recording and analyzing non-nutritive suck bursts in infants

Een op maat gemaakt druktransducersysteem om niet-voedende zuiguitbarstingen te registreren

Non-nutritive suck (NNS) is one of the first occurring behaviors that an infant can perform with their mouth soon after birth and therefore has the potential to provide meaningful insights into brain development1. NNS refers to sucking movements without nutritional intake (e.g., sucking on a pacifier) and is characterized by a series of rhythmic expressions and suction movements of the jaw and tongue with pause breaks for breathing. Common parameters of NNS have been noted to include an average NNS burst (series of suck cycles) of 6-12 suck cycles with an intra-burst frequency of two sucks per second2; however, NNS features vary among clinical populations3,4 and dynamically change during the first year of life5. These changes are attributed to the growth of the oral cavity and associated anatomy, maturation of feeding skills and neurodevelopment, and experiences. The neural bases of NNS mainly include the suck central pattern generator in the central gray of the brainstem, comprising an intricate network of interneurons and the facial and trigeminal motor neuron nuclei6. A coordinated NNS also relies on intact neural pathways among cortical and brainstem regions to modulate its performance to sensory stimuli7,8, which makes NNS a viable indicator of early neural function and development.
NNS measures are linked to feeding success in premature infants9,10, and both sucking and feeding outcomes have been linked to subsequent motor, communication, and cognitive development11,12,13. In a retrospective study that characterized 23 preschool-aged children with language and motor impairments, 87% had a history of early feeding issues, which included difficulties in sucking11. Nutritive sucking performance immediately following birth and caregiver reports of feeding difficulties were significantly associated with multiple domains of neurodevelopment in children 18 months of age12,14. Interestingly, the sensitivity and specificity of feeding performance were higher than ultrasound assessment of the brain on neurodevelopmental outcome measures12. In another study, sucking/oral motor performance scores assessed via the neonatal oral-motor assessment scale15 in early infancy were associated with motor skills, language, and measures of intelligence at 2 and 5 years of age in a cohort of children born prematurely13,16.
Given that sucking and feeding can be sensitive indicators of neurodevelopmental outcomes throughout childhood, there is a critical need for accessible, accurate, and quantitative assessment of NNS to help identify children at risk for delayed and disordered development to provide early intervention. This need led to the design and research utilization of the Speech &#38; Neurodevelopment Lab&#39;s (SNL) NNS device. This portable device includes a pacifier attached to the end of an easy-to-hold handle, connected to a customized pressure transducer designed in-house, and connected to a data acquisition center (DAC). The DAC connects to a laptop, and the data is recorded via data acquisition and analysis software. The pressure transducer measures pressure changes inside the pacifier and converts it into a voltage signal. The DAC contains converters that change the analog voltage signal to digital values in cmH2O that are visualized and recorded via the data acquisition and analysis software. NNS outcome measures that can be analyzed from the suck signal waveform include NNS duration (how long a suck burst lasts measured in s), amplitude (measured as peak height subtracted by peak-trough in cmH2O), cycles/burst (number of suck cycles within a burst), frequency (intra-burst frequency measured in Hz), cycles (number of suck cycles that occur in a min), and bursts (number of suck bursts that occur in a min).

Auteur in de schijnwerpers: implicaties van niet-voedzaam zuigen op het ontstaan van spraak en de ontwikkeling van baby's

Metingen van niet-voedzame zuigparameters met behulp van een aangepast druktransducersysteem

My research examines the cross section of sucking, feeding and speech emergence across environmental, maternal, physiological and genetic factors and across patient populations. I seek to determine how factors influence sucking, feeding and speech emergence with the goal of providing targeted assessments earlier for infants who experience sucking and feeding delays. Our research has established the first standardization of NNS at specific time points in the first year of life and how characteristics of NNS change across the sample.We have shown that aspects of NNS relate to neurodevelopmental outcomes and vary across clinical populations of infants. In both research and clinical settings, very few assessment tools exist for quantifying infant NNS. Our protocol bridges this gap by providing a quantitative, physiologically-based system to assess infant NNS that is transportable and can be utilized in a variety of clinic and research-based settings.Data in our lab shows that infant non-nutritive suck is a sensitive indicator of exposures in utero and is linked with subsequent neurodevelopmental outcomes. Ultimately, my goal is to attain enough data to change public policy and allow for a non-nutritive suck screen for all infants soon after birth, much like a newborn hearing screen. Results have consistently demonstrated that quantitative NNS measurement is a sensitive biomarker of neurodevelopment.This has led to more specific research questions regarding how NNS relates with subsequent communication and neuromotor outcomes and attempts to uncover the underlying mechanisms that link these domains. Future research with the NNS device will focus on describing NNS performance in clinical populations. If we can distinguish typical versus atypical NNS behavior with the device, this would significantly help its clinical utility by identifying children at potential risk for future issues with feeding or oral motor development.

Registreren en analyseren van niet-voedzame zuigbuien bij zuigelingen

Open om te beginnen de verplaatsbare behuizing en verwijder de onderdelen van het apparaat, waaronder een DAC en het netsnoer, de op maat gemaakte druktransducerdoos, bekend als de NNS Box, met een handvat voor de fopspeenontvanger en een grijze kabel eraan. Gebruik ook een laptop en een USB-kabel die hem samen met een fopspeen op de DAC aansluit. Sluit het netsnoer aan op de DAC in een stopcontact met drie pinnen, de grijze kabel die is aangesloten op de NNS-box in de eerste ronde poort aan de voorkant van de DAC en de USB-kabel op zowel de laptop als de DAC.Schakel vervolgens de DAC in met de aan/uit-schakelaar aan de achterkant en log in op de laptop of computer. Was vervolgens de handen en trek latex handschoenen aan. Bevestig een nieuw geopende fopspeen aan de fopspeenontvanger.Als u de niet-voedzame zuiggegevens wilt verzamelen, opent u het gegevensverzamelings- en analysebestand met de meest recente kalibratiedatum en selecteert u Start. Draai het tandwiel van de NNS-box van NUL naar SAMPLE. Bied de fopspeen aan het kind aan in een comfortabele positie en houd hem twee tot vijf minuten vast om erop te zuigen.Zodra het kind klaar is of er vijf minuten zijn verstreken, pakt u de handgreep van de fopspeen en drukt u op Stop op het bestand. Stel vervolgens de versnelling van de NNS-box in van SAMPLE naar ZERO. Haal de fopspeen uit de ontvanger en gooi deze samen met de handschoenen weg, volgens de sanitaire protocollen van de instelling.Was daarna de handen. Sla het bestand op door Opslaan als te selecteren en het een naam te geven met het ID-nummer van de deelnemer en de datum van gegevensverzameling. Schakel de apparaatcomponenten uit, haal de stekker uit het stopcontact en plaats ze terug in de behuizing.Om de monsters te analyseren, opent u het NNS-gegevensbestand van de deelnemer in de software voor gegevensverzameling en -analyse. Identificeer handmatig zuiguitbarstingen met behulp van de criteria van meer dan één zuigcyclus, elk met een amplitude van ten minste één centimeter water, en golfvormen binnen 1.000 milliseconden van elkaar die worden beschouwd als onderdeel van dezelfde zuiguitbarsting. Als u instellingen voor piekanalyse wilt instellen, selecteert u Piekanalyse, vervolgens Instellingen en vervolgens Tabelopties.Vink de vakjes aan voor TStart, TEnd, Height, PeakArea en Period, en laat alle andere vakjes uitgeschakeld. Gebruik de cursor om op een vak te klikken en te slepen rond de eerste NNS-burst. Klik op Analyseren om pieken met opgegeven parameters te identificeren.Klik op de knop Burst-analysemacro, waarmee een pop-upmenu Data Pad wordt gegenereerd. Voeg in het gegevensblok een rij in de kolom boven de gegevens in door met de rechtermuisknop op die kolom te klikken, Rij invoegen voor de eerste NNS-burst te selecteren en de tijd voor de eerste burst te typen. Ga door met het opnemen van de tijd totdat alle NNS-bursts zijn gevolgd.Selecteer na het voltooien van de analyse Bestand en Opslaan als en sla het geanalyseerde NNS-bestand op als de deelnemer-ID, datum en initialen van de onderzoeker. Selecteer ook Bestand, vervolgens Exporteren en selecteer Alleen gegevenspad als tekstbestand om het Data Pad-bestand afzonderlijk op te slaan. Verwerk het tekstbestand via een aangepaste NNS Burst Macro.Dit produceert een geanalyseerd tekstbestand met burst-variabelen, zoals duur, frequentie, hoogte, aantal bursts, cycli per burst en cycli per minuut voor elke NNS-burst en andere parameters die worden gebruikt voor verdere analyse. Het niet-voedende zuigapparaat is een integraal onderdeel geweest van onderzoek naar het zuiggedrag van baby's, waarbij resultaten zoals amplitude, frequentie en burst-duur worden gekwantificeerd.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Recording and Analyzing Non-Nutritive Suck Bursts in Infants

Non-Nutritive Suck Parameters Measurements Using a Custom Pressure Transducer System

The non-nutritive suck (NNS) device is a transportable, user-friendly pressure transducer system that quantifies infants' NNS behavior on a pacifier. ...