempo individual significativamente, permitindo a avaliação das populações anteriormente indisponíveis, tais como amostras clínicas ^1-3,28-30 infantil e.

Dada a excelente resolução temporal, o EEG pode ser usado para examinar a resposta neuronal relacionada com comportamentos específicos, estados ou estímulos externos. Um exemplo deste utilitário é a avaliação do sistema de neurônios-espelho (MNS) em seres humanos. Os neurônios-espelho foram inicialmente identificados em macacos usando única gravação neurônio ^4, evidenciando um grupo deneurônios que responderam simultaneamente a execução ea observação de ações motoras. Este método de gravação direta de colocar eletrodos no cérebro raramente é utilizado em seres humanos, e apenas em casos clínicos terríveis. EEG tem proporcionado um método para avaliar os MNS pela monitorização do ritmo EEG mu. Este padrão de oscilação no intervalo de 8-12 Hz demonstrou atenuar potência EEG em resposta à execução de acções e observação do motor, semelhantes ao padrão de activação observada em macacos ^{de 5-7.} Da mesma forma, a estimulação das regiões cerebrais putativos MNS através de Estimulação Magnética Transcraniana (por exemplo, o giro frontal inferior) abole EEG ritmo mu ⁸ e supressão ritmo EEG mu se correlaciona com sinais BOLD de fMRI em regiões de neurônios espelho putativos em assuntos ^9, fornecendo apoio adicional de que este ritmo índices, pelo menos em parte, a atividade MNS. Avaliação do ritmo EEG mu permitiu uma avaliação não invasiva de ato de neurônios-espelhoivity em humanos.

EEG fornece uma metodologia única para examinar a atividade cerebral e quando combinado com ensaios baseados comportamentalmente, ele pode ser uma ferramenta poderosa para elucidar aspectos da cognição social, como a imitação, em populações clínicas. Além disso, a aplicabilidade do EEG para uso com populações com deficiências cognitivas ou de linguagem permite a introspecção em habilidades dos indivíduos para os quais outras técnicas de imagem ou paradigmas comportamentais podem ser utilizar menos sucesso. O protocolo descrito fornece uma avenida para examinar funções sociais cognitivos teoricamente ligados ao sistema de neurônios-espelho em indivíduos com desenvolvimento típico e atípico, como o Transtorno do Espectro do Autismo.

Protocolo

O protocolo seguinte adere às diretrizes do Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Washington.

1. Avaliação eletrofisiológica

1. Preparação de Sessão
   1. Preparação da sala: coloque o manipulandum (ver Figura 1), um bloco de madeira com um sensor ligado, que envia um marcador com carimbo de tempo para aquisição de software quando ele é apreendido, em cima da mesa dentro de agarrar alcance do participante. Ative software de aquisição de EEG e começar a "nova sessão" (Figura S1).
   2. Preparação útil: solução morna de água destilada (1 L), cloreto de potássio (1 colher de sopa) e xampu (1 colher de chá) a 104 ° F. Mergulhe 128-eletrodo densa-array sistema de EEG na solução salina aquecida.
   3. Preparação Participante: garantir que o participante está sentado confortavelmente cerca de 75 cm do monitor de apresentação do estímulo e em plena vista da câmera de vídeoera. Encontre e marque o vértice sobre a cabeça do participante com um marcador de pele. Meça o vértice por encontrar a interseção do ponto médio entre o násio eo ínion e ponto médio entre preauriculars.
   4. Net aplicação: Coloque a tampa de EEG na cabeça do participante de tal forma que o eletrodo vértice é colocado diretamente sobre a marca de vértice. Verificar impedâncias e assegurar que as impedâncias são abaixo do limiar apropriado para o sistema de EEG em uso (Figura S2).
   5. Comece a sessão de vídeo gravação.
2. Configuração de gravação: Sinal de referência para o eletrodo de vértice. Filtro analógico entre 0,1 e 100 Hz, amplificar o sinal e digitalizar a 500 amostras / seg.
3. Apresentação do estímulo: presente participante com três condições: observar, executar e descanso, adaptados do paradigma desenvolvido por Muthukumaraswamy e colegas ^5.
   1. Observe condição: Instrua participante para sentar-se calmamente e assistirum vídeo de uma pessoa segurando o manipulandum. Cada ensaio deve durar 6 segundos. Tempo de vídeo pré-gravado para os ensaios observar com precisão para assegurar que o aperto observada ocorre exactamente 3 seg. Monitorar atenção visual do participante durante a tarefa, e marcar ensaios durante a qual eles não frequentam a tela para ser descartado no pós-processamento.
   2. Executar condição: Instrua participante para sentar-se calmamente com descanso mão direita, logo abaixo do manipulandum e, ao ouvir um sinal sonoro pré-gravado, a imitar a garra manipulandum do observar videoclipe condição. Cada ensaio deve durar 6 segundos. Verifique se o sinal sonoro é apresentado em exatamente 3 segundos por prerecording uma faixa auditivo que mantém um consistente cronometrado executar sugestão e intervalo inter-julgamento. Utilize um sensor na manipulandum para gravar com precisão o tempo que compreensão do participante ocorre (Figura S3).
   3. Condição de repouso: Instrua participante para sentar-se quietly com os olhos abertos e passivamente observar uma pequena cruz no monitor estímulo. Registro EEG contínuo durante a condição de descanso para 3 min.
   4. Para tanto observar e executar as condições, apresentam blocos casualizados de dez ensaios, para um total de quarenta ensaios por condição. Certifique-se de que a imagem do manipulandum permanece na tela ao longo dos blocos de observar e executar, inclusive entre os ensaios. Administrar a condição de repouso após a conclusão das condições de observar e executar.
4. Informática
   1. Após a coleta de dados, verifique novamente impedâncias. Observe quaisquer alterações aos níveis de impedância. Terminar gravação software de aquisição.
   2. Pós-processamento: sinal Rereference EEG à média. Segmento de dados de EEG contínuo em quarenta ensaios de 6 seg para cada condição (Figura S4).
   3. Realizar detecção artefato automatizado. Use algoritmos automatizados para inspecionar segmentos para artefatos de movimento, identificando rápidas amplitudes média exceeding 200 mV, diferencial amplitudes médias superiores a 100 mV e zero variância através de um dado ensaio (Figura S5).
   4. Realizar a detecção manual do artefato inspecionando visualmente dados e confirmando com análise de vídeo da sessão para remover todos os ensaios na condição de observação contaminado com qualquer artefato do movimento e todos os ensaios na condição de execução contaminado com qualquer artefato movimento relacionado ao gesto alcance. Excluir ensaios com artefato importante da análise. Descarte qualquer ensaios que foram sinalizados durante a aquisição como não compareceram. Examinar e taxa de rejeição julgamento para cada grupo de diagnóstico em análise, note.
5. A análise dos dados
   1. Por Muthukumaraswamy et al. ^5, segmento ensaios limpos em 2 épocas seg consistindo de 1 seg de dados antes que o segure e 1 segundo depois, tanto para as condições de observar (como marcado pela fotocélula) e executar (conforme marcado pelo sensor manipulandum). Segmento cinclinou-se duas épocas de seg a condição de repouso.
   2. Fast Fourier Transform (FFT) cada segmento. Selecione um grupo de oito eletrodos em cada hemisfério em torno das posições padrão C3 e C4 para análises estatísticas (seguindo Muthukumaraswamy et al. ⁵ e Bernier et al. ³⁾ (Figura 2). Para cada condição, em média, o poder através dos estudos incluídos para calcular espectros de potência.
   3. Calcule atenuação mu examinando a potência média durante quer a execução ou a observação de uma ação motora, em relação à potência média durante a condição de repouso, em toda a gama Hz 8-13. Use o log dessa razão para determinar o grau de atenuação. Nota: um valor negativo representa atenuação durante a execução ou observação, enquanto que um valor positivo representa aumento. Esta metodologia leva em conta a variabilidade entre os indivíduos, ea não normalidade dos valores expressos em forma de razão.
      Nota: Este protocolo foi desenvolvido usando um 128-eletrodo densa-array sistema de EEG com software Net Station versão 4.1. Enquanto os passos básicos são semelhantes em todos os sistemas de EEG, protocolos de aquisição e análise pode variar.

2. Caracterização da amostra

1. Identificar população potencial de pacientes para participação no paradigma através de registros de pesquisas, listas de participantes anteriores, ou referências de clínicas e médicos da região.
2. Potenciais participantes de tela para a probabilidade de atender os critérios de diagnóstico para a construção clínica (por exemplo, Transtorno do Espectro do Autismo) e para identificar quaisquer critérios de exclusão, como a presença de traumatismo craniano, tumor, história apreensão, ou uso de medicação anti-convulsivante ou barbitúricos que pode distorcer a sinal eletrofisiológico.
3. Confirme o estatuto de diagnóstico da população de pacientes através do uso de instrumentos de diagnóstico padrão ouro (por exemplo, Autism Diagnostic Interview-ReVised (ADI-R ¹¹⁾ e do Autism Diagnostic Observation Schedule-Generic (ADOS-G, ^12), administrada pelo médico especialista seguinte Manual Diagnóstico e Estatístico - 5 ^ª Edição (DSM-5) Critérios de ^13.
4. Identificar amostra controle pareado em variáveis ​​relevantes de interesse, tais como idade, sexo, capacidade cognitiva, etc

Resultados

Adultos típicos, crianças e bebés têm consistentemente demonstrado ritmo mu tanto durante a execução e observação de ações através de uma variedade de paradigmas e estímulos ^{5, 14-30.} Atenuação nesta faixa de frequências é consistentemente localizada através de eletrodos centrais (Figura 3), indicando que esta não é a redução do poder de alfa que é registrado em outras regiões do couro cabeludo. Da mesma forma, a atenuação nesta frequência durante a observação de m...

Discussão

A bem-sucedida aquisição, processamento e análise de dados eletrofisiológicos relacionados ao ritmo mu ea aplicação de populações clínicas requer 1) a aplicação de ferramentas metodológicas de EEG, 2) detecção de artefato cuidadoso e redução de dados, 3) a identificação precisa do ritmo mu, e 4) a caracterização precisa da população clínica e identificação de grupos de controle apropriados.

Metodologia apropriada EEG requer bom funcionamen...

Materiais

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 co-registered with data acquisition software to signal a successful grasp