מאמר שיטה

הערכה כמותית של עיבוד בקליפת המוח שמיעתי-מישוש בילדים עם מוגבלויות

DOI:

10.3791/51054

⸱

29 בינואר 2014

 , 
1Department of Pediatrics, Monroe Carell Jr. Children's Hospital at Vanderbilt, Vanderbilt University, 2Vanderbilt Kennedy Center, Vanderbilt University, 3Department of Hearing and Speech Sciences, Vanderbilt University

במאמר זה

סיכום

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

מדידה אובייקטיבית וקלה של עיבוד חושי קשה מאוד במטופלי ילדים לא מילוליים או פגיעים. פיתחנו מתודולוגיה חדשה להעריך כמותית תינוקות ועיבוד בקליפת המוח של ילדים של מגע קל, קולות דיבור, והעיבוד החושי של 2 גירויים, ללא צורך בהשתתפות בכפוף פעיל או גרימת אי נוחות בחולים פגיעים.

תקציר

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

מדידה אובייקטיבית וקלה של עיבוד חושי קשה מאוד במטופלי ילדים לא מילוליים או פגיעים. פיתחנו מתודולוגיה חדשה להעריך כמותית העיבוד בקליפת המוח של ילדים של מגע קל, קולות דיבור והעיבוד החושי של 2 גירויים, ללא צורך בהשתתפות בכפוף פעיל או גרימת אי נוחות לילדים. כדי להשיג זאת פיתחנו ערוץ כפול, זמן וממריץ נשיפת אוויר כוח מכויל המאפשר גם גירוי חוש המישוש ובקרת אחיזת עיניים. שלבנו את זה עם השימוש במתודולוגיה פוטנציאל הקשור לאירוע, כדי לאפשר רזולוציה גבוהה זמנית של אותות מקליפת המוח החושית הראשונית ומשנית, כמו גם עיבוד מסדר גבוה יותר. מתודולוגיה זו גם אפשרה לנו למדוד תגובה חושית לגירוי שמיעתי-מישוש.

מבוא

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

המחקר של פיתוח תהליכים חושיים בקליפת המוח הוא חיוני להבנת הבסיס למרבית פונקציות מסדר גבוה יותר. חוויות חושיות אחראיות לחלק גדול מהארגון של המוח דרך ינקות ובילדות, ומכשירות את הקרקע לתהליכים מורכבים כגון קוגניציה, תקשורת, והתפתחות מוטורית 1-3. רוב המחקרים בילדים של תהליכים חושיים להתמקד בתחומים שמיעתיים וחזותיים, בעיקר משום שגירויים אלה הם הקלים ביותר לפתח, לתקן, ובדיקה. עם זאת, עיבוד מישוש הוא עניין מיוחד בתינוקות וילדים כפי שהוא החוש הראשון שמתפתח בעובר 4,5, והמידע החושית הוא חלק בלתי נפרד מהתפקוד של מערכות בקליפת המוח אחרות (למשל מוטורי, זיכרון, למידה אסוציאטיבית, הלימבית) 6. שיטות קיימים כיום להערכת עיבוד החושית מוגבלות על ידי הבחירה של גירוי מישוש. בחירה נפוצה היא 7,8 גירוי עצב המדיאני חשמלי הישיר , עם הפוטנציאל לאי נוחות. שיטות יעילות אחרות משתמשות במשימות פעילה כגון אפליה, הכרה, ולוקליזציה של גירויים, הדורשות תשומת לב ורמות גבוהות של הבנה 9. כל השיטות האלה ולכן הם מוגבלים בשימוש שלהם בילדים קטנים ותינוקות.

לכן, המטרה שלנו הייתה לפתח פרדיגמה מישוש כי כתובות מגבלות אלה על ידי להיות פולשנית ומצמצמים את הצורך בהשתתפות הפעילה של נושא. בנוסף, הוא צריך להיות ברמה סטנדרטית של גירוי ודמה שליטה. לשם כך פיתחנו את מערכת אספקת אוויר נשיפה מכוילת מערכת "המשאף", ערוץ כפול, מתוזמן, ו, המאפשר לנו למדוד את ההשפעות של מגע קל בתינוקות ובאוכלוסיות חלשות אחרות.

מחקרי MRI פונקציונליים הראו כי גירוי על ידי נשיפות אוויר מפעיל קורטקס הסנסורי, למרות האורך ואתגרים של מחקרים כאלה, כגון חוסר תנועה, lengהפעלות, וההגדרות מעוררות חרדתך לגרום להם קשות לבצע בילדים צעירים. לכן, אנחנו בשילוב מערכת מסירת הרומן שלנו עם המתודולוגיה הקשור לאירוע פוטנציאלי (ERP) על מנת לספק פתרון זמני של עיבוד החושי של מגע קל בפגישת בדיקות קצרה, ידידותיים לילדים.

פרדיגמה חדשה זו מציעה את הגמישות הדרושה כדי ללמוד עיבוד חושי באוכלוסיות מגוונות, גילים ומסגרות קליניות. כמו כן, יש את היתרון של להיות תואמים לגירויים שמיעתיים, המאפשר להערכות רבות חושיות. עד כה, הערכת מישוש מדויקת ואמינה לא הייתה אפשרית בתינוקות או בילדים שאינם מסוגלים להגיב באופן מהימן בשל הפרעות אינטלקטואליות / שפה. מתודולוגיה זו מטרתה למלא את הפער הזה על מנת לסייע בזיהוי המוקדם של ליקויים בעיבוד חושיים ובהתערבות בתקופה של גמישות מוחית מקסימלי. שיפורים בעיבוד חושי בינקות עשויים להשפיע על המפלשל התפתחותיות

כל הנהלים הבאים כלולים בנדרבילט מוסדית המועצה לביקורת שאושרה פרוטוקולים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

1. הערכה של תגובה למגע קל

  1. הנח את רשת האלקטרודה (למשל נטו חיישן הגיאודזית 128 ערוצים) על ילד או את ראשו של התינוק. התאם חיישנים למגע מלא באמצעות תמיסת מלח חמימה. אם על ילד, להבטיח ילד יושב בנוחות בחיק הורה או מטפל. אם בתינוק, להבטיח התינוק כי הוא עטוף בקלילות וגם החזיק בזרועותיו של המטפל או במצב שכיבה בעריסה פתוחה.
  2. מקם זרבובית 1 מ"מ 0.5 סנטימטר מתחת לקצה אצבע המורה של היד נבדקה. הנח את האצבע לילד או דקל צעיר לתינוק בבעל עובש ובטוח עם הפרוקסימלי קלטת סקוטש ודיסטלי משותף כדי להבטיח מרחק עקבי מנחיר לאצבע או היד. זה חיוני שהילד שומר על מיקום האצבע הנכון לאורך כל פגישת הבדיקה. להבטיח זאת על ידי מעת לעת הערכת אצבע ויד מיקום ושיש ילד עם מטפלת אם צעיר. אם בדיקת תינוק, להפסיק פרוטוקולאם התינוק בוכה ולספק נוחות לפני ההפעלה מחדש. אם בודק ילד צעיר, שאל את המטפלת לספק נחמה ואישור לאורך כל תקופת הבדיקה הקצרה.
  3. התחל מדחס אוויר ב40 psi באמצעות רגולטור לאספקת תשומות שסתומים לגירויי מישוש.
  4. הפעל תכנית משלוח גירוי.
    1. לבדקתי שני, גירויי 60 נשיפה הנוכחית ובין באופן אקראי עם 60 ניסויים דמה (נשיפת אוויר שתישלח באמצעות זרבובית נפרדת הצביעה מן האצבע).
    2. אל תציג יותר משני חזרות של עלים או אחיזת עיניים ברציפות. להשתנות המרווחים בין המשפט באופן אקראי בין 2,000-2,500 אלפיות שניים. המטרה של זה היא להפחית הרגלה, שבו גירוי נתפס כבר לא. סך הכל הזמן לרצף של 120 ניסויים צריך להיות 4.5-5 דקות.
    3. הפעל את הפרוטוקול הזהה שוב לצד השני, אם לומד הפרעות החושית סימטריות.
  5. לפרוטוקולים שאינם דורש תשומת לב לגירוי לא יותר להגדיר אותו לפי צורך. Tשלו חל על בדיקת תינוק. להגברת תשומת לב בילדים צעירים (שתוצאתה פסגות ERP הספציפיות גדולות יותר בהקלטה), לספק משימה.
    1. דוגמא למשימה 5 בני: תארו פחזניות אוויר כמו "בועות" פוצצה על ידי "דגים" ב" האקווריום "(קופסא מעוטרת הסתרת מנגנון המשאף). שאל את הילדים לנחש אם כל "בועה" מועברת על ידי כחול או "דגים" אדומים. תגיד לילד שהם לא צריכים ולא צריכים להגיד שום דבר בזמן שהם מבצעים משימה זו (ראה להגדיר עם אקווריום המדומה באיור 1).

2. הערכת תגובה לרבה החושי Protocol (לעומת סימולטני שמיעתי-מישוש סיכם תגובות בודדות)

  1. לרוץ דרך 1.1-1.3 שלבים כפי שתואר לעיל. גירויים מתוארים בטבלה 1.
  2. הפעל את תכנית התמריצים משלוח (למשל בתוכנת E-ממשלה). לנבדק שני, שמיעתי-מישוש הפרדיגמה יכולה להציג 4 הגירויים הבאים באופן אקראי, עם 60 ניסויים / גירוי: עלים, puff-/ga /, / GA /-דמה, דמה. שוב, כדי להגביל את האפשרות של התרגלות, לא מציג יותר משני חזרות של עלים או אחיזת עיניים ברציפות בכל מצב, ולגוון את המרווחים בין המשפט באופן אקראי בין 2,000-2,500 אלפיות שניים. כל רצף של 240 ניסויים צריך לקחת בין 9-10 דקות.
  3. הפעל פרוטוקול זהה מעל לצד השני.
  4. לספק מצויר מתאים לגילם ללא קול בייזום של פרוטוקול ולהמשיכו לאורך כל ההליך, כדי למנוע עלייה בחפצי מנוע מחוסר מנוחה, וכדי להקטין את הרקע מגלי דלתא מטופל שנוצר גדולים כאשר הם משועממים. לדוגמא, ב 5 ילדים בני שנים, השתמשנו בלולאה של 20 דקות של וידאו שנרכש, שיחקה על השתקה והפעלה מחדש לפני כל נושא שנבדק. לא שמתי לב לגירוי נחוץ, ולכן הקריקטורה כרך מספקת רקע חזותי מנותק מהגירויים.
e_title "> 3. תוכנה וציוד הגדרה

  1. כדי לתכנת את התוכנה, להגדיר שתי פקודות סידוריים שנשלחו על ידי יישום שליטת גירוי. אחד מזהה את העלים, אחר אחיזת העיניים. יש לי יישום שליטת הגירוי לשלוח פקודות למייקרו.
  2. יש מיקרו ליצור דופק TTL (למשל משך אלפיות 20) לערוץ הפלט הדיגיטלי המתאים. פלט זה צריך לחלק לשני קווים, אחד לכניסה הדיגיטלית למערכת ההקלטה EEG ואחד לשסתומי האוויר מגודרת סולנואיד. לרגל פתיחת שני שסתומים בזרם נתוני ה-EEG.
  3. מדוד את הדופק לזמן אחזור עלים לשני תנאים אמיתיים ומזויפים עם אוסצילוסקופ ומיקרופון. אלה צריכים להיות אחידים, ובסדר הגודל של 10-15 אלפיות שני. התאם לתפקיד הקלטת המיסות.
  4. לחשב את הכוח המופעל בנחיר בPSI באמצעות מד לחץ ועל ידי מדידת קוטר הנחיר. השתמש בנוסחא F (N) = לחץ * פינת. למשל, הכוח המופעל frאום זרבובית רדיוס 1 מ"מ בשעה 6 psi תשואות F (N) = 0.03 ק"ג.
  5. כדי לשנות את יישום הבקרה לפרוטוקול הרב החושי, לשלוח שתי פקודות סידורי זיהוי עלים אמיתיים או דמה למייקרו, כמו גם קול דיבור מוקלט או שתיקה. הערה: בפרדיגמה שלנו יש לנו להשתמש במחשב שנוצר, המבטא ניטראלי / GA / קול, בין יתר, כגון / דה /, / דו /, / bu /, וכו '.
  6. גירויים שמיעתיים הווה דרך רמקול ממוקמים בקו האמצע, 2 מטר מול הנושא.
  7. יישר את עיתוי תחילת הצליל להיות בו זמנית עם תחילתה של נשיפה או עם העיכוב שנמדד בשלב 3.3, תלוי באיזה מצב רצוי לבוחן.

4. רכישת נתונים והכנה

  1. בחר את הגדרות מסננים ואזכור לדגום נתונים המבוססים על מתודולוגיות ERP סטנדרטיות. הנה, יש להשתמש בהרץ 1,000 עם מסננים מוגדרים 0.1-400 הרץ. במהלך איסוף הנתונים, עיין בכל אלקטרודות לCz וrereferenced מחובר לטועןהתייחסות גיל.
  2. למגזר הנתונים, לסנן את הנתונים שנרשמו עם מסננים ופילוח רצויים. במחקר זה להשתמש במסנן bandpass .3-40 הרץ וקטע EEG המתמשך המבוסס על הופעת הגירוי לכלול בסיס 200 msec prestimulus ומרווח שלאחר הגירוי msec 500.
  3. לבצע בקרת איכות של הנתונים. מסך כל מגזר לחפצים מוטוריים והעינים כגון פעילות שרירים בתדירות גבוהה, תוך שימוש באלגוריתמים כלולים בתוכנת ה-ERP. עקוב מסך זה על ידי בדיקה ידנית.
  4. קריטריוני הסינון אוטומטיים נקבעים באופן הבא בפרוטוקול זה, אבל יכול להיות שונה: לערוצי העין, μV = מצמוץ מתח> 140 העין ומתח> 55 μV = תנועות עיניים.
  5. הנתונים נכונים מניסויים מזוהמים באמצעות כלי תיקון חפץ עיני. הערה: כל ערוץ עם מתח> 200 μV נחשב באיכות ירודה. אם> 15 ערוצים הם באיכות ירודה, בחרנו למחוק את המשפט כולו מסיבות שחזור.
  6. ERPs הממוצע. Rereference להם התייחסות בממוצע ולאחר מכן לבצע בסיס תיקון על פי קריטריונים שנבחרו בשלב 4.2. לחלץ ממוצע המשרעת ושיהוי שיא לפסגות שונות, להסיק מגל ממוצע גדול של אוכלוסיות מוגדרות מראש. הערה: במקרה שלנו, המבוססים על ספרות הבאה הוקמה מהתגובה של ילדים גדולים יותר לגירוי עצב המדיאני 10-14. אנחנו השתמשנו P50 (30-80 אלפיות שני), N70 (50-100 אלפיות שני), P100 (80-150 אלפיות שני), N140 (130-230 אלפיות שני), וP2 פסגות (250-350 אלפיות שניות).
  7. כולל רק נתונים מן האלקטרודות חופפות במקומות מוגדרים מראש (איור 2). לגזור נתונים לאלקטרודות בודדות וממוצע בכל אשכול.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

הערכה של מגע קל (איור 3):

מאפיינים של קליפת המוח בתגובה לגירוי חוש המישוש באמצעות מערכת המשאף: הדפוסים של פסגות בתגובה לעלים דומים מאוד לתגובות בקליפת המוח שהושגו באמצעות גירוי עצב המדיאני במבוגרים נורמלים 10,11. התגובה המוקדמת (P50, N70, פסגות P100) משקפת בעיקר את פעילות בקליפת המוח החושי הראשוני 12 ואינה דורשת מודעות לגירוי. הת...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

שילוב חדשני זה של נשיפת האוויר וה-ERP (המכונה "המערכת במקומות") כדי למדוד עיבוד בקליפת המוח של מגע קל ותגובות מישוש-שמיעתי הוא נסבל היטב על ידי ילדים צעירים עם מוגבלויות ועל ידי תינוקות. זה נכון גם לגבי גרסאות unisensory ורבות חושיות, והאם מרכיב הקשב מתווסף או לא במקרה של ילדים צעירים. הסיבות להצלחה של מתודולוגיה זו בהערכת אוכלוסייה צעירה ופגיעה הן תוצאה של שני השימוש בגירוי מישוש בלתי מזיק, כמו גם לשימוש בשיטות ה-ERP ובציוד. הפרדיגמה המישוש יכולה להתבצע בסכום כולל של 5 ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

תודות

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

הפרויקט המתואר נתמכה על ידי המרכז הלאומי למשאבי מחקר, גרנט UL1 RR024975-01, והיום הוא במרכז הלאומי לקידום מדעי Translational, גרנט 2 UL1 TR000445 -06. התוכן הוא באחריות בלעדית של הכותבים ולא בהכרח מייצג את הדעות הרשמיות של NIH.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
חיישן גיאודזי נטוEGI, Inc., יוג'ין, אותלוי בגודל
תוכנת Net Station EEG v. 4.2EGI, Inc., Eugene, ORNA
E-PRIME STIMULUS CONTROL APPLICATIONPST, Inc. פיטסבורג, פנסילבניהNA
מנומטר (דגם 6 אינץ', 0-60 psi)H. O. Trerice Co, Oak Park, MI
הגדרת Puffer מותאמת אישיתנטלי מייטר

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

EEGERP

מאמרים קשורים