מאמר שיטה

P50 החושי Gating בתינוקות

DOI:

10.3791/50065

⸱

26 בדצמבר 2013

 ,  ,  , 
1Department of Psychiatry, University of Colorado School of Medicine, 2Colorado State University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מתוארות שיטות לרישום שער חושי שמיעתי P50, סמן פיזיולוגי לעיכוב מוחי המשקף שלבים מוקדמים של קשב.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ליקויי קשב נפוצים במגוון הפרעות נוירו-פסיכיאטריות כולל הפרעת קשב וריכוז, אוטיזם, הפרעת מצב רוח דו קוטבית וסכיזופרניה. יש עניין גובר במרכיבים הנוירו-התפתחותיים של ליקויי קשב אלה; נוירו-התפתחותי כלומר בעוד שהליקויים הופכים בולטים קלינית בילדות או בבגרות, הליקויים הם תוצאה של בעיות בהתפתחות המוח שמתחילות בינקות או אפילו לפני הלידה. למרות העניין הזה, ישנן מעט שיטות להערכת קשב בשלב מוקדם מאוד בינקות. דוח זה מתמקד בשיטה אחת, שער חושי שמיעתי P50 לתינוקות.

לתשומת לב יש כמה מרכיבים. אחד המרכיבים המוקדמים ביותר של קשב, המכונה שער חושי, מאפשר למוח לכוון מידע חושי שחוזר על עצמו ולא אינפורמטיבי. שער חושי שמיעתי P50 מתייחס למשימה אחת שנועדה למדוד שער חושי באמצעות שינויים ב-EEG. כאשר גירויים שמיעתיים זהים מוצגים במרחק של 500 אלפיות השנייה זה מזה, התגובה המעוררת (שינוי ב-EEG הקשור לעיבוד הקליק) לגירוי השני מופחתת בדרך כלל ביחס לתגובה לגירוי הראשון (כלומר התגובה "מגודרת"). כאשר התגובה לגירוי השני אינה מופחתת, זה נחשב לשער חושי לקוי, משקף עיכוב מוחי לקוי ומתאם עם ליקויי קשב.

מכיוון שמשימת השער החושי השמיעתי P50 היא פסיבית, היא בעלת תועלת פוטנציאלית בחקר תינוקות צעירים ועשויה לספק חלון למהלך הזמן ההתפתחותי של ליקויי קשב במגוון הפרעות נוירו-פסיכיאטריות. מטרת מצגת זו היא לתאר את המתודולוגיה להערכת שער חושי שמיעתי P50 של תינוקות, מתודולוגיה המותאמת מאלה ששימשו במחקרים על אוכלוסיות בוגרות.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחלות נוירו-פסיכיאטריות רבות - כולל הפרעת קשב וריכוז (ADHD), הפרעת מצב רוח דו קוטבית וסכיזופרניה - נחשבות להפרעות נוירו-התפתחותיות, כלומר הופעת התסמינים נובעת לפחות חלקית מסטיות מוקדמות מאוד בהתפתחות המוח. הסטיות ההתפתחותיות המוקדמות של המוח עשויות להיות שקטות או קשורות רק לתסמינים לא ספציפיים במשך שנים או אפילו עשרות שנים לפני הופעת ההפרעה המלאה. מודל זה מציע כי הבנה מלאה של ההפרעה עשויה לדרוש שיטות למדידת שינויים עדינים מאוד בתפקוד המוח בשלב מוקדם מאוד של התפתחות המוח.

P50 שער חושי משקף שלב מוקדם בתהליך הקשב1,2. שער חושי P50 מתייחס למשימה ספציפית, משימה פוטנציאלית מעוררת שמיעה, הנמצאת בקורלציה עם מבחנים התנהגותיים ונוירו-קוגניטיביים של קשב ומשקפת מנגנוני עיכוב מוחיים3,4. במטלה זו, מוצגים לנבדקים שני גירויים שמיעתיים זהים בספקטרום רחב ("קליקים") בזמן שתגובת EEG נרשמת. גירוי שמיעתי מעורר תגובה מוחית עקבית הנמדדת על ידי EEG; התגובה כוללת גל שאצל מבוגרים מתרחש כ-50 מילי-שניות לאחר הגירוי. מכיוון שהגל נמצא בכיוון החיובי, גל זה מתואר כגל P50. רוב האנשים מפגינים תגובה מופחתת משמעותית לגירוי השני של זוג בהשוואה לראשון, המשקפת את יכולתו של המוח לעכב באופן אוטומטי תגובה למידע חוזר לא רלוונטי ("לשער" מידע חושי). מחלות פסיכיאטריות רבות עם תסמיני קשב - כולל הפרעת קשב וריכוז (ADHD), הפרעת מצב רוח דו קוטבית וסכיזופרניה - קשורות לפגיעה בשער החושי5-7.

תוצאות שער חושי שמיעתי P50 יכולות להתבלבל על ידי הטון האדרנרגי של הנבדק8. במהלך שנת REM, הטונוס האדרנרגי פוחת, מה שהופך את שנת ה-REM לזמן אופטימלי לניהול משימות9,10. מכיוון ששער חושי P50 הוא משימה פסיבית ומכיוון שתינוקות מבלים חלק ניכר מהיום שלהם בשינה פעילה (גרסת התינוקות של שנת REM), ניתן למדוד שער חושי P50 אפילו אצל תינוקות צעירים מאוד.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. סקירה ופיקוח מוסדיים

  1. כל עבודה עם נבדקים אנושיים דורשת אישור ופיקוח של מועצת הביקורת המוסדית. השיטות המדווחות כאן, כאשר נעשה בהן שימוש במחקר, נבדקו ואושרו על ידי מועצת הסקירה המוסדית המרובה של קולורדו (COMIRB).

2. הכנה והקלטה

  1. קבעו את התינוק ל-90 דקות בזמן התנומה הרגיל של התינוק. יש אלקטרודות נקיות, משחת EEG מוליכה וחדר חשוך למדי זמין. האכילו, גיהקו וחתלו את התינוק לפני שמתחילים.
  2. נגב את הראש כדי למזער את העכבה. ל-CZ יש את המשרעת הגדולה ביותר P5011. הניחו אלקטרודות ב-CZ, על המצח, מעל ומתחת לעין אחת, על הסנטר ועל המסטואיד הימני.
  3. הצג גירויים רחבים בספקטרום רחב של 50 msec (קליקים) כזוגות עם מרווח גירוי בין-גירוי של 500 msec. יש להציג זוגות קליקים בהפרש של 10 שניות זה מזה.
  4. הקליטו עד שיש 15 דקות של שינה פעילה רצופה (המקבילה לתינוקות לשנת REM). אפשרו לתינוק להשלים את תקופת השינה הטבעית שלו. זה עשוי להימשך >90 דקות. רשמו את מצב התינוק (למשל עיניים פקוחות או עצומות, תנועה וכו') במהלך כל תקופת השינה.

3. ניתוח נתונים

  1. זהה 15 דקות של שינה רציפה ופעילה. בתקופה זו יהיו גלי מוח בתדר גבוה, מתח נמוך, טונוס שרירים נמוך, תנועות עיניים גדולות, ותצוין בעיניים עצומות.
  2. סנן נתונים כדי להסיר הפרעות של 60 הרץ ותדר נמוך (<סחיפה של 1 הרץ)12.
  3. זהה תקופות על ידי הצגת הצליל הראשון בכל זוג. ממוצע של לפחות 60 תקופות. ככל שמספר התקופות בשימוש גדול יותר, כך יחס האות לרעש גדול יותר.
  4. סנן את המעקב הממוצע באמצעות מסנן פס פס בין 10-50 הרץ. זה מאפשר לזהות את הרכיב ביתר קלות. באמצעות המעקב הממוצע המסונן, מדוד את משרעת P50 בתגובה לגירוי הראשון והשני באופן עצמאי. גלי P50 מזוהים כגל הראשון בין 40 ל-100 מילי-שניות לאחר הצגת הגירוי; המשרעת נמדדת מהשוקת הקודמת לשיא.
  5. חלקו את המשרעת של גל P50 בתגובה לצליל השני במשרעת גל P50 בתגובה לצליל הראשון כדי לקבל יחס שער חושי P50.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

יחסי סינון חושי (sensory gating ratios) של P50 צריכים בדרך כלל לנוע בין 0 לערך הגבוה מעט מ-1.0. ערכים מעל 2 מופיעים בדרך כלל רק במקרים שבהם אמפליטודות P50 נמוכות מ- 1.0 μV, עשויים להעיד על יחס אות לרעש נמוך ויש להסירם או לקצץ אותם לערך של 2.0 11ערכי ממוצע מתינוקות שנלקחו מהאוכלוסייה הכללית צריכים להיות בממוצע כ-0.4. 13. איור 1 מוצגות שתי דגימות של רישומים: אחת מתינוק עם סינון חושי (sensory gating) טיפוסי, ואחת מתינוק עם סינון חושי לקוי.

ניתן לחשב סינון חושי (sensory gating) של P50 באמצעות חיסור: אמפליטודת התגובה לצליל הראשון פחות אמפליטודת התגובה לצליל השני. עם זאת, קיימת שונות רבה בניחות של האות ממקורו, דרך הקרקפת, ועד לאלקטרודת המדידה. גורמים העשויים להשפיע על הניחות כוללים את עובי הגולגולת, פסולת (למשל(לכלוך) על הקרקפת, ותכולת הלחות על פני השטח של הקרקפת. שונות זו בניחות האות בין אנשים שונים ואצל אותו אדם לאורך זמן מפחיתה את מהימנות התוצאות המתקבלות משיטת החיסור. לפיכך, סינון חושי מסוג P50 מדווח בדרך כלל כיחס: אמפליטודת התגובה לצליל השני חלקי אמפליטודת התגובה לצליל הראשון.

ניתן להשתמש ביחסי סינון חושי (sensory gating) של P50 כמדד רציף. עם זאת, יצירת יחס מוסיפה שונות נוספת. חלופה לכך היא חלוקה דיכוטומית של התוצאות לסינון חושי P50 "נורמלי" לעומת "לקוי". במבוגרים, יחסי < 0.40 נחשבים לנורמליים ויחסי > 0.50 נחשבים ללקויים14. יחסי ביניים בין 0.40-0.50 נחשבים לבלתי מוגדרים וניתן להוסיפם לאחת משתי הקבוצות או להחריגם מניתוחים עוקבים. נקודות חיתוך מתאימות עבור תינוקות טרם נקבעו באופן סופי; עם זאת, עבודות ראשוניות מצביעות על כך שנקודות חיתוך דומות לאלו המשמשות במבוגרים הן מתאימות15.

גרפי EEG של סינון חושי P50 המראים תגובה טיפוסית ותגובה לקויה; מדידות μvolt; השפעת הגירוי.
איור 1. דוגמאות לרישומים.  לחצו כאן להצגת תמונה גדולה יותר.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שער חושי P50 נחשב כמשקף אינטראקציה מורכבת של מעגלים עצביים מעכבים הממוקמים בעיקר בהיפוקמפוס, קליפת המוח הקדם-מצחית הגבית-צידית ותלמוס16. לפיכך, שינויים בשער החושי P50 אצל תינוקות עשויים להצביע על שינוי בהתפתחות באזורים אלה של המוח.

באזורי מוח אלה, עיכוב אינטרנוירונים GABAergic של תאים פירמידליים גלוטמינרגיים אחראי ככל הנראה לתהליך השער, עם העיכוב המסופק על ידי תאי GABAergic. האינטרנוירונים של GABAergic מווסתים בעצמם על ידי קלט אדרנרגי וכולינרגי. הקלט האדרנרגי הוא לסירוגין ומעכב את האינטרנוירונים מה שמפחית את יכולתם לעכב תאים פירמידליים ובכך חוסם את השער החושי. אחד הקשיים ברישום תינוקות ערים הוא שאפילו גורמי לחץ קלים מאוד, כמו הפעלת אלקטרודות, יכולים להגביר את הטונוס האדרנרגי ולהפריע ליכולת למדוד יכולות שערים תפקודיות.

בניגוד להשפעה של קלט אדרנרגי לסירוגין, גירוי כולינרגי של אינטרנוירונים הוא טוניק ומביא לירי בין-נוירוני משופר, ובכך משפר את השער החושי17. גורמים המפחיתים את הקלט הכולינרגי, כגון פנוטיפים גנטיים הקשורים לירידה בביטוי הקולטן הכולינרגי, מובילים לבעיות כרוניות בשער החושי18. באופן דומה, ירידה בשחרור עצבי של כולין, כפי שקורה במהלך שנת REM, מפחיתה גם את הפעילות הבין-עצבית ואת השער התחושתי. ניקוטין הוא תרכובת מעניינת מכיוון ששימוש אקוטי מגרה קולטנים כולינרגיים ניקוטיניים ומשפר את השער החושי19,20, בעוד ששימוש חוזר או כרוני בניקוטין אינו משפיע כאשר משתמשים בו לבד אלא חוסם את ההשפעות של אגוניסטים אחרים21, ככל הנראה מכיוון שגירוי כרוני מוביל לדה-סנסיטיזציה של הקולטן22. תינוקות שנחשפו לניקוטין לפני הלידה באמצעות שימוש בסיגריות אימהיות פגעו בשער החושי P5012.

מודעות זו לביולוגיה הבסיסית של שער חושי הייתה הרציונל לניסוי אקראי של תוסף במהלך ההריון עם המרכיב התזונתי כולין, אגוניסט בקולטן הכולינרגי על אינטרנוירונים. התוסף התרחש מתחילת השליש השני ועד כ-3 חודשים לאחר הלידה. תינוקות שקיבלו תוסף כולין סבלו מהתפתחות מואצת של שער תחושתי15.

הערכת יחס שער חושי לתינוקות P50 אפשרית23, אמינה24 ויציבה בין הינקות לגילארבע 25. ליקויים בשער החושי P50 של תינוקות קשורים לגורמי סיכון טרום לידתיים למחלה פסיכיאטרית מאוחרתיותר 12,26 ולסיכון מוגבר לפתח תסמינים פסיכיאטריים בגיל 4 שנים27. עם זאת, תינוקות עם פגיעה בשער החושי P50 מעולם לא היו במעקב מעבר לגיל 4; לפיכך עדיין לא ברור אם שער חושי P50 לתינוק מנבא פסיכופתולוגיה מאוחרת יותר או אם מאמצים לשנות את השער החושי של תינוקות P50 יהיו שימושיים כאסטרטגיות מניעה ראשוניות.

ההתאמה של פרדיגמת השער החושי השמיעתי P50 למחקר תינוקות מאפשרת לחקור שאלות הקשורות למתי במהלך ההתפתחות מתפתחת עיכוב מוחי ומתי התפתחות זו משתבשת עבור אנשים הפגיעים למחלות נוירו-פסיכיאטריות הקשורות לקשב מאוחר יותר. מאמצים דומים עם משימות פיזיולוגיות אחרות, כגון שליליות אי-התאמה, מעקב אחר עיניים ועיכוב קדם-דופק עשויים להציע חלונות אחרים להתפתחות מוקדמת. התקווה היא שהתאמת המשימות לשימוש בינקות המוקדמת עשויה להגביר את ההבנה של מהלך הזמן ההתפתחותי של הפרעות אלה וכן להציע אסטרטגיות מניעה ראשוניות חדשות17.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ד"ר רוס והאנטר מקבלים תמיכה בשכר ממענקים במימון ה-NIH. לכל שאר המחברים אין קונפליקטים לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו מומנה, לפחות בחלקה, על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (מספרי המענקים של ה-NIH MH086383, MH056539 ו-MH015442) ועל ידי המכון להפרעות נפשיות בילדים.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
E-Prime גרסה 2.0 כליתוכנה לפסיכולוגיהEPR-225142תוכנת הצגת גירויים
רפידות הכנה לאלכוהול עם PumiceCompumedics95000016מנקה את העור לקראת מיקום האלקטרודות
Ten20 PasteCompumedics92100032משחה מוליכה EEG בעלת איכויות דבק להחזקת אלקטרודות במקומן
משטח דשא Ag/AgCl אלקטרודות (10 מ"מ)Grass TechnologiesFS E5SHC-48אלקטרודות 10 מ"מ משמשות להקלטת אותות EEG מפני השטח של הקרקפת ומשמשות כאלקטרודות ייחוס וקרקע
Grass Ag/AgCl Surface Electrodes (6 מ"מ)Grass TechnologiesF E6SHC-48אלקטרודות 6 מ"מ משמשות לרישום תנועות עיניים (EOG) ומתח שרירים (EMG) מפני השטח של העור
נייר סרט כירורגיMicropore1530-0סרט דבק נמוך המשמש לשמירה על אלקטרודות במקומן
מגבר NuAmpsNeuroscanN/Aמגבר דיגיטלי חד קוטבי 40 ערוצים להקלטת
רמקולים למחשב EEG Harmon/Kardon Harman/KardonHK206משמש להצגת "קליקים" שמיעתיים
מקצועית

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Braff, D. L., Light, G. A. Preattentional and attentional cognitive deficits as targets for treating schizophrenia. Psychopharmacology. 174 (1), 75-85 (2004).
  2. Boutros, N. N., Belger, A., Campbell, D., DGÇÖSouza, C., Krystal, J. Comparison of four components of sensory gating in schizophrenia and normal subjects: a preliminary report. Psychiat. Res. 88 (2), 119-130 (1999).
  3. Cullum, C. M., Harris, J. G., et al. Neurophysiological and neuropsychological evidence for attentional dysfunction in schizophrenia. Schizo. Res. 10 (2), 131-141 (1993).
  4. Kisley, M. A., Noecker, T. L., Guinther, P. M. Comparison of sensory gating to mismatch negativity and self-reported perceptual phenomena in healthy adults. Psychophysiology. 41 (4), 604-612 (2004).
  5. Olincy, A., Ross, R. G., Harris, J. G., Freedman, R. Neurophysiological studies of the P50 auditory evoked potential in adult attention deficit disorder: comparison with schizophrenia. Schizo. Res. 36, 257-25 (1999).
  6. Adler, L. E., Pachtman, E., Franks, R., Freedman, R. Neurophysiological evidence for a defect in neuronal mechanisms involved in sensory gating in schizophrenia. Biol. Psychiat. 17, 639-654 (1982).
  7. Martin, L. F., Mei-Hua, H., et al. Physiology of schizophrenia, bipolar disorder and schizoaffective disorder. Am. J. Psychiatr. 164 (12), 1900-1906 (2007).
  8. Adler, L. E., Gerhardt, G. A., et al. Sensory physiology and catecholamines in schizophrenia and mania. Psychiatr. Res.. 31 (3), 297-309 (1990).
  9. Kisley, M. A., Olincy, A., Freedman, R. The effect of state on sensory gating: comparison of waking. REM and non-REM sleep. Clin. Neurophysiol. 112, 1154-1165 (2001).
  10. Kisley, M. A., Olincy, A., et al. Sensory gating impairment associated with schizophrenia persists into REM sleep. Psychophysiology. 40 (1), 29-38 (2003).
  11. Nagamoto, H. T., Adler, L. E., Waldo, M. C., Griffith, J., Freedman, R. Gating of auditory response in schizophrenics and normal controls: Effects of recording site and stimulation interval on the P50 wave. Schizo. Res. 4 (1), 31-40 (1991).
  12. Hunter, S. K., Kisley, M. A., McCarthy, L., Freedman, R., Ross, R. G. Diminished cerebral inhibition in neonates associated with risk factors for schizophrenia: Parental psychosis, maternal depression, and nicotine. 37 (6), 1200-1208 (2011).
  13. Siegel, C., Waldo, M., Mizner, G., Adler, L. E., Freedman, R. Deficits in sensory gating in schizophrenic patients and their relatives: Evidence obtained with auditory evoked responses. Arch. Gen. Psychiat. 41, 607-612 (1984).
  14. Ross, R. G., Hunter, S. K., et al. Perinatal choline effects on neonatal pathophysiology related to later schizophrenia risk. Am. J. Psychiat. 170 (3), 290-298 (2013).
  15. Tregellas, J. R., Davalos, D. B., et al. Increased hemodynamic response in the hippocampus, thalamus, and prefrontal cortex during abnormal sensory gating in schizophrenia. Schizo. Res. 92 (1-3), 262-272 (2007).
  16. Ross, R. G., Stevens, K. E., et al. Cholinergic mechanisms, early brain development, and risk for schizophrenia. J. Child Psychol. Psychiat. 51 (5), 535-549 (2010).
  17. Leonard, S., Gault, J., et al. Association of promoter variants in the alpha7 nicotinic acetylcholine receptor subunit gene with an inhibitory deficit found in schizophrenia. Arch. Gen. Psychiat. 59 (12), 1085-1096 (2002).
  18. Stevens, K. E., Kem, W. R., Freedman, R. Selective alphay 7 nicotinic receptor stimulation normalizes chronic cocaine-induced loss of hippocampal sensory inhibition in C3H mice. Biol. Psychiat. 46 (10), 1443-1450 (1999).
  19. Adler, L. E., Hoffer, L. J., Griffith, J., Waldo, M. C., Freedman, R. Normalization by nicotine of deficient auditory sensory gating in the relatives of schizophrenics. Biol. Psychiatr. 32 (7), 607-616 (1992).
  20. Griffith, J. M., O'Neill, J. E., et al. Nicotinic receptor desensitization and sensory gating deficits in schizophrenia. Biol. Psychiat. 44, 98-106 (1998).
  21. Giniatullin, R., Nistri, A., Yakel, J. L. Desensitization of nicotinic ACh receptors: shaping cholinergic signaling. Trends Neurosci. 28 (7), 371-378 (2005).
  22. Kisley, M. A., Polk, S. D., Ross, R. G., Levisohn, P. M., Freedman, R. Early postnatal development of sensory gating. Neurophysiol. Basic Clin. 14, 693-697 (2003).
  23. Hunter, S. K., Corral, N., Ponicsan, H., Ross, R. G. Reliability of P50 auditory sensory gating measures in infants during active sleep. Neuroreport. 19 (1), 79-82 (2008).
  24. Gillow, S., Hunter, S., Ross, R. Stability of P50 sensory gating in preschoolers. J. Invest. Med. 58 (1), 154-155 (2010).
  25. Hunter, S. K., Mendoza, J. H., et al. Antidepressants may mitigate the effects of prenatal maternal anxiety on infant auditory sensory gating. Am. J. Psychiatr. 169 (6), 616-624 (2012).
  26. Hutchison, A. K., Hunter, S. K., et al. Diminished infant P50 sensory gting predicts increased 40-month-old attention, anxiety/depression and externalizing. J. Atten. Disord.. , (2013).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

EEGMATLAB

מאמרים קשורים