P50 Sensorisches Gating bei Säuglingen

Zusammenfassung

Methoden zur Aufzeichnung des auditiven sensorischen P50-Gatings, einem physiologischen Marker für zerebrale Hemmung, der frühe Stadien der Aufmerksamkeit widerspiegelt, werden beschrieben.

Zusammenfassung

Aufmerksamkeitsdefizite sind häufig bei einer Vielzahl von neuropsychiatrischen Störungen, einschließlich Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung, Autismus, bipolarer Stimmungsstörung und Schizophrenie. Es gibt ein zunehmendes Interesse an den neurologischen Entwicklungskomponenten dieser Aufmerksamkeitsdefizite; Neuroentwicklungsbedingt bedeutet, dass die Defizite zwar in der Kindheit oder im Erwachsenenalter klinisch auffällig werden, die Defizite jedoch das Ergebnis von Problemen in der Gehirnentwicklung sind, die im Säuglingsalter oder sogar pränatal beginnen. Trotz dieses Interesses gibt es nur wenige Methoden, um die Aufmerksamkeit sehr früh im Säuglingsalter zu beurteilen. Dieser Bericht konzentriert sich auf eine Methode, das auditorische P50-Sensorik-Gating bei Säuglingen.

Attention besteht aus mehreren Komponenten. Eine der frühesten Komponenten der Aufmerksamkeit, die als sensorisches Gating bezeichnet wird, ermöglicht es dem Gehirn, sich wiederholende, nicht-informative sensorische Informationen auszublenden. Auditives P50-sensorisches Gating bezieht sich auf eine Aufgabe, die darauf ausgelegt ist, das sensorische Gating anhand von EEG-Veränderungen zu messen. Wenn identische auditive Reize im Abstand von 500 ms präsentiert werden, ist die evozierte Reaktion (Veränderung im EEG, die mit der Verarbeitung des Klicks verbunden ist) auf den zweiten Reiz im Allgemeinen relativ zur Reaktion auf den ersten Reiz reduziert (d.h. die Reaktion ist "gated"). Wenn die Reaktion auf den zweiten Reiz nicht reduziert ist, wird dies als schlechtes sensorisches Gating angesehen, spiegelt eine gestörte zerebrale Hemmung wider und korreliert mit Aufmerksamkeitsdefiziten.

Da die auditive P50-Sensorik-Gating-Aufgabe passiv ist, ist sie von potentiellem Nutzen für die Erforschung von jungen Säuglingen und kann ein Fenster in den Entwicklungszeitverlauf von Aufmerksamkeitsdefiziten bei einer Vielzahl von neuropsychiatrischen Störungen bieten. Das Ziel dieser Präsentation ist es, die Methodik zur Bewertung des auditiven P50-sensorischen Gating bei Säuglingen zu beschreiben, eine Methodik, die von denen übernommen wurde, die in Studien an erwachsenen Populationen verwendet wurden.

Einleitung

Viele neuropsychiatrische Erkrankungen - einschließlich Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS), bipolare Stimmungsstörung und Schizophrenie - werden als neurologische Entwicklungsstörungen angesehen, was bedeutet, dass das Auftreten von Symptomen zumindest teilweise auf sehr frühe Aberrationen in der Gehirnentwicklung zurückzuführen ist. Die frühen Entwicklungsstörungen des Gehirns können über Jahre oder sogar Jahrzehnte vor dem Auftreten der vollständigen Störung stumm oder nur mit unspezifischen Symptomen verbunden sein. Dieses Modell deutet darauf hin, dass ein vollständiges Verständnis der Störung Methoden erfordert, um sehr subtile Veränderungen der Gehirnfunktion sehr früh in der Gehirnentwicklung zu messen.

P50 sensorisches Gating spiegelt einen frühen Schritt im Aufmerksamkeitsprozess^{wider 1,2}. P50 Sensory Gating bezieht sich auf eine spezifische Aufgabe, eine auditiv evozierte potentielle Aufgabe, die mit verhaltensbezogenen und neurokognitiven Aufmerksamkeitstests korreliert und zerebrale Hemmmechanismen widerspiegelt^3,4. In dieser Aufgabe werden den Probanden zwei identische Breitspektrum-Hörreize ("Klicks") präsentiert, während eine EEG-Antwort aufgezeichnet wird. Ein auditiver Reiz löst eine konsistente, im EEG gemessene Gehirnreaktion aus; Die Reaktion umfasst eine Welle, die bei Erwachsenen etwa 50 ms nach dem Stimulus auftritt. Da die Welle in positiver Richtung verläuft, wird diese Welle als P50-Welle bezeichnet. Die meisten Individuen zeigen eine signifikant reduzierte Reaktion auf den zweiten Reiz eines Paares im Vergleich zum ersten, was die Fähigkeit des Gehirns widerspiegelt, die Reaktion auf irrelevante, sich wiederholende Informationen automatisch zu hemmen (sensorische Informationen zu "gaten"). Viele psychiatrische Erkrankungen mit Aufmerksamkeitssymptomen - einschließlich Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS), bipolarer Stimmungsstörung und Schizophrenie - sind mit einer Beeinträchtigung des sensorischen Gating verbunden^5-7.

Auditory P50 sensorische Gating-Ergebnisse können durch den adrenergen Tonus eines Probanden verfälscht werden⁸. Während des REM-Schlafs ist der adrenerge Tonus vermindert, was den REM-Schlaf zu einem optimalen Zeitpunkt für die Aufgabenverwaltung macht^9,10. Da das sensorische P50-Gating eine passive Aufgabe ist und Säuglinge einen Großteil ihres Tages im aktiven Schlaf verbringen (die Säuglingsversion des REM-Schlafs), kann das sensorische P50-Gating auch bei sehr jungen Säuglingen gemessen werden.

Protokoll

1. Institutionelle Überprüfung und Aufsicht

1. Jede Arbeit mit menschlichen Probanden erfordert die Genehmigung und Aufsicht des Institutional Review Board. Die hier berichteten Methoden wurden, wenn sie in der Forschung eingesetzt werden, vom Colorado Multiple Institutional Review Board (COMIRB) überprüft und genehmigt.

2. Vorbereitung und Aufnahme

1. Planen Sie das Baby für 90 Minuten zur regulären Nickerchenzeit des Säuglings ein. Halten Sie saubere Elektroden, leitfähige EEG-Paste und einen dunklen, ruhigen Raum zur Verfügung. Füttern, rülpsen und wickeln Sie den Säugling, bevor Sie beginnen.
2. Wischen Sie den Kopf ab, um die Impedanz zu minimieren. CZ hat die größte Amplitude P50¹¹. Platzieren Sie eine Elektrode an der CZ, auf der Stirn, über und unter einem Auge, am Kinn und am rechten Warzen.
3. Präsentieren Sie 50 ms Breitspektrum-Stimuli (Klicks) als Paare mit einem Interstimulus-Intervall von 500 ms. Klickpaare sollten im Abstand von 10 Sekunden angezeigt werden.
4. Nehmen Sie auf, bis 15 Minuten ununterbrochener aktiver Schlaf vorhanden sind (das Äquivalent zum REM-Schlaf bei Säuglingen). Lassen Sie das Kind seine natürliche Schlafphase beenden. Dies kann >90 Minuten dauern. Erfassen Sie den Status Ihres Babys (z. B. offene oder geschlossene Augen, Bewegung usw.) während der gesamten Schlafperiode.

3. Datenanalyse

1. Identifizieren Sie 15 Minuten ununterbrochenen, aktiven Schlaf. Diese Periode hat eine hohe Frequenz, niedrige Spannungs-Gehirnwellen, einen niedrigen Muskeltonus, große Augenbewegungen und zeichnet sich durch geschlossene Augen aus.
2. Filtern Sie Daten, um 60-Hz-Interferenzen und niedrige Frequenzen (<1 Hz Drift)¹² zu entfernen.
3. Identifizieren Sie Epochen durch die Darstellung des ersten Tons in jedem Paar. Durchschnittlich mindestens 60 Epochen. Je größer die Anzahl der verwendeten Epochen, desto größer ist das mögliche Signal-Rausch-Verhältnis.
4. Filtern Sie die gemittelte Ablaufverfolgung mit einem Bandpassfilter zwischen 10 und 50 Hz. Dadurch kann das Bauteil leichter identifiziert werden. Messen Sie mit dem gefilterten gemittelten Tracing die P50-Amplitude als Reaktion auf den ersten und zweiten Stimulus unabhängig voneinander. P50-Wellen werden als die erste Welle zwischen 40 und 100 ms nach der Stimuluspräsentation identifiziert; Die Amplitude wird von der vorhergehenden Talsohle bis zur Spitze gemessen.
5. Dividieren Sie die Amplitude der P50-Welle als Reaktion auf den zweiten Schall durch die Amplitude der P50-Welle als Reaktion auf den ersten Ton, um ein P50-Sensor-Gating-Verhältnis zu erhalten.

Ergebnisse

P50 sensorische Gating-Verhältnisse sollten im Allgemeinen zwischen 0 und etwas größer als 1,0 liegen. Werte über 2 treten in der Regel nur bei P50-Amplituden unter 1,0 μV auf, können ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis darstellen und sollten entweder verworfen oder auf einen Wert von 2,0 ¹¹ gekürzt werden. Die Mittelwerte von Säuglingen aus der Allgemeinbevölkerung sollten im Durchschnitt bei etwa 0,4 ¹³ liegen. Abbildung 1 zeigt zwei Beispielverfolgungen: eine von einem Säugling mit typischer sensorischer Einstellung; eine von einem Säugling mit schlechter sensorischer Einstellung.

P50 sensorisches Gating kann durch Subtraktion berechnet werden: Amplitude der Reaktion auf den ersten Ton minus Amplitude der Reaktion auf den zweiten Ton. Es gibt jedoch eine große Variabilität in der Dämpfung des Signals von seiner Quelle durch die Kopfhaut bis zur Messelektrode. Zu den Faktoren, die eine Abschwächung bewirken können, gehören die Dicke des Schädels, Ablagerungen (z. B. Schmutz) auf der Kopfhaut und der Feuchtigkeitsgehalt auf der Oberfläche der Kopfhaut. Diese Variation in der Dämpfung des Signals zwischen Individuen und zwischen derselben Person im Laufe der Zeit verringert die Zuverlässigkeit der Ergebnisse einer Subtraktionsmethode. Daher wird das sensorische Gating von P50 im Allgemeinen als Verhältnis angegeben: Amplitude der Reaktion auf den zweiten Schall dividiert durch die Amplitude der Reaktion auf den zweiten Ton.

P50 sensorische Gating-Verhältnisse können als kontinuierliches Maß verwendet werden. Die Erstellung eines Verhältnisses führt jedoch zu zusätzlicher Variabilität. Eine Alternative besteht darin, die Ergebnisse in "normales" und "beeinträchtigtes" sensorisches P50-Gating zu dichotomieren. Bei Erwachsenen gelten Verhältnisse < 0,40 als normal und >0,50 als beeinträchtigt¹⁴. Verhältnisse zwischen 0,40 und 0,50 gelten als unbestimmt und können entweder zu einer der beiden Gruppen hinzugefügt oder von der weiteren Analyse ausgeschlossen werden. Geeignete Grenzwerte für Säuglinge wurden nicht fest festgelegt. Vorläufige Arbeiten deuten jedoch darauf hin, dass ähnliche Grenzwerte, wie sie bei Erwachsenen verwendet werden, angemessen sind¹⁵.

Abbildung 1. Beispiel-Traceings.Klicken Sie hier, um das Bild zu vergrößern.

Diskussion

Es wird angenommen, dass das sensorische Gating von P50 ein komplexes Zusammenspiel von inhibitorischen Neuroschaltkreisen widerspiegelt, die sich hauptsächlich im Hippocampus, im dorsolateralen präfrontalen Kortex und im Thalamus^{befinden 16}. Daher können Veränderungen des sensorischen P50-Gating bei Säuglingen auf eine veränderte Entwicklung in diesen Regionen des Gehirns hindeuten.

In diesen Hirnregionen ist wahrscheinlich die GABAerge Interneuronenhemmung von glutaminergen Pyramidenzellen für den Gating-Prozess verantwortlich, während die Hemmung durch GABAerge Zellen erfolgt. Die GABAergen Interneurone werden selbst durch adrenergen und cholinergen Input moduliert. Der adrenerge Input ist intermittierend und hemmt die Interneuronen, was ihre Fähigkeit zur Hemmung von Pyramidenzellen verringert und somit das sensorische Gating blockiert. Eine der Schwierigkeiten bei der Aufzeichnung wacher Säuglinge besteht darin, dass selbst sehr milde Stressfaktoren, wie das Anlegen von Elektroden, den adrenergen Tonus erhöhen und die Fähigkeit beeinträchtigen können, funktionelle Gating-Fähigkeiten zu messen.

Im Gegensatz zu den Auswirkungen eines intermittierenden adrenergen Inputs ist die cholinerge Stimulation von Interneuronen tonisch und führt zu einem verstärkten Feuern der Interneuronen, wodurch das sensorische Gating verbessert^{wird 17}. Faktoren, die den cholinergen Input verringern, wie z. B. genetische Phänotypen, die mit einer verminderten cholinergen Rezeptorexpression zusammenhängen, führen zu chronischen Problemen beim sensorischen Gating¹⁸. In ähnlicher Weise verringert eine verminderte neuronale Freisetzung von Cholin, wie sie während des Nicht-REM-Schlafs auftritt, auch die Interneuronenaktivität und das sensorische Gating. Nikotin ist eine interessante Verbindung, da akuter Konsum die nikotinischen cholinergen Rezeptoren stimuliert und das sensorische Gating verbessert^19,20, während wiederholter oder chronischer Nikotinkonsum bei alleiniger Einnahme keine Wirkung hat, sondern die Wirkung anderer Agonisten blockiert²¹, vermutlich weil chronische Stimulation zu einer Rezeptordesensibilisierung führt²². Säuglinge, die durch den Zigarettenkonsum der Mutter pränatal Nikotin ausgesetzt sind, haben ein beeinträchtigtes sensorisches P50-Gating¹².

Dieses Bewusstsein für die grundlegende Biologie des sensorischen Gating war die Begründung für eine randomisierte Studie zur Supplementierung während der Schwangerschaft mit der Nahrungskomponente Cholin, einem Agonisten am cholinergen Rezeptor auf Interneuronen. Die Supplementierung erfolgte vom Beginn des zweiten Trimesters bis etwa 3 Monate nach der Geburt. Säuglinge, die eine Cholin-Supplementierung erhalten hatten, hatten die Entwicklung des sensorischen Gating beschleunigt¹⁵.

Die Beurteilung des sensorischen Gating-Verhältnisses von Säuglingen ist machbar²³, zuverlässig²⁴ und stabil zwischen dem Säuglingsalter und dem Alter von vier Jahren²⁵. Beeinträchtigungen des sensorischen P50-Gating bei Säuglingen sind mit pränatalen Risikofaktoren für spätere psychiatrische Erkrankungen^{assoziiert 12,26} und mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung psychiatrischer Symptome im Alter von 4 Jahren²⁷. Säuglinge mit beeinträchtigtem sensorischem P50-Gating wurden jedoch nie über das Alter von 4 Jahren hinaus beobachtet; daher bleibt unklar, ob das P50-sensorische Gating bei Säuglingen prädiktiv für eine spätere Psychopathologie ist oder ob Bemühungen, das P50-sensorische Gating bei Säuglingen zu verändern, als primäre Präventionsstrategien nützlich sein werden.

Die Adaption des auditorischen P50-Sensorik-Gating-Paradigmas für Säuglingsstudien ermöglicht die Erforschung von Fragen im Zusammenhang mit der Frage, wann sich während der Entwicklung eine zerebrale Hemmung entwickelt und wann diese Entwicklung bei Personen schief läuft, die anfällig für spätere aufmerksamkeitsassoziierte neuropsychiatrische Erkrankungen sind. Ähnliche Bemühungen mit anderen physiologischen Aufgaben, wie z. B. Mismatch-Negativität, Eye-Tracking und Prepuls-Hemmung, könnten weitere Fenster in die frühe Entwicklung bieten. Es ist zu hoffen, dass die Adaption von Aufgaben für den Einsatz im frühen Säuglingsalter das Verständnis für den zeitlichen Verlauf dieser Störungen verbessern und neue Primärpräventionsstrategien vorschlagen kann¹⁷.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
E-Prime Version 2.0 Professionelle	Psychologie Software-Tools	EPR-225142	Stimulus-Präsentationssoftware
Alkohol-Vorbereitungspads mit Bimsstein	Compumedics	95000016	Reinigt die Haut zur Vorbereitung auf die Elektrodenplatzierung
Ten20 Paste	Compumedics	92100032	EEG-leitfähige Paste mit adhäsiven Eigenschaften, um Elektroden an Ort und Stelle zu halten
Gras Ag/AgCl Oberfläche Elektroden (10 mm)	Grass Technologies	FS E5SHC-48	10 mm Elektroden dienen zur Aufzeichnung von EEG-Signalen von der Oberfläche der Kopfhaut und dienen als Referenz- und Masseelektroden
Grass Ag/AgCl Oberflächenelektroden (6 mm)	Grass Technologies	F E6SHC-48	6 mm Elektroden werden zur Aufzeichnung von Augenbewegungen (EOG) und Muskelspannungen (EMG) von der Hautoberfläche verwendet
Papier Chirurgisches Klebeband	Mikropore	1530-0	Niedriges Klebeband, das verwendet wird, um Elektroden an Ort und Stelle zu halten
NuAmps Verstärker	Neuroscan	N/A	40-Kanal-monopolarer Digitalverstärker für die Aufzeichnung von EEG
Harmon/Kardon Computer Lautsprecher	Harman/Kardon	HK206	Wird verwendet, um auditive "Klicks" zu präsentieren