Un protocolo de electrofisiología a medida recompensa anticipación y tratamiento en niños

Trastorno del espectro autista (ASD) es una discapacidad del desarrollo caracterizada por deficiencias en la comunicación social (verbal y no verbal) y la presencia de intereses restringidos o comportamientos repetitivos¹. Dado que ASD se presume para ser neurológicamente basado en^2,3, no es de extrañar que investigaciones de la neurociencia con niños con TEA se ha convertido en altamente prevalente en la última década. Aunque se han propuesto muchas teorías sobre la base del cerebro de ASD, uno en particular que ha atraído la atención considerable de la investigación es la hipótesis de motivación social⁴. Brevemente, la hipótesis de motivación social plantea que los niños con TEA participan en la interacción social menos que compañeros de su por lo general en vías de desarrollo (TD) porque la interacción social no es como gratificante para ellos. Chevallier et al proporcionar una revisión de la hipótesis de motivación social⁵. Porque esta hipótesis se relaciona directamente con el sistema de recompensa, especialmente si el sistema ASD responde a la información social, múltiples estudios han investigado el sistema de recompensa social en ASD^{6,7, 8 , 9 , 10 , 11 , 12}. los resultados de estos estudios han diferenciado, algunos proporcionan evidencia que el sistema de recompensa en ASD es hipoactivo social y con la información, y otros que sugieren que el sistema de recompensas funciona típicamente nonsocial información pero es hipoactivo a estímulos sociales. Una de las razones posibles para estos resultados inconsistentes se refiere a los estímulos y la metodología utilizados en los protocolos. Es difícil coincidir con recompensas sociales y con en un contexto experimental; por ejemplo, varios estudios han utilizado una imagen de un rostro sonriente como la recompensa social, y la recompensa con es monetaria (por ejemplo, conseguir dinero después de que el experimento sea completa^7,8,11). Aunque estos estudios proporcionan una base importante para la investigación futura, es difícil determinar si los resultados se refieren a diferencias sociales versus respuesta con recompensa en ASD o si son debido a las diferencias entre la recompensa condiciones.

El protocolo actual está diseñado para investigar el sistema de recompensa en niños de alto funcionamiento con TEA mediante electrofisiología. Para explorar las diferencias entre niños con y sin Tea basado sobre expectativa de recompensa, se midió la negatividad anterior estímulo (SPN). El SPN es un componente de la onda lenta que refleja una expectativa de una recompensa estímulo¹³. La importancia de la SPN típicamente se conceptualiza como anticipación emocional^14,15,16 y se cree que se refleja en la actividad en la ínsula^17,18. El SPN se mide a menudo después de que los participantes realizan una respuesta de motor y antes del inicio de la regeneración durante una tarea de toma de decisiones^19,20. El SPN es sensible a la magnitud de la recompensa y es constantemente mayor en recompensa frente a condiciones no recompensa^15,16,21. Si el SPN se mide típicamente durante las tareas de toma de decisiones, los investigadores han informado de que el SPN se puede observar cuando anticipar estímulos afectivos próximos sin cualquier tarea^22,23,24. Un objetivo fundamental del protocolo actual es a realizar una tarea experimental en el que las recompensas entre las condiciones sociales y con se combinan para eliminar el potencial confunde. Otro objetivo es a prueba de niños entre 6 y 11 años de edad. Por lo tanto, el protocolo puede servir como una tarea de recompensa adecuados a la edad que los niños pueden encontrar atractivos sin frustrarse.

Con participantes humanos los procedimientos fueron aprobados por la humana tema ética institucional/Comité de Junta de investigación en Universidad de California, Riverside y la Universidad de California en San Diego.

1. estímulos preparación

Nota: Los procedimientos descritos a continuación son específicos de una suite de edición disponible en el mercado (véase Tabla de materiales); sin embargo, otros software de edición de fotos sin duda sirven.

1. Preparar un conjunto de fotografías de cara emocional²⁵ clasificados en dos expresiones (felizes y tristes). Utilizando recogieron valoraciones conductuales, elegir fotografías con calificaciones altamente exacto de la emoción (en el cual sobre el 80% de los participantes identifican la emoción de correctamente)²⁵.
   Nota: En nuestro protocolo, había 33 caras adultas solicitadas (18 mujer, hombre 15). De las 18 hembras, 9 son caucásicos, 4 son afroamericanos y 5 son americanos asiáticos. De los 15 hombres, 9 son caucásico, 6 son afroamericanos, y ninguno asiatico. En este caso, fotos ya recortadas y colocadas sobre un fondo blanco. Es importante tener en cuenta que fue calificado el conjunto de NimStim de expresiones faciales y normados por adultos²⁵. Así, es posible que los niños o adolescentes pueden percibir expresiones faciales diferentemente que los adultos que normalizadas las imágenes.
2. Estandarización de los estímulos de la expresión emocional
   1. Un suite de edición de fotos, editar las fotografías en escala de grises, entonces guardar (en el software utilizado aquí, esto se hace seleccionando imagen | Modo | Escala de grises).
   2. Asegúrese de que la resolución es de 72 píxeles/pulgada y que la anchura del archivo es de 8,5 pulgadas y altura es de 11 pulgadas.
   3. Utilizando una regla, cambiar el ancho de la fotografía (en píxeles) hasta las medidas de la cara 11 cm desde el exterior del cabello de un lado a la parte exterior del pelo en el otro lado y 14 cm desde el comienzo de la rayita en la parte inferior de la barbilla.
3. Creando la cara revuelta estímulos flecha
   1. Descargar el plugin "scramble" (http://telegraphics.com.au/sw/product/Scramble).
   2. Extrae el ZIP y mover a "plugins" dentro de la carpeta de aplicación de la suite de edición.
   3. En el programa de retoque fotográfico, crear una "forma personalizada" en las opciones de forma . Asegúrese de que la forma es una flecha.
   4. Abrir la cara emocional de imágenes uno a la vez. Utilice la herramienta Selección para seleccionar sólo la cara y no el fondo.
   5. Seleccione filtro de | Telegraphics | Scramble | OK.
   6. Seleccione Ventana de | Capas (esto debe producir una ventana de "capas" al lado).
   7. Haga doble clic en fondo, a continuación, haga clic en Aceptar y cámbiele el nombre a la capa 0 (cualquier nombre es fino).
   8. Haga clic en la herramienta forma en la barra de menú de la izquierda y elegir la forma de flecha personalizado.
   9. Arrastre la forma de flecha en el centro de la imagen codificada.
   10. Utilice Ctrl + T para arrastrar la flecha en el centro de la imagen y ajustar el tamaño, por lo que es lo mismo que la imagen de la cara (por ejemplo, 11 x 14 cm).
   11. Utilice la herramienta de ángulo para asegurar que para caras felices enfrenta a la flecha hacia arriba y para caras tristes enfrenta a la flecha hacia abajo.
   12. Haga clic en el capa 0 o el nombre dado en el paso 1.3.7.
   13. Seleccione capas de | Grupo con la anterior.
   14. Haga clic en seleccionar-todo | Editar | Copia combinada.
   15. Crear un nuevo archivo con la flecha sobre un fondo blanco al seleccionar archivo | Nuevo. El nuevo archivo debe ser 8.5 x 11 pulgadas con una resolución de 72 píxeles/pulgada.
   16. Guarde los archivos.
       Nota: Después de que estos son salvos, debe ser fotografías de personas con expresiones tristes, felices expresiones y las versiones codificadas. La fotografía revuelta con la flecha apuntando hacia arriba es la imagen con feliz, y la fotografía revuelta con la flecha apuntando hacia abajo es la imagen con triste.
4. Creación de las imágenes de recompensa
   1. Encontrar una imagen de una galleta de goldfish (sin nada en el marco) y descargar a la computadora.
   2. Abra la imagen de la galleta de goldfish en un suite de edición de fotos y editar para ser en escala de grises.
   3. Crear dos goldfish cracker imágenes: 1) uno en escala de grises y 2) que se cruza hacia fuera (por ejemplo, tiene un círculo/óvalo circundante con una línea por el medio).
   4. Uso de copia de | Pasta de, coloque imágenes de la galleta del goldfish intacto alrededor de las imágenes felices (por ejemplo, el hacia arriba apuntando la flecha y sonriente gente).
   5. Uso de copia de | Pasta de, coloque imágenes de la galleta del goldfish cruzado-hacia fuera alrededor de las imágenes tristes (p. ej., el hacia abajo señalando la flecha y frunciendo el ceño personas).
5. Preparación de los estímulos en software de electrofisiología (EEG) presentación
   1. Crear dos bloques de estímulos en un paquete de software de presentación de EEG. Será un bloque social (por ejemplo, cuadros de sonreír y fruncir el ceño caras) y el otro será con (por ejemplo, cuadros de hacia arriba y hacia abajo frente a las flechas).
   2. Pseudo-aleatoriamente el orden de los estímulos en cada bloque de tal manera que ninguna imagen produce a más de una vez en una fila y tal que el participante no ve más que tres tristes o hacia abajo frente a las flechas o feliz/hacia arriba hacia las flechas en una fila.
   3. Configurar cada ensayo contienen las siguientes: una fijación cruzada; 2 cajas con signos de interrogación (el participante utilizará un botón Presione para indicar una opción entre la caja izquierda y derecha); una flecha apuntando a la caja el participante elige a través de la prensa del botón; y la retroalimentación (los estímulos creados anteriormente).
      Nota: Aunque los participantes escogen la caja izquierda o derecha, si correcta (p. ej., cara feliz o flecha hacia arriba frente rodeado por goldfish intacto) o incorrecta (por ejemplo, triste cara o mirando hacia abajo flecha rodeada de tachado Comentarios de Goldfish) se muestra está preprogramado por la aleatorización descrita en el paso 1.5.2. Así, los participantes pueden sentir que ellos están conjeturando correctamente o incorrectamente, pero en realidad la opción no afecta a que imagen de regeneración.
   4. Mostrar cada ensayo basado en las siguientes duraciones: 1) fijación cruzada de 500 ms, 2) dos cajas con signos de interrogación dentro de 3000 ms, 3) dos cajas con signos de interrogación en el interior, con una flecha apuntando hacia la caja elegida por el participante para obtener ms 2000, 4) (< C34>e.g., cara o cara revuelto imágenes) para 1000 Sra. véase la figura 1.
      Nota: Si los participantes no responden (a través de la prensa del botón) dentro de 3000 ms, las puntas de prueba y el siguiente comienza. El ángulo visual esperado es un ángulo visual horizontal de 14,5 ° y ángulo visual vertical de 10,67 °.

2. comportamiento procedimientos

1. Reclutar a los participantes con y sin diagnosis ASD basadas en las directrices de la Junta de revisión institucional.
2. Administrar las pruebas cognitivas (p. ej., Wechsler abreviada escala de inteligencia, WASI²⁶) a todos los participantes para confirmar que los niños tengan puntuaciones cognitivas dentro de la media baja a media gama (por ejemplo, un índice de inteligencia a gran escala de al menos 70) .
   Nota: Se determinó que los niños con IQs a gran escala por debajo de 70 probablemente tendría dificultad para comprensión y recordar las instrucciones de la tarea. Por lo tanto, un corte de IQ de 70 fue elegido como criterio de exclusión para la participación.
3. Para los participantes con un diagnóstico de Tea, administrar el programa de observación diagnóstica de autismo (ADOS-2 segunda edición)²⁷ para confirmar su elegibilidad.

3. EEG grabación

1. Configurar los participantes.
   1. Asegúrese de que cada participante se sienta en una silla cómoda en una habitación tenuemente iluminada y ajustar la silla para que los individuos son 72 cm de distancia de la pantalla del ordenador. Proporcionar un breve tutorial sobre el procedimiento.
      Nota: En este estudio, los participantes se les dijo lo siguiente: "usted jugará un juego de adivinanzas - al igual que escoger una mano, excepto en el equipo. Usted verá 2 cajas con signos de interrogación en ellos, y luego se utilice este cuadro de botón para elegir si crees que la derecha o izquierda es la derecha. Si crees que la caja de la izquierda es la derecha, presione el botón izquierdo. Si crees que el cuadro de la derecha es la derecha, pulse el botón derecho. Una vez que usted escoge, usted verá las cajas con signos de interrogación y una flecha en el medio mostrando que usted escogió. Luego verás si tienes derecho. Para cada uno tienes derecho, obtendrá 1 galleta del goldfish. Si no te gusta goldfish, podrá operar para los bocados de fruta. Cuando usted lo consigue derecho, verás un anillo de galletas goldfish. Eso significa que tienes un goldfish cracker! Cuando usted equivocan, se verá un anillo de tachado galletas goldfish. Cuando usted equivocan, usted no perderá ningún goldfish, simplemente no ganas que tiempo. El equipo se seguimiento de cuántos peces de colores tienes, y luego te voy a dar que muchos después de que estamos hecho. " Tras el tutorial, pida a los participantes, "Ok, así que ¿qué vas a hacer?" seguido por "Lo que usted verá cuando usted lo consigue derecho?" y "Lo que usted verá cuando usted equivocan?" para confirmar que entienden la tarea. Si ellos no parecen entender, explicar otra vez hasta que son capaces de responder a las preguntas correctamente.
2. Utilice un EEG con 32 electrodos de Ag/AgCl en el sistema internacional 10-20, con vertical adicional (VEOG) y horizontales electrodos (HEOG) para capturar el movimiento de los ojos.
3. Mida la cabeza del participante para determinar qué tapa de tamaño es apropiado para el tamaño de la cabeza.
4. Utilizando una aguja Roma, pre-gel de la tapa mediante la inyección de gel conductor en los electrodos.
5. Conectar la tapa del EEG del amplificador con un filtro de paso bajo a 70 Hz, un filtro de paso alto directamente acoplado (DC), filtro de la muesca de 60Hz y 500 Hz de muestreo.
6. Montar la tapa del EEG a la cabeza del participante que el electrodo de "Cz" es colocado en el centro del cuero cabelludo (por ejemplo, medio de nasion al inion) según el sistema 10-20.
7. Usando una aguja blunted o palillo de madera estéril, Remolino dentro del electrodo para mover todo el pelo y deje que el gel en contacto con el cuero cabelludo.
8. Use un medidor de impedancia (o el equipo de EEG) para asegurar que la impedancia está por debajo de 10 KΩ para un sistema de baja impedancia y 50 KΩ para un sistema de alta impedancia.
9. Una vez que todos los electrodos en el casquillo muestran niveles de impedancia aceptable, coloque los electrodos HEOG y VEOG. Coloque los electrodos HEOG en el ángulo de cada ojo y VEOG electrodos por encima y debajo del ojo.
10. Si cualquier electrodos tienen niveles de impedancia por encima de los umbrales aceptables señalados, registre en un cuaderno o en el equipo.
11. Comenzar los bloques experimentales, contrarrestar el orden de los bloques (por ejemplo, con y social) entre los participantes. Asegúrese de que el equipo de EEG está grabando, el equipo de EEG y equipo de grabación se sincronizan y los eventos se envían correctamente.
12. Dar a los participantes pausas de 30 segundos después de cada 15 ensayos (aproximadamente cada 2-3 minutos) para que puedan moverse if necesitan.
    Nota: Aunque no hay instrucciones explícitas fueron dados a los niños en cuanto a movimiento, los participantes dijeron que utilice pausas para "salir se menea", "¡energía fuera", o realizar cualquier otro movimiento que querían.
13. Entre bloques, dar a los participantes una rotura más larga (unos 5 minutos). Después de cada bloque, que los participantes llenar una escala de Likert de 4 preguntas acerca de lo mucho que disfrutaron el juego de adivinanzas y con qué frecuencia se sentían podrían conseguir respuestas correctas.
14. Después de que ambos bloques se completan y los participantes han llenado ambos cuestionarios de Likert, sacar la tapa del EEG y que puedan lavarse el cabello.
    1. Proporcionar el pago (o un equivalente de "Premio") a los participantes y sus familias.
    2. Limpiar y esterilizar la tapa del EEG.

4. procesamiento de datos de EEG

Nota: Los procedimientos y comandos descritos en esta sección son específicos para cajas de herramientas EEGLAB y ERPlab²⁸.

1. En ERPlab, filtrar los datos de EEG utilizando un filtro de paso alto de filtro Hz.01 y paso bajo de 30 Hz.
2. Descartar (en ERPlab) o interpolar (en EEGLAB) canales malos que parecen tener alta impedancia o eran problemáticos durante la grabación (por ejemplo, perdidas contacto con la piel durante la grabación).
3. Usando las operaciones del canal de EEG GUI (ERPlab), referencia a los datos de EEG utilizando el promedio de los izquierda y mastoideas derecha electrodos (electrodos mastoides fueron elegidos como referencia debido a no tener una matriz de electrodos densos; en cuyo caso, los expertos a veces sugerir el uso de la referencia promedio²⁹, y puesto que el promedio de ambos electrodos mastoides es menos problemático para los efectos de la lateralidad versus una mastoides solo³⁰).
4. Si se utiliza el promedio de mastoides electrodos para volver a hacer referencia a, los dos electrodos deben proporcionar una señal clara. Si ambos mastoide electrodo tiene una señal de mala calidad (por ejemplo, con alta impedancia) o perdió contacto con la piel durante la grabación, no utilice datos del participante para el análisis.
5. Utilizar el menú desplegable EVENTLIST ERPlab para crear un EEG Eventlisty asignar los códigos de la computadora de estímulo a contenedores con BINLISTER.
6. En el menú desplegable extracto basado en el cubo de las épocas ERPlab, segmentar los datos de EEG continuo en épocas bloqueado de estímulo y referencia correcta. Para medir la negatividad anterior estímulo (SPN), uso de época de-2200 a 100 ms (línea de base de-2200-2000 MS). Para medir el procesamiento de la recompensa o actividad cerebral post estímulo, utilice época de -200 a 800 m (línea de base de -200 a 0 ms).
7. Trazar los datos en EEGlab y marque y deseche las épocas que parecen contener artefactos de centelleo ojo no (por ejemplo, ruido excesivo o movimiento del motor).
8. Elija Ejecutar ICA en los datos epoched.
9. Parcela los componentes independientes (seleccione parcela | Activaciones de componente) e identificar cualquier artefactos de movimientos oculares y parpadeos.
10. Quitar los componentes identificados como movimientos oculares o artefactos de abrir y cerrar de ojos. Para comprobar si los componentes marcados para su eliminación son responsables del movimiento de ojo, elegir datos prueba solo a visualizar los datos con los componentes identificados quitados. Una vez se quitan los parpadeos y los movimientos de ojo, a aceptar la eliminación de los componentes identificados.
11. En ERPlab de herramientas, seleccione rechazo de artefacto en datos epoched | Procedimiento de pico a pico de ventana en movimiento. En el presente estudio, se utilizaron un 200 ms movimiento ventana, paso de ventana de 100 ms y umbral de tensión de 150 mV.
12. Calcular el promedio ERPs. Asegúrese de utilizar la configuración predeterminada, que indican que todas las épocas marcados para eliminación se descartará de la ERP promedio.
13. Para analizar la actividad del cerebro medio que ocurre antes de la aparición de los estímulos, extracción (en el paso 4.11) ocurre durante los últimos 200 ms antes de la aparición del estímulo (por ejemplo, -210 a-10 ms) de los electrodos de interés.
    1. En el caso anterior estímulo negatividad (SPN), electrodos de interés incluyen: F3/F4, C3/C4, P3/P4 y T5/T6 (nota que en algunos sistemas, electrodos temporales en esta región están etiquetados T6/T7 o T3/T4).
       Nota:-210 a-10 m fue elegido en este protocolo, en lugar de -200 a 0 ms para evitar la contaminación por la actividad cerebral no relacionada con el SPN (p. ej., el principio de la actividad de los nervios cuando los estímulos de regeneración se muestra en 0 ms).
14. Para exportar datos numéricos para el análisis, utilice la herramienta de medición de ERP.
    Nota: Esta herramienta permite a los investigadores especificar latencia o información de amplitud, las ventanas de tiempo de interés y los electrodos de interés. Amplitud se puede calcular el máximo local en un intervalo de tiempo dado, o como la amplitud media de un intervalo de tiempo dado.
15. Descargar los datos numéricos como un archivo .txt. Según sea necesario, exportar los datos a excel o copia y pega en un programa de análisis estadístico (por ejemplo, SPSS o JMP).

5. diferencias de procesamiento para el análisis ERSP

1. Comience con el archivo creado en el paso 4.11 (por ejemplo, el archivo epoched con todos los procedimientos de rechazo artefacto completo).
2. Utilizar el EEGlab "newtimef" plug-in para obtener un tiempo x transformación de frecuencia con valores para cada punto del tiempo, la frecuencia y el juicio.
3. Para medir la actividad de anticipación banda alfa, calcular los valores promedio de 8 a 12 Hz.
4. Calcular la activación promedio antes del inicio de la regeneración (p. ej., -2200 a-100 m con base de-2200-2000 MS) en los mismos electrodos que se utilizan para el SPN.
5. Para calcular la asimetría alpha antes de retroalimentación, restar el poder de registro en el hemisferio izquierdo el hemisferio derecho.
   Nota: Para calcular activación ERSP después del inicio de la regeneración, datos tendría que volver a analizar y volver a agrupar en épocas con una ventana de tiempo diferentes (por ejemplo, -200 a 800 m con línea de base de -200 a 0 ms).

6. estadístico análisis

1. Pegar los datos numéricos extraídos en la sección 4 (pasos 4.11 y 4.12) en un programa estadístico (por ejemplo, SPSS o JMP).
2. Realizar mediciones repetidas ANOVA en el software estadístico para los valores medios de ERPs para comparar la actividad cerebral entre los hemisferios (izquierdo, derecho), posiciones de los electrodos (frontal, central, temporales, parietales), condiciones (cara, flecha) y grupos (autismo trastorno del espectro, típicamente en desarrollo).
   Nota: Hemisferio, colocación de los electrodos y condición son factores dentro de temas, y el grupo es un factor entre sujetos.
   1. Si posición de electrodo o hemisferio no es estadísticamente significativa, contraer todo para futuros análisis.
   2. Si la relación entre las medidas de comportamiento (p. ej., score de severidad de ADOS) y ERPs es de interés, pueden ejecutar análisis de correlación.

Diseño de experimentos para comparar sistemáticamente la actividad cerebral con social frente a estímulos de recompensa no-social es compleja, debido a la dificultad inherente en recompensas no sociales y la comparación. La figura 1 representa los estímulos de un protocolo experimental diseñado para investigar las respuestas neuronales de recompensa mientras que el control de propiedades de recompensa. Este paradigma fue diseñado específicamente, (i) mantener recompensas coherentes entre los ensayos sociales y con, (ii) control de propiedades físicas del estímulo entre sociales y con los ensayos y (iii) ser adecuados a la edad de 6 a 11 años de edad los niños con y sin autismo.

Figura 2 muestra las respuestas ERP como participantes anticipan estímulos sociales y no sociales. Cabe señalar que ya el actual protocolo fue diseñado para medir la expectativa de recompensa (SPN), las épocas mostradas son en gran parte antes del inicio de la regeneración (que ocurren en 0 ms en las figuras). Estos resultados sugieren que por lo general en desarrollo de los niños (TD) anticipan estímulos de recompensa acompañados por las caras más enérgicamente que los niños con TEA. Además, aunque los niños TD anticipan cara estímulos significativamente más no-face estímulos, los niños con TEA no evidentemente muestran diferencias significativas en la actividad cerebral entre las condiciones.

Figura 1 : Esquema de presentación del estímulo y el tiempo. Regeneración de la condición social (cara) se muestra en la columna de la izquierda. Retroalimentación para la condición (no cara) con se muestra en la columna de la derecha. Feedback de respuestas "correctas" se muestra en la parte superior, y a continuación se muestra la retroalimentación para las respuestas "incorrectas". Esta cifra es nuevamente impresa con permiso de12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2 : Grand un promedio de formas de onda para los niños de TD y los ASD del SPN en respuesta a social/caras (izquierdas) y flechas de nonsocial (derecha). Los niños TD están representados por una línea sólida y los niños con TEA por una línea discontinua. El área entre-210 y ms-10, utilizados para el análisis estadístico, se resalta con un cuadro gris. Esta cifra se modifica una anterior publicación6. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. 

Los autores no tienen nada que revelar.