Name: 皮质听觉，触觉加工的残疾儿童定量评价 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-01-29T08:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: 了解如何使用事件相关电位方法定量评估婴幼儿轻触觉和语音的皮层加工。该技术通过脑电帽记录神经激活，无需主动参与，适用于神经科学和儿科研究。

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本项目得到了国家研究资源中心资助项目UL1 RR024975-01的支持，现由国家转化科学促进中心资助项目2 UL1 TR000445-06支持。本内容仅由作者负责，不一定代表NIH的官方观点。

1. 轻触觉反应的评估
<ol>
	<li>放置电极网（例如&#160;128通道的地理定位传感器网）戴在儿童或婴儿头部。使用温热的生理盐水溶液调节传感器，确保其与头皮充分接触。若受试者为儿童，应让其舒适地坐在父母或照护者的腿上。若受试者为婴儿，应将其轻轻包裹，并由照护者抱在怀中，或平卧于开放式婴儿床内。</li>
	<li>将1 mm喷嘴置于受试手示指指尖下方0.5 cm处。对于幼儿，将其手指或婴儿的手掌放入模具支架中，并使用魔术贴在关节近端和远端固定，以确保喷嘴与手指或手部之间的距离保持一致。在整个测试过程中，儿童必须始终保持正确的手指位置，这一点至关重要。应定期检查手指和手部的位置，并让年幼儿童由看护人陪同以确保正确执行。若测试对象为婴儿，一旦婴儿哭闹，应立即停止测试程序，待其情绪稳定并得到安抚后再重新开始。若测试对象为年幼儿童，应请看护人在整个短暂的测试过程中持续提供安抚和鼓励。</li>
	<li>通过调压阀将气动压缩机压力设定为40 psi，以为空气阀输入提供触觉刺激气源。</li>
	<li>运行刺激呈现程序。
	<ol>
		<li>对于被测手，随机呈现60次气流刺激，其间随机插入60次假刺激试验（通过单独的喷嘴输送气流，喷嘴方向偏离手指）。</li>
		<li>不要连续呈现超过两次的喷气刺激或假刺激。试次间间隔应在2,000–2,500毫秒之间随机变化，目的是减少习惯化现象，即刺激不再被感知的情况。120次试次序列的总时长应为4.5–5分钟。</li>
		<li>如果研究非对称性躯体感觉障碍，则对另一只手重复相同的实验方案。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>对于无需注意刺激的实验方案，无需进一步设置。此情况适用于婴儿测试。为了增强幼儿的注意力（这会在记录中产生更大的特定事件相关电位波峰），需提供一项任务。
	<ol>
		<li>5岁儿童任务示例：将气流描述为 &#34;气泡&#34; 吹制 &#34;鱼&#34; 在一个 &#34;鱼缸&#34; （一个装饰过的盒子，用于隐藏喷气装置）。要求儿童猜测每一种情况 &#34;气泡&#34; 由蓝色或红色递送 &#34;鱼&#34;告诉儿童在执行此任务时无需也不应说任何话（参见使用模拟水族箱的设置） 图1).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 多感官方案反应的评估（听觉-触觉同步刺激与单独刺激叠加反应的比较）
<ol>
	<li>按照上述步骤 1.1–1.3 进行操作。刺激参数详见表 1。</li>
	<li>运行刺激呈现程序（例如&#160;使用 E-Prime 软件）。对于被测试的手，可随机呈现以下 4 种刺激，每种刺激重复 60 次：puff、puff-/ga/、/ga/-sham、sham。同样，为避免习惯化的可能，任何条件下均不应连续呈现超过两次 puff 或 sham 刺激，并将试次间间隔随机设置在 2,000–2,500 毫秒之间。每组 240 次试次的序列应持续 9–10 分钟。</li>
	<li>对另一只手重复相同的实验流程。</li>
	<li>在实验开始时播放一部无声的、适合年龄的动画片，并在整个实验过程中持续播放，以防止因受试者不安而增加运动伪迹，同时减少因受试者感到无聊而产生的大幅患者自发电压 delta 波背景干扰。例如，在 5 岁儿童中，我们使用了一段购买的 20 分钟视频&#160;，以静音模式循环播放，并在每位受试者测试前重新启动。由于无需关注刺激内容，因此循环播放的动画片可提供与刺激无关的视觉背景。</li>
</ol>
3. 软件与设备设置
<ol>
	<li>为编程软件，设置由刺激控制应用程序发送的两条串行指令，一条用于标识喷气刺激，另一条用于标识假刺激。使刺激控制应用程序将这些指令发送至微控制器。</li>
	<li>让微控制器生成一个TTL脉冲（例如 将20毫秒持续时间的信号发送至相应的数字输出通道。该输出信号必须分为两条线路，一条连接至脑电图（EEG）记录系统的数字输入端，另一条连接至电磁阀控制的空气阀门。在EEG数据流中标记两个阀门的开启时刻。</li>
	<li>使用示波器和麦克风测量真实刺激和假刺激条件下的脉冲到喷气延迟时间。该延迟应保持一致，约为10–15毫秒。在记录后对延迟进行校正。</li>
	<li>使用压力计测量喷嘴处的压力（PSI），并通过测量喷嘴直径计算喷嘴所受作用力。采用公式 F(N) = 压力 × 面积。例如，直径为1 mm的喷嘴在6 psi压力下产生的作用力为 F(N) = 0.03 磅。</li>
	<li>要修改多感官实验协议的控制程序，需向微控制器发送两条串行指令，分别标识一次真实气流刺激或假刺激，以及一个已录制的语音声音或静音。注：在我们的实验范式中，除其他音素如 /da/、/du/、/bu/ 外，使用了计算机生成的、无口音偏向的 /ga/ 音。 等等.</li>
	<li>通过放置在受试者正前方2英尺处中线位置的扬声器呈现听觉刺激。</li>
	<li>将声音起始时间与喷气起始时间或步骤3.3中测得的延迟时间对齐，具体取决于测试者所期望的条件。</li>
</ol>
4. 数据采集与准备
<ol>
	<li>根据标准ERP方法选择滤波器和参考设置以采样数据。此处使用1,000 Hz的采样率，滤波器设置为0.1–400 Hz。在数据采集期间，将所有电极参考至Cz，并在离线分析时重新参考为平均参考。</li>
	<li>对数据进行分段时，使用所需的滤波器对记录的数据进行滤波并分段。本研究中采用0.3–40 Hz的带通滤波器，并根据刺激 onset 对连续EEG进行分段，包含刺激前200毫秒的基线期和刺激后500毫秒的时间窗。</li>
	<li>进行数据质量控制。使用ERP软件中包含的计算机算法筛查每个片段中的运动和眼动伪迹（如高频肌电活动），随后进行人工复查。</li>
	<li>本方案中自动筛查标准设定如下，但可根据需要调整：对于眼电通道，电压&#62;140 µV定义为眨眼，电压&#62;55 µV定义为眼球运动。</li>
	<li>使用眼动伪迹校正工具对受污染的试验数据进行校正。注意：任何电压&#62;200 µV的通道均视为质量不佳。若质量不佳的通道&#62;15个，出于可重复性考虑，我们选择舍弃整个试验。</li>
	<li>叠加平均ERP波形。将其重新参考至平均参考，然后根据步骤4.2中选定的标准进行基线校正。从预定义人群的总平均波形中提取各个波峰的平均振幅和峰值潜伏期。注意：在本研究中，我们依据较大年龄儿童对正中神经刺激反应的已有文献10–14，选取了P50（30–80毫秒）、N70（50–100毫秒）、P100（80–150毫秒）、N140（130–230毫秒）和P2（250–350毫秒）波峰。</li>
	<li>仅纳入电极位置与预设区域重叠的数据（图2）。提取各单个电极的数据，并对每个电极簇内的数据进行平均。</li>
</ol>

<ol><li>Nelson, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+plasticity+and+human+development%3A+the+role+of+early+experience+in+sculpting+memory+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Sci%22%5BJournal%5D)">Neural plasticity and human development: the role of early experience in sculpting memory systems.</a> Dev. Sci. 3 (2), 115-136 (2000).</li>
<li>Wallace, M. T., Stein, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+experience+determines+how+the+senses+will+interact%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Early experience determines how the senses will interact.</a> J. Neurophysiol. 97 (1), 921-926 (2007).</li>
<li>Greenough, W. T., Black, J. E., Wallace, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experience+and+brain+development.%5BTitle%5D)+AND+%22Child+Dev%22%5BJournal%5D)">Experience and brain development.</a> Child Dev. 58 (3), 539-559 (1987).</li>
<li>Lickliter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Role+of+Sensory+Stimulation+in+Perinatal+Development%3A+insights+from+comparative+research+for+care+of+the+high-risk+infant%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dev.+Behav.+Pediatr%22%5BJournal%5D)">The Role of Sensory Stimulation in Perinatal Development: insights from comparative research for care of the high-risk infant.</a> J. Dev. Behav. Pediatr. 21 (6), 437-447 (2000).</li>
<li>Lickliter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+integrated+development+of+sensory+organization%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Perinatol%22%5BJournal%5D)">The integrated development of sensory organization.</a> Clin. Perinatol. 38 (4), 591-603 (2011).</li>
<li>Pleger, B., Villringer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+human+somatosensory+system%3A+From+perception+to+decision+making%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">The human somatosensory system: From perception to decision making.</a> Prog. Neurobiol. 103, 76-97 (2013).</li>
<li>Allison, T., McCarthy, G., Wood, C. C., Jones, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potentials+evoked+in+human+and+monkey+cerebral+cortex+by+stimulation+of+the+median+nerve%3A+a+review+of+scalp+and+intracranial+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Potentials evoked in human and monkey cerebral cortex by stimulation of the median nerve: a review of scalp and intracranial recordings.</a> Brain. 114 (6), 2465-2503 (1991).</li>
<li>Majnemer, A., Rosenblatt, B., Riley, P., Laureau, E., O'Gorman, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Somatosensory+evoked+response+abnormalities+in+high-risk+newborns%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Somatosensory evoked response abnormalities in high-risk newborns.</a> Pediatr. Neurol. 3 (6), 350-355 (1987).</li>
<li>Auld, M. L., Ware, R. S., Boyd, R. N., Moseley, G. L., Johnston, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+of+tactile+assessments+for+children+with+unilateral+cerebral+palsy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Occup.+Ther.+Pediatr%22%5BJournal%5D)">Reproducibility of tactile assessments for children with unilateral cerebral palsy.</a> Phys. Occup. Ther. Pediatr. 32 (2), 151-166 (2012).</li>
<li>Nakanishi, T., Shimada, Y., Toyokura, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Somatosensory+evoked+responses+to+mechanical+stimulation+in+normal+subjects+and+in+patients+with+neurological+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neuro.+Sci%22%5BJournal%5D)">Somatosensory evoked responses to mechanical stimulation in normal subjects and in patients with neurological disorders.</a> J. Neuro. Sci. 21 (3), 289-298 (1974).</li>
<li>Schubert, R., Blankenburg, F., Lemm, S., Villringer, A., Curio, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Now+you+feel+it-now+you+don%27t%3A+ERP+correlates+of+somatosensory+awareness%5BTitle%5D)+AND+%22Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">Now you feel it-now you don't: ERP correlates of somatosensory awareness.</a> Psychophysiology. 43 (1), 31-40 (2006).</li>
<li>Hamalainen, H., Kekoni, J., Sams, M., Reinikainen, K., Naatanen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+somatosensory+evoked+potentials+to+mechanical+pulses+and+vibration%3A+contributions+of+SI+and+SII+somatosensory+cortices+to+P50+and+P100+components%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephal.+Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Human somatosensory evoked potentials to mechanical pulses and vibration: contributions of SI and SII somatosensory cortices to P50 and P100 components.</a> Electroencephal. Clin. Neurophysiol. 75 (2), 13-21 (1990).</li>
<li>Eimer, M., Forster, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulations+of+early+somatosensory+ERP+components+by+transient+and+sustained+spatial+attention%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Modulations of early somatosensory ERP components by transient and sustained spatial attention.</a> Exp. Brain Res. 151 (1), 24-31 (2003).</li>
<li>Forster, B., Eimer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covert+attention+in+touch%3A+Behavioral+and+ERP+evidence+for+costs+and+benefits%5BTitle%5D)+AND+%22Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">Covert attention in touch: Behavioral and ERP evidence for costs and benefits.</a> Psychophysiology. 42 (2), 171-179 (2005).</li>
<li>Tamura, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cognitive+processes+in+two-point+discrimination%3A+an+ERP+study%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Cognitive processes in two-point discrimination: an ERP study.</a> Clin. Neurophysiol. 115 (8), 1875-1884 (2004).</li>
<li>Fabrizi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+shift+in+sensory+processing+that+enables+the+developing+human+brain+to+discriminate+touch+from%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">A shift in sensory processing that enables the developing human brain to discriminate touch from.</a> 21 (18), 1552-1558 (2011).</li>
<li>Putnam, L. E., Vanman, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Startle+Modification%3A+Implications+for+Neuroscience%2C+Cognitive+Science.+Google+Books%5BTitle%5D)+AND+%22Startle+Modification%3A+Implications+for%22%5BJournal%5D)">Startle Modification: Implications for Neuroscience, Cognitive Science. Google Books.</a> Startle Modification: Implications for. , (1999).</li>
<li>Maitre, N. L., Barnett, Z. P., Key, A. P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+assessment+of+cortical+response+to+somatosensory+stimuli+in+children+with+hemiparetic+cerebral+palsy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Child+Neurol%22%5BJournal%5D)">Novel assessment of cortical response to somatosensory stimuli in children with hemiparetic cerebral palsy.</a> J. Child Neurol. 27 (10), 1276-1283 (2012).</li>
<li>Molholm, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Audio-Visual+Multisensory+Integration+in+Superior+Parietal+Lobule+Revealed+by+Human+Intracranial+Recordings%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Audio-Visual Multisensory Integration in Superior Parietal Lobule Revealed by Human Intracranial Recordings.</a> J. Neurophysiol. 96 (2), 721-729 (2006).</li>
<li>Molholm, S., Ritter, W., Murray, M. M., Javitt, D. C., Schroeder, C. E., Foxe, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multisensory+auditory-visual+interactions+during+early+sensory+processing+in+humans%3A+a+high-density+electrical+mapping+study%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Multisensory auditory-visual interactions during early sensory processing in humans: a high-density electrical mapping study.</a> Brain Res. 14 (1), 115-128 (2002).</li>
<li>Foxe, J. J., Morocz, I. A., Murray, M. M., Higgins, B. A., Javitt, D. C., Schroeder, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multisensory+auditory-somatosensory+interactions+in+early+cortical+processing+revealed+by+high-density+electrical+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res.%22%5BJournal%5D)">Multisensory auditory-somatosensory interactions in early cortical processing revealed by high-density electrical mapping.</a> Brain Res.. 10 (1-2), 77-83 (2000).</li>
<li>Gick, B., Derrick, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aero-tactile+integration+in+speech+perception%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Aero-tactile integration in speech perception.</a> Nature. 462 (7272), 502-504 (2009).</li>
<li>Stevens, K. N., Blumstein, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Invariant+cues+for+place+of+articulation+in+stop+consonants%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Invariant cues for place of articulation in stop consonants.</a> J. Acoust. Soc. Am. 64 (5), 1358-1368 (1978).</li>
<li>Hari, R., Parkkonen, L., Nangini, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+brain+in+time%3A+insights+from+neuromagnetic+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+NY+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">The brain in time: insights from neuromagnetic recordings.</a> Ann. NY Acad. Sci. 1191, 89-109 (2010).</li>
<li>Key, A. P. F., Dove, G. O., Maguire, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Linking+Brainwaves+to+the+Brain%3A+An+ERP%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Neuropsychol%22%5BJournal%5D)">Linking Brainwaves to the Brain: An ERP.</a> Dev. Neuropsychol. 27 (2), 183-215 (2005).</li>
</ol>

作者声明不存在任何竞争性财务利益。

这种将气流刺激与事件相关电位（ERP）相结合的新方法（称为“&#34;Puffer系统&#34;），用于测量皮层对轻触觉及触觉-听觉反应的加工过程，能够被残疾儿童和婴儿良好耐受。无论是否加入注意力任务，该方法在单感觉和多感觉模式下均适用于幼儿。该方法之所以能够成功用于评估年幼且脆弱的人群，原因在于既采用了无害的触觉刺激，又结合了ERP技术和设备。单感觉范式总共仅需5分钟即可完成，而多感觉范式也仅需10分钟，这对于幼儿或存在行为挑战的受试者尤其适用。刺激本身可校准至始终不超过轻触或轻微压力，因此耐受性不成问题，这与电神经刺激形成鲜明对比。此外，测量装置开放灵活，实验环境贴近日常生活，且无需对受试者进行身体约束，从而营造出令人安心且适合儿童的实验氛围。这一点在婴儿中尤为明显，他们可通过轻度包裹和由照护者怀抱获得安抚。因此，该方法适用于从婴儿期到成年晚期、涵盖健康与疾病各种状态的广泛人群。
尽管这些特性使得&#34;Puffer系统&#34;在儿童中的应用比功能磁共振成像更简便，但事件相关电位（ERP）无法提供同等水平的空间分辨率24。即使对于研究较为充分的躯体感觉...

研究发育中的皮层感觉过程对于理解大多数高级功能的基础至关重要。在婴儿期和儿童期，感觉经验通过塑造大脑的组织结构，为认知、交流以及运动发育等复杂过程奠定基础1-3。目前大多数关于儿童感觉过程的研究集中于听觉和视觉领域，主要原因在于这些刺激更容易开发、标准化和测试。然而，触觉处理在婴儿和儿童中具有特殊意义，因为它是胎儿最先发育的感觉系统4,5，且躯体感觉信息对其他皮层系统（例如运动、记忆、联想学习、边缘系统）的功能至关重要6。当前评估躯体感觉处理的方法受限于所选用的触觉刺激类型。一种常用方法是直接电刺激正中神经7,8，但可能引起不适。其他有效方法采用主动任务，如刺激的辨别、识别和定位，但需要受试者具备注意力和较高的理解能力9。因此，这些方法在年幼儿童和婴儿中的应用均受到限制。
因此，我们的目标是开发一种触觉范式，通过非侵入性设计并减少对受试者主动参与的需求，以克服上述局限性。此外，该范式需要具备标准化的刺激强度以及假刺激对照。为此，我们开发了&#34;puffer&#34;系统，即一种双通道、定时且经过校准的气流刺激递送系统，使我们能够测量轻触刺激在婴儿及其他脆弱人群中的效应。
功能磁共振成像研究表明，气流刺激可激活感觉皮层，但此类研究存在持续时间长、实施困难等问题，例如需要固定体位、检查时间较长以及环境易引发焦虑，因此在幼儿中难以开展。为此，我们将新型递送系统与事件相关电位（ERP）技术相结合，以在短暂且适合儿童的测试过程中，实现对轻触觉感觉加工的时间分辨率检测。
这种新范式提供了必要的灵活性，可用于在不同人群、年龄组及临床环境中研究感觉处理。此外，该方法还可与听觉刺激兼容，从而实现多感官评估。迄今为止，在婴儿或因智力/语言障碍而无法可靠回应的儿童中，尚无法进行准确且可靠的触觉评估。本方法旨在填补这一空白&#160;，以期在大脑可塑性最强的时期促进感觉处理障碍的早期识别与干预。婴儿期感觉处理能力的改善可能会影响神经发育的连锁过程
以下所有操作程序均包含在范德比尔特机构审查委员会批准的方案中。

<table><tbody><tr><td>大地测量传感器网</td><td>EGI, Inc., Eugene, OR</td><td>取决于尺寸</td><td></td></tr><tr><td>Net Station EEG 软件 v. 4.2</td><td>EGI, Inc., Eugene, OR</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>E-Prime 刺激控制程序</td><td>PST, Inc. Pittsburgh, PA</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>压力计（型号 6 英寸，0-60 psi）</td><td>H. O. Trerice Co, Oak Park, MI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>定制喷气装置</td><td>Nathalie Maitre</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

残疾儿童皮层听觉-触觉加工的定量评估

Quantitative Assessment of Cortical Auditory-tactile Processing in Children with Disabilities

对于无语言能力或脆弱的儿科患者，客观且简便地测量感觉处理功能极为困难。我们开发了一种新方法，可定量评估儿童对轻触觉、语音声音以及这两种刺激多感觉整合的皮层处理过程，且无需受试者主动参与，也不会引起儿童不适。为实现这一目标，我们研制了一种双通道、时间和强度校准的气流刺激器，可同时提供触觉刺激和假刺激对照。结合事件相关电位方法，能够高时间分辨率地记录来自初级和次级体感皮层以及更高级加工脑区的信号。该方法还可用于测量听觉-触觉多感觉刺激引发的多感觉反应。

轻触觉评估（图3）：
使用Puffer系统进行触觉刺激时皮层反应的特征：对气流刺激产生的峰形模式与在正常成人中使用正中神经刺激所获得的皮层反应非常相似10,11。早期反应（P50、N70、P100峰）主要反映初级感觉皮层的活动12，且不需要对刺激的意识感知。 次级反应（N140峰）主要反映次级感觉皮层的活动以及对躯体感觉刺激的意识感知，这已在已发表的研究中得到证实13,14。在本实验范式中，该峰反映了次级感觉皮层的加工过程，并受到对触觉注意（“鱼吹泡泡任务”）的调节。晚期反应（P2峰） 主要反映与感觉刺激相关的认知神经活动的起始阶段。该峰可能反映对触觉的主观注意和非自主性定向反应15,16。
气流刺激与假刺激的比较：尽管假刺激...

在无语言能力或脆弱的儿科患者中，对感觉处理进行客观且简便的测量极为困难。我们开发了一种新方法，可定量评估婴儿和儿童对轻触觉、语音声音以及这两种刺激多感官处理的皮层加工过程，且无需受试者主动参与，也不会对脆弱患者造成不适。

对非言语或脆弱儿科患者的感官处理进行客观且简便的测量极为困难。我们开发了一种新方法……

本实验的总体目标是测量幼儿对轻触觉的躯体感觉信息处理能力。首先需建立事件相关电位技术及触觉刺激传递系统。第二步是将脑电图（EEG）网状电极帽佩戴于儿童头部，以记录大脑的神经活动。接下来，运行采用 UFF 与假刺激范式编程的刺激控制程序。最后一步是处理事件相关电位试验中获取的数据。最终，通过比较真实触觉刺激与假刺激所引发的反应，可以证明轻触刺激可引起皮层激活。因此，与 MRI 或电刺激神经等其他方法相比，该方法的主要优势在于对儿童非常友好。它快速、无痛，且不需要受试者主动配合，这使得我们能够在婴儿和年幼儿童中实施该技术。为了为此方案编写刺激控制程序，首先设置两个串行指令。一个命令应识别气流刺激，另一个命令识别假刺激，由刺激控制应用程序向微控制器发送指令，使微控制器在相应的数字输出通道上产生持续时间为20毫秒的TTL脉冲。该输出应分为两条线路：一条连接至脑电图记录系统的数字输入端，另一条连接至电磁阀控制的空气阀门。在脑电数据流中标记两个阀门的开启时刻。使用示波器和麦克风测量真实刺激和假刺激条件下从脉冲到气流的潜伏期。这些潜伏期可能是一致的。在10到15毫秒的时间范围内，通过录音后处理进行调整。为了修改多感官协议的控制应用程序，向微控制器发送两条串行命令，以标识真实喷气或假刺激，以及录制的语音声音或静音。通过位于受试者正上方或前方中线处的扬声器呈现听觉刺激。将声音起始时间与喷气起始时间或已测得的喷气潜伏期对齐。首先，将电极帽放置于受试者头部，使用温热的生理盐水溶液调整传感器，确保其充分接触。若受试者为儿童，应确保其舒适地坐在父母或看护者的腿上。若受试者为婴儿，应确保其被轻柔包裹，并由看护者抱在怀中，或仰卧于打开的婴儿床内。接下来，将一个1毫米的喷嘴置于待测手的食指尖端下方0.5厘米处。将幼儿的手指放入模具固定架中，并用魔术贴在关节近端和远端固定，以确保与喷嘴的距离保持一致。若对婴儿进行操作，应将其整个手掌放入固定架中并妥善固定，以增强年幼儿童的注意力，从而在记录中获得更大的特异性事件相关电位（ERP）波峰。实验过程中应提供一项任务。例如，对于五岁的儿童，可以将气流描述为鱼缸中鱼吹出的气泡，使用一个装饰过的盒子来遮蔽气流装置。让儿童猜测每个气泡是由蓝色的鱼还是红色的鱼吹出的。告诉儿童在执行此任务时应保持安静，不要说话。通过调压器将气动压缩机启动压力设为 40 PSI，以向触觉刺激阀门输入气流。然后运行针对受试手的刺激呈现程序，包含 60 次随机交替的喷气刺激和 60 次假刺激试验。假刺激应通过一个单独的、指向远离手指方向的喷嘴输送气流。切勿连续呈现超过两次的刺激 puff 或假刺激。试次间间隔应在 2000 至 2,500 毫秒之间随机变化。若研究非对称性躯体感觉障碍，还需对另一只手运行相同的实验方案。对婴儿受试者执行本方案时，需注意无需要求其关注刺激。按照所述方法进行刺激呈现，对掌心施加喷气刺激和假刺激以实施多感官评估，无需执行任何任务。本方案也可与听觉刺激结合使用。此处显示了可使用的示例刺激材料。请注意，GA 是以无口音的女性声音生成的计算机语音“ga”的示例。接下来，我们将演示如何让一名五岁儿童运行刺激呈现程序。按照先前所述的方案进行操作。对于受试手，应采用听觉-触觉范式，随机呈现此处所示的四种刺激，每种刺激重复60次试验。接下来，对另一只手重复执行完全相同的方案，在方案开始时再次为儿童播放一部无声的、适合其年龄的动画片，并在整个实验过程中持续播放。在数据采集过程中，选择滤波器和参考设置，依据标准的事件相关电位方法学对数据进行采样。为对数据进行分段，需使用所需的滤波器对记录的数据进行滤波和分段处理。同时务必对数据执行质量控制。使用 ERP 软件中包含的计算机算法，对每个片段进行运动和眼动伪迹（如高频肌电活动）的筛查。随后进行人工审核，并使用眼动伪迹校正工具对受污染的试验数据进行校正。接下来，对事件相关电位进行平均。接下来，将信号重新参考至平均参考，然后进行基线校正。随后提取各个峰的平均振幅和峰值潜伏期。数据源自预定义人群的总平均波形。最后仅纳入电极位置与预设区域重叠的数据，提取各个电极的数据，并对每个簇内的数据进行平均。此处可看到对喷气刺激与假刺激对照反应的比较。在对侧皮质侧记录到的受累手刺激反应，仅显示了儿童中央顶区位置的平均描记图。黑线代表刺激反应，灰线代表假刺激反应。该图显示了记录到的大脑半球对侧躯体感觉区对触觉和双耳听觉刺激的反应。图示为仅在中央顶叶区域记录的10名儿童的平均诱发电位。灰色线条表示假刺激（ga sham）与气流刺激（puff）叠加计算的总反应。黑色线条表示同时施加ga puff的真实多感官反应。因此，这种方法可以帮助我们回答残疾研究领域中的一些关键问题，例如在实施该操作时，患有各种发育障碍的婴儿和儿童如何处理听觉、触觉以及两者的结合。保持指尖或手部与喷嘴尖端之间距离的一致性至关重要，因此我们使用模具支架或各种定位装置。

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