Method Article
ЭЭГ-методы применяются для извлечения биомаркеров дисфункций мозга. Основное внимание уделяется многоканальным потенциалам, связанным с событиями (ERP), записанным в задаче GO/NOGO. Немозг артефакты корректируются и ERPs сравниваются с нормативными данными. Примеры относятся к биомаркеров для диагностики СДВГ и прогнозирования ответ ныхлекарственных препаратов.
Нейропсихиатрические диагнозы, такие как СДВГ, основаны на субъективных методах, таких как интервью, рейтинговые шкалы и наблюдения. Существует необходимость в более мозга на основе добавок. Стимулятор лекарства является наиболее распространенным методом лечения СДВГ. Клинически полезные предикторы ответных мер до сих пор не зарегистрированы. Целью данной работы является описание методов ЭЭГ, которые мы применяем для извлечения потенциальных биомаркеров для дисфункции мозга. Примеры относятся к биомаркеров для педиатрического СДВГ, и прогнозирование ответ лекарства. Основной упор делается на потенциал, связанный с событиями (ERP).
Девятнадцать канал ЭЭГ записывается в течение 3 минут глаза открытые задачи, 3 мин глаза закрыты задачи, и 20 минут cued визуального GO / NOGO задачи (VCPT). ERP записываются во время выполнения этой задачи. Целью протокола ERP является извлечение биомаркеров предполагаемых дисфункций мозга, которые значительно различают группу пациентов и здоровый контроль. Протокол включает запись в стандартных условиях и коррекцию артефактов. ERP волны могут быть использованы или преобразованы в скрытые компоненты. Компоненты группы пациентов сравниваются с элементами управления, сопереживая компонентам, которые, по сравнению с ним, показывают относительно высокие размеры эффекта. Подгруппы пациентов отбираются на основе кластерного анализа в пространстве компонентов. Процедура лечения (например, лекарства, tDCS или протокол нейрообратной связи) может быть применена и изменения в компонентах, связанных с лечением в подгруппах наблюдается, формируя основу для клинических рекомендаций.
Описанные методы были применены в исследовании 87 педиатрических пациентов СДВГ. Индекс реакции на лекарства значительно дискриминировал ответчиков и неответчиков с большим и клинически значимым размером эффекта(d 1.84). В продолжающемся исследовании сравнения детей СДВГ с соответствующими контроля, несколько переменных дискриминировать значительно между пациентами и контроля. Глобальный индекс превысит d .8. Описанные здесь методы ЭЭГ могут быть клинически значимыми.
В 2008 году был опубликованпроект «Критерии доменов» (RDoC), целькоторого — найти биологически обоснованную основу для понимания психических расстройств. В 2013 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) одобрило первый биомаркер СДВГ на основе ЭЭГ, который поможет оценить СДВГ у пациентов в возрасте от 6 до 17 лет. Нейропсихиатрическая ЭЭГ-помощь на основе оценки (NEBA) Система записи ЭЭГ в течение 15-20 мин. Он основан на расчете тета / бета-соотношение установлено, что выше у детей и подростков с СДВГ, чем в обычно развивающихся детей2. Последние публикации считают, что это соотношение не отражает все СДВГ3.
Большое количество публикаций в клинической неврологии показывают, что нарушение когнитивного контроля представляет собой общую черту многих психических расстройств, включая СДВГ, шизофрения, депрессия, и OCD4,5. Теоретически когнитивный контроль состоит из гипотетических операций, позволяющих людям гибко адаптироваться к целям и контекстам. Две различные категории когнитивного контроля, упреждающий и реактивный контроль, были описаны6. Основное внимание мы уделяем реактивному режиму когнитивного контроля. Проактивный когнитивный контроль включает в себя рабочую память (т.е. поддержание сенсорных и двигательных событий в течение нескольких секунд). Реактивный когнитивный контроль включает в себя мониторинг,обнаружениеконфликта7,8,и ингибирование действий (для обзора см.9,10).
Парадигма GO/NOGO чувствительна к когнитивному контролю11,,12,,13,,14,,15. Go стимулы вызывают положительные колебания от теменной области мозга. (P3 GO). Передняя распределенная положительная волна N2 и P3 NOGO, вызванная стимулами NOGO, связаны с обнаружением конфликтов и ингибированием действия16,,17,,18,,19. Волна N2 была понята как индикатор ингибирования действия, но обновленные исследования показывают, что волна N2 связана с редкими раздражителями GO и обнаружением конфликта20. Ингибирование действий связано с волной P3 NOGO на фронтально-центральных участках.
Дихотомия N2/P3 может быть неправильной. Было поставлено под сомнение мнение, что ERP волны, в частности, представляющие когнитивный контроль, являются суммы нескольких источников, которые могут перекрываться в местах и время14,21.
Для разъединения источников ERP-волн было использовано несколько методов разделения слепых источников15,,22,,23,,24. В исследованиях Института человеческого мозга в Санкт-Петербурге разлагается волна N2d NOGO. Обнаружены скрытые компоненты. Эти компоненты имели различные топографии и функциональные значения. Только один из них был связан с обнаружением конфликта14,,15,,25,,26. В большинстве взрослых исследований СДВГ, P3 NOGO меньше по сравнению с соответствующими здоровых элементов управления27,28,29,30,31,32.
Операции мозга, происходящие во время задач когнитивного контроля, кажется, не правильно объяснить N2/P3 дихотомии, когда ERPs в GO / NOGO парадигмы анализируются14,15. Было использовано несколько подходов, направленных на распутывание скрытых компонентов из волн ERP (для обзора см.21). Некоторые исследования использовали независимый анализ компонентов (ICA) для ERPs в группах пациентов, таких как пациенты с шизофренией29, и взрослых с СДВГ33,34, пытаясь различать пациентов от контроля без диагнозов.
В (Yeredor, 2010,25 p.75), новый метод предлагается и адаптированы для ERPs. Это метод слепого разделения источника, основанный на процедуре совместной диагонализации матриц перекрестного дистриарения. Для изучения функциональных значений таких скрытых компонентов, применяющих этот метод в парадигме GO/NOGO, недавно было проведено исследование Института человеческого мозга26. В этом исследовании операции по торможению действия и операции по обнаружению конфликтов были независимо манипулированы модификациями задачи CUED GO/NOGO. Был найден скрытый компонент, который, как считается, отражает обнаружение конфликта. N2-как ответ и фронтальная топография характеризовали этот компонент35. В испытаниях, требующих ингибирования подготовленных действий, была замечена центральная топография и P3-подобный ответ.
В этой публикации исследования сообщили использовали традиционный метод ERP. Применение ИКА, или процедура совместной диагоналализации матриц перекрестного дисперсии25 (стр. 75) до сих пор не сделано. В целом, результаты, основанные на различных методах, совпадают друг с другом, но методы обнаружения скрытых компонентов, кажется, более чисто связаны с различными нейропсихологическими функциями. Целью данного документа является подробное описание метода WinEEG. Основное внимание уделяется ERPs, но спектры ЭЭГ и поведенческие данные из задачи GO/NOGO также включены в исследования, описанные для иллюстрации метода WinEEG.
Оборудование, описанное в протоколе, этически одобрено руководством больницы и используется в клинических целях. Региональный комитет по этике медицинских исследований одобрил описанные проекты.
1. Оборудование и программное обеспечение для записи ERP
2. Компетентность и образование
3. Информирование пациентов/участников
4. Создание файлов данных ЭЭГ
ПРИМЕЧАНИЕ: WinEEG имеет свои собственные базы данных сборки отдельно для хранения необработанных файлов ЭЭГ (расширение - .eeg), ЭЭГ-спектра (расширение - .spec) и ERP-файлов (расширение - .erp). Базы данных создаются автоматически и первоначально хранятся в WinEEG/данных, WinEEG/spec и папках WinEEG/erp.
5. Подготовка оборудования
6. Регистрация "закрытых глаз" и "открытых глаз"
7. Подготовка к записи ЭЭГ в рамках задачи GO/NOGO
Рисунок 1: VCPT: Визуальный непрерывный тест производительности. На рисунке 1 показаны четыре условия VCPT. Сто испытаний каждого состояния представлены случайным образом. Общее время тестирования составляет 20 минут. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
8. Записи ЭЭГ и кнопочных нажатий в состоянии задачи
9. Окончание регистрации
10. Очистка
11. Предварительная обработка записи ЕГЭ
ПРИМЕЧАНИЕ: Три различных электродных монтажа предусмотрены в программном обеспечении HBIdb. Они: ссылка на связанные уши (помеченная как Ref), обычная средняя ссылка (помеченная как Av) и местная средняя ссылка (помеченная как Aw). Выберите монтаж из списка Montage в меню SETUP. ЭЭГ записывается в Ref. Изменение av перед началом коррекции артефакта.
12. Вычислительные спектры ЭЭГ
Рисунок 2: Вычислительные спектры ЭЭГ. Для вычисления спектра: Нажмите Анализ (ru) Спектра. Если настройки верны, появляется изображение, отображаемые на рисунке 2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: ЭЭГ-спектр с 19 электродами. На рисунке 3 показаны спектры ЭЭГ на 19 участках. X-ось частота от 0-30 Гц. Оси y - это мощность в ЗВ2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
13. Вычислительные возможности, связанные с событиями (ERP)
ПРИМЕЧАНИЕ: Потенциалы, связанные с событиями (ERP), вычисляются по процедуре усреднения. Включены только правильные испытания. ERPs вычисляются после завершения предварительной обработки, описанной выше. Золотым стандартом для вычислений ERP является сохранение числа усреднений испытаний выше 50.
Рисунок 4: Параметры ERP вычислений. На рисунке 4 показаны компоненты ERP a-a GO (зеленый) и a-p NOGO (красный) на 19 участках. Интервал времени составляет 1400 мс до 2100 мс. A-a GO наиболее четко видно на сайте Pz и a-p NOGO на Cz. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
14. Регистрация и сравнение поведенческих данных в VCPT
15. Сравнение потенциалов, связанных с событиями (ERP) с базой справочных данных
ПРИМЕЧАНИЕ: Временной интервал интереса для сравнения определяется путем ввода соответствующих чисел в меню: Временной интервал от (ms), Продолжительность (мс). ERPs можно выборочно представить для определенных категорий испытаний (например, a-a-a-a,p NOGO, p-p, p-h), выбрав соответствующий график из меню Активные группы в верхней части окна ERP.
Прогноз ответ лекарства в педиатрической СДВГ
СДВГ является распространенным нейропсихиатрическим расстройством детства36. Он характеризуется симптомами невнимательности, сопровождающимися симптомами гиперактивности и импульсивности. Нарушения в школе, дома, и досуга являются общими. У детей школьного возраста, по оценкам, распространенность составляет от 5% до 7%. Коморбиды являются общими. Широко используется лечение с использованием стимуляторов на основе метилфенидат (MPH) или декстроамфетамин (DEX). Положительные эффекты стимулирующих препаратов (снижение неугомонности, гиперактивности и импульсивности и улучшения внимания) сообщаются у 70% пациентов. Переход от лекарств на основе MPH к DEX может увеличить положительный эффект до 80%37,38. Фронтально-стриатальные цепи, кажется, активируются стимуляторами39.
Существует не общепринятое определение лекарства ответ, который является клинически значимым. Применение рейтинговых шкал, сравнение базовых баллов со баллами на лекарства, является наиболее часто используемым методом. В некоторых исследованиях, 25% или 50% сокращение баллов используется в качестве определения ответа. В других исследованиях, оценки, не превышающие 1 SD выше населения среднем используются40,41. Клинически используется общее решение, основанное на всех соответствующих имеющихся данных. Для оценки побочных эффектов, таких как потеря аппетита, бессонница, повышенная раздражительность, или тревога, важно37,42.
Использование рейтинговых шкал можно критиковать по нескольким причинам. Небольшие корреляции (0.30-0.50) между учительными и родительскими баллами регистрируются в нескольких исследованиях48. Поиск клинически полезных предикторов ответ мотивирован большое количество неответчиков, информаторов, которые не согласны, и тот факт, что каждый может иметь некоторые скромные эффекты улучшения внимания, когда используются небольшие дозы стимуляторов. Опубликованные исследования по предикторам ответа включают подтип СДВГ, демографические, сопутствующие расстройства, переменные генов, оценки по рейтинговым шкалам, результаты нейропсихологических тестов и переменные ЭЭГ/ERP43,,44,45,46. Наша публикация 201647 обобщает исследования, которые применили ERPs для прогнозирования реакции на лекарства.
В предыдущих исследованиях мы анализируем данные d из задачи cued visual GO/NOGO (т.е. данные теста внимания, спектры ЭЭГ и ERPs). В одном исследовании мы обнаружили 3 переменных, значительно способствующих прогнозированию побочных эффектов. Эти переменные были объединены с индексом, который считался клинически значимым42. В исследовании по клиническим эффектам, применяя те же методы, индекс прогнозирования также считался клинически полезным48. Влияние одной дозы стимулятор лекарства на лекарства ответчиков (REs) и не-ответчиков (не-REs) был исследован в третьем исследовании47. Процедура тестирования была завершена дважды, первый тест без лекарств, и второй тест через час после получения пробной дозы. На основе рейтинговых шкал и интервью после 4-недельного испытания лекарств, пациенты были классифицированы как REs или не-REs. Наше внимание было сосредоточено на изменениях в когнитивных ERPs и оценки внимания тестов. Мы обнаружили, что влияние на компонент P3 NOGO значительно отличается в двух группах, с большим размером эффекта(d 1.76). Значительное увеличение амплитуды компонентов наблюдалось в РИЗ, но не в не-РИЗ. Прогнозы реагирования на основе двух тестов были улучшены по сравнению с прогнозами, основанными только на тесте 1.
В нашем последнем исследовании мы разработали два глобальных индекса, один для прогнозирования клинических достижений и один для прогнозирования побочных эффектов. Как описано выше, мы объединили переменные, которые значительно дискриминировали по сравнению группы со скромным или большим размером эффекта. Каждая переменная взвешивалась в соответствии с размером эффекта. Мы рассмотрели переменные из всех трех областей WinEEG: спектры ЭЭГ, ERPs и поведение. Были объединены следующие переменные: тест 1: амплитуда P3NOGO и соотношение тета/альфа; различия между тестом 2 и Тестом 1: ошибки бездействия, изменчивость времени реакции, условные отрицательные изменения (CNV) и амплитуда P3NOGO. Размер эффекта глобальной шкалы составил 1,86 евро. Точность составила 0,92. Прогнозирование побочных эффектов было основано на 4 переменных: Тест 1: RT, Тест 2: компонент новизны, альфа-пиковая частота и изменения времени реакции (Test 2 - Test 1). Глобальная шкала d составила 1,08, а точность - 0,7849.
Некоторые предварительные результаты
В продолжающемся исследовании мы сравниваем группу из 61 пациента с СДВГ в возрасте 9-12 лет и группу из 67 возрастных здоровых элементов управления (HC). Окончательный статистический анализ до сих пор не завершен. Ниже представлены предварительные результаты, полученные в результате оценки WinEEG.
Поведенчески, группа ADHD показала картину невнимательности с статистически (на p'lt;0.001) больше ошибок упущений по сравнению с здоровой группой управления (HC) (13.7% против 4.8%) сопровождается закономерностью упущений внимания, выраженной в статистически более высокой (p'lt;0.001) изменчивости времени реакции (151 мс против 125 мс).
Основные результаты сравнения волн ERP между двумя группами показаны на рисунке 5 и рисунке 6. Рисунок 5 демонстрирует ERP коррелирует дисфункции активного когнитивного контроля в группе СДВГ. Два индекса упреждающего когнитивного контроля (P3 кий волны и CNV волны) снижаются в группе СДВГ по сравнению с группой HC. Рисунок 6 демонстрирует ERP коррелирует дисфункции реактивного когнитивного контроля в группе СДВГ. Два индекса реактивного когнитивного контроля (N2 NOGO и P3 NOGO) снижаются в группе СДВГ по сравнению с группой HC.
Рисунок 5: Гранд средний ERP волны моделей (а) и соответствующие карты (б) в упреждающий когнитивный контроль в Группах СДВГ и здорового контроля (HC). (aa ) ERPs измеряется при P3 в группе СДВГ (зеленая линия) и HC группы (красная линия) и их разница (ADHD-HC) волны (синяя линия). Синие вертикальные бары ниже кривых указывают уровень статистической значимости разницы (небольшие бары - стр/л;0,05, средние бары - стр/т;0,01, большие бары - стр/т;0,001). Стрелки указывают на классические волны - P3 кий и CNV (контингент отрицательных вариаций). (b)Карты по максимумам амплитуд P3 и CNV волн для двух групп. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 6: Гранд средний ERP волны моделей (а) и соответствующие карты (б) в реактивных когнитивного контроля в Группах СДВГ и здорового контроля (HC). (aa ) ERPs измеряется в Группе Fz и Cz ADHD (зеленая линия) и HC группы (красная линия) и их разница (ADHD-HC) волны (синяя линия). Синие вертикальные бары ниже кривых указывают на уровень статистической значимости разницы (небольшие бары - стр/с;0,05, средние бары - стр.;0,01, большие бары - стр/т;0,001). Стрелки указывают на классические волны - N2 NOGO и P3 NOGO. (b)Карты по максимумам амплитуд N2 NOGO и P3 NOGO волн для двух групп. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Как можно увидеть группу СДВГ показывает гипо-функционирование нескольких операций когнитивного контроля. Эти операции происходят в разных временных окнах и в различных пространственных местах. У конкретного пациента может быть только один гипофункционирующий, указывающий на источник индивидуального расстройства и способы его коррекции.
Клиническое значение
Чтобы вычислить клинически полезный биомаркер для неоднородного диагноза, таких как СДВГ, несколько переменных, которые значительно отличаются между СДВГ и контроля должны быть объединены. Размер эффекта(d)индекса должен быть выше d .8. Важным следующим шагом будет применение этого индекса, когда СДВГ сравнивают с клиническим контролем.
Диагнозы в психиатрии основаны на наблюдаемом поведении. В большинстве случаев, определенное количество симптомов должно наблюдаться в различных условиях в течение 6 месяцев или более. Важной частью диагностического процесса является исключение соматической этиологии. Кроме того, необходимо учитывать другие психиатрические диагнозы. Довольно часто симптомы, представляющие интерес может быть частью другой диагностической категории. Если несколько симптомов перекрываются с другими расстройствами, врач должен решить, если это второе расстройство сопутствующих или дифференциальный диагноз.
Доступные клинические инструменты: диагностические интервью, рейтинговые шкалы, медицинская история и история развития, психологические тесты и прямые наблюдения. Большинство из этих методов довольно субъективны; под влиянием информатора, а также профессиональных. Шкалы рейтинга от родителей и учителей обычно показывают довольно скромные корреляции (р- 0,3 - 0,5).
В репрезентативных результатах, мы утверждаем, что основные механизмы в СДВГ, вероятно, отличаются от пациента к пациенту. Отсутствие (языкового) понимания, проблемы с самомотивацией, чувствительность к внешним отвлекателям и т.д. все это может привести к симптомам невнимательности. Методы, основанные на ЭЭГ, описанные в настоящем документе, могут помочь решить некоторые из этих проблем. Проблема субъективных интерпретаций отсутствует. Описанные методы ERP, кажется, показывают основные психологические операции, такие как рабочая память, ингибирование действия, мониторинг, подготовка к ответу и т.д., включая конкретные структуры мозга. Дефицит этих механизмов не ограничивается конкретными диагностическими категориями. Мы считаем, что в будущем, лечение (лекарство, нейрообратная связь, когнитивные тренировки, tDCS, ...) будет сосредоточена на таких когнитивных и / или эмоциональных операций и их основных механизмов мозга, а не на текущих диагностических категорий.
Целью диагностики является определение наилучших методов лечения. Для оценки последствий лечения, самостоятельно сообщили и наблюдаемые улучшения, конечно, решающим. Такие отчеты могут в некоторой степени представлять эффекты плацебо, однако, и должны быть поддержаны (частично) нормализации основных дисфункций мозга отражены, например, изменения в компонентах ERP. Такое сочетание субъективных и объективных показателей лечебных эффектов имеет важное значение как в клинике, так и в исследованиях.
По причинам, как те, упомянутые выше, это не удивительно, что люди с теми же диагнозами часто не реагируют на те же медицинские процедуры. В персонализированной медицины диагнозы дополняются эмпирически основанными мерами прогнозирования реакции, чтобы определить лучшее лечение для отдельного пациента. В этой статье мы описали наши исследования по прогнозированию стимулятор лекарства ответ в педиатрической СДВГ. Найти надежные предсказатели положительной реакции на антидепрессанты, возможно, еще более важно, так как время, необходимое для оценки ответов, является длительным, как и период титрования. Процедуры, описанные в настоящем документе может способствовать текущей ЭЭГ и ERP на основе исследований по прогнозированию лекарств еде эффекты в депрессии53.
Описанные методы ЭЭГ являются неинвазивными и доступными и хорошо подходят как для исследований, так и для клинической работы.
Огриму Г. нечего раскрывать. Кропотов Д.Д. был заведующим лабораторией Института человеческого мозга в Санкт-Петербурге, когда и где была разработана программа WinEEG. У него нет экономических интересов в системе.
Ни один.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
amplifier + | www.mitsar-medical.com | ||
Body harness, different sizes | Electro-Cap International, Inc | E3 SM; E3 M; E3 L | |
Ear electrodes 9 mm sockets | Electro-Cap International, Inc | E5-9S | |
Electrocaps 19 channel different sizes | Electro-Cap International, Inc | E1 SM; E1 M; E1 M/SM | |
Electrocaps 19 channel different sizes | Electro-Cap International, Inc | E1 L/M; E1 L | |
Electrogel for electrocaps | Electro-Cap International, Inc | E9; E10 | |
HBi database | www.hbimed.com | ||
Head size measure band | Electro-Cap International, Inc | E 12 | |
Needle syringe kit | Electro-Cap International, Inc | E7 | |
Nuprep EEG and ECG skin prep gel | Electro-Cap International, Inc | R7 | |
Ten20 EEG conductive paste | Electro-Cap International, Inc | R5-4T | |
WinEEG program | www.mitsar-medical.com |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены