P50 Gating sensoriale nei neonati

Sommario

Vengono descritti i metodi per registrare il gating sensoriale uditivo P50, un marcatore fisiologico di inibizione cerebrale che riflette le prime fasi dell'attenzione.

Abstract

I deficit di attenzione sono comuni in una varietà di disturbi neuropsichiatrici, tra cui il disturbo da deficit di attenzione-iperattività, l'autismo, il disturbo bipolare dell'umore e la schizofrenia. C'è stato un crescente interesse per le componenti dello sviluppo neurologico di questi deficit attenzionali; Neurosviluppo, il che significa che mentre i deficit diventano clinicamente prominenti nell'infanzia o nell'età adulta, i deficit sono il risultato di problemi nello sviluppo del cervello che iniziano nell'infanzia o addirittura in età prenatale. Nonostante questo interesse, ci sono pochi metodi per valutare l'attenzione molto presto nell'infanzia. Questo rapporto si concentra su un metodo, il gating sensoriale uditivo P50 infantile.

L'attenzione ha diverse componenti. Uno dei primi componenti dell'attenzione, chiamato gating sensoriale, consente al cervello di sintonizzare le informazioni sensoriali ripetitive e non informative. Il gating sensoriale uditivo P50 si riferisce a un'attività progettata per misurare il gating sensoriale utilizzando i cambiamenti nell'EEG. Quando stimoli uditivi identici vengono presentati a 500 ms di distanza, la risposta evocata (variazione dell'EEG associata all'elaborazione del clic) al secondo stimolo è generalmente ridotta rispetto alla risposta al primo stimolo (cioè la risposta è "gated"). Quando la risposta al secondo stimolo non è ridotta, questo è considerato uno scarso gating sensoriale, riflette un'inibizione cerebrale compromessa ed è correlato a deficit di attenzione.

Poiché il compito di gating sensoriale uditivo P50 è passivo, è di potenziale utilità nello studio dei bambini piccoli e può fornire una finestra sul decorso del tempo di sviluppo dei deficit attentivi in una varietà di disturbi neuropsichiatrici. L'obiettivo di questa presentazione è quello di descrivere la metodologia per la valutazione del gating sensoriale uditivo P50 del bambino, una metodologia adattata da quelle utilizzate negli studi sulle popolazioni adulte.

Introduzione

Molte malattie neuropsichiatriche, tra cui il disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD), il disturbo bipolare dell'umore e la schizofrenia, sono considerate disturbi dello sviluppo neurologico, il che significa che l'insorgenza dei sintomi è almeno in parte dovuta ad aberrazioni molto precoci nello sviluppo del cervello. Le aberrazioni precoci dello sviluppo cerebrale possono essere silenti o associate solo a sintomi aspecifici per anni o addirittura decenni prima dell'insorgenza del disturbo completo. Questo modello suggerisce che una piena comprensione del disturbo può richiedere metodi per misurare cambiamenti molto sottili nella funzione cerebrale molto presto nello sviluppo del cervello.

P50 il gating sensoriale riflette una fase iniziale del processo attentivo^1,2. Il gating sensoriale P50 si riferisce a un compito specifico, un compito potenziale evocato uditivo, che è correlato a test comportamentali e neurocognitivi dell'attenzione e riflette i meccanismi inibitori cerebrali^3,4. In questo compito, ai soggetti vengono presentati due stimoli uditivi identici ad ampio spettro ("clic") mentre viene registrata una risposta EEG. Uno stimolo uditivo suscita una risposta cerebrale coerente misurata dall'EEG; La risposta comprende un'ondata che, negli adulti, si verifica circa 50 msec dopo lo stimolo. Poiché l'onda è nella direzione positiva, questa onda è descritta come l'onda P50. La maggior parte degli individui dimostra una risposta significativamente ridotta al secondo stimolo di una coppia rispetto al primo, riflettendo la capacità del cervello di inibire automaticamente la risposta a informazioni ripetitive irrilevanti (per "bloccare" le informazioni sensoriali). Molte malattie psichiatriche con sintomi attentivi, tra cui il disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD), il disturbo bipolare dell'umore e la schizofrenia, sono associate a una compromissione del gating sensoriale^5-7.

I risultati del gating sensoriale P50 uditivo possono essere confusi dal tono adrenergico⁸ di un soggetto. Durante il sonno REM, il tono adrenergico diminuisce, rendendo il sonno REM un momento ottimale per la somministrazione delle attività^9,10. Poiché il gating sensoriale P50 è un compito passivo e poiché i neonati trascorrono gran parte della loro giornata nel sonno attivo (la versione infantile del sonno REM), il gating sensoriale P50 può essere misurato anche nei neonati molto piccoli.

Protocollo

1. Revisione e supervisione istituzionale

1. Tutto il lavoro con soggetti umani richiede l'approvazione e la supervisione dell'Institutional Review Board. I metodi qui riportati, quando utilizzati nella ricerca, sono stati esaminati e approvati dal Colorado Multiple Institutional Review Board (COMIRB).

2. Preparazione e registrazione

1. Pianifica il bambino per 90 minuti al normale orario del pisolino del bambino. Avere a disposizione elettrodi puliti, pasta EEG conduttiva e una stanza buia e tranquilla. Nutrire, ruttare e pannolino il bambino prima di iniziare.
2. Pulisci la testina per ridurre al minimo l'impedenza. CZ ha l'ampiezza maggiore P50¹¹. Posizionare un elettrodo in CZ, sulla fronte, sopra e sotto un occhio, sul mento e sulla mastoidea destra.
3. Presenta stimoli ad ampio spettro da 50 msec (clic) in coppia con un intervallo interstimolo di 500 msec. Le coppie di clic devono essere presentate a distanza di 10 secondi.
4. Registra fino a quando non ci sono 15 minuti di sonno attivo continuo (l'equivalente infantile del sonno REM). Consenti al bambino di completare il suo periodo di sonno naturale. Questo potrebbe richiedere >90 minuti per essere raggiunto. Registra lo stato del bambino (ad es. occhi aperti o chiusi, movimento, ecc.) durante l'intero periodo di sonno.

3. Analisi dei dati

1. Identifica 15 minuti di sonno continuo e attivo. Questo periodo avrà onde cerebrali ad alta frequenza e bassa tensione, basso tono muscolare, ampi movimenti oculari e sarà notato per avere gli occhi chiusi.
2. Filtra i dati per rimuovere le interferenze a 60 Hz e le basse frequenze (deriva di <1 Hz)¹².
3. Identifica le epoche presentando il primo suono di ogni coppia. Media di almeno 60 epoche. Maggiore è il numero di epoche utilizzate, maggiore è il rapporto segnale/rumore possibile.
4. Filtra il tracciato medio utilizzando un filtro passa-banda tra 10 e 50 Hz. In questo modo il componente può essere identificato più facilmente. Utilizzando il tracciato medio filtrato, misurare l'ampiezza P50 in risposta al primo e al secondo stimolo in modo indipendente. Le onde P50 sono identificate come la prima onda tra 40 e 100 msec dopo la presentazione dello stimolo; L'ampiezza viene misurata dal minimo precedente al picco.
5. Dividi l'ampiezza dell'onda P50 in risposta al secondo suono per l'ampiezza dell'onda P50 in risposta al primo suono per ottenere un rapporto di gating sensoriale P50.

Risultati

I rapporti di gating sensoriale P50 dovrebbero generalmente variare da 0 a leggermente superiori a 1.0. Valori superiori a 2 si verificano generalmente solo nel caso di ampiezze P50 inferiori a 1,0 μV, possono rappresentare uno scarso rapporto segnale/rumore e devono essere scartati o troncati a un valore di 2,0 ¹¹. I valori medi dei neonati tratti dalla popolazione generale dovrebbero essere in media di circa 0,4 ¹³. La Figura 1 fornisce due tracciati campione: uno da un neonato con tipico gating sensoriale; uno da un bambino con scarso gating sensoriale.

Il gating sensoriale P50 può essere calcolato per sottrazione: ampiezza della risposta al primo suono meno ampiezza della risposta al secondo suono. Tuttavia, esiste un'ampia variabilità nell'attenuazione del segnale dalla sua sorgente attraverso il cuoio capelluto fino all'elettrodo di misura. Gli elementi che possono influire sull'attenuazione includono lo spessore del cranio, i detriti (ad esempio lo sporco) sul cuoio capelluto e il contenuto di umidità sulla superficie del cuoio capelluto. Questa variazione nell'attenuazione del segnale tra gli individui e tra lo stesso individuo nel tempo diminuisce l'affidabilità dei risultati di un metodo di sottrazione. Pertanto, il gating sensoriale P50 è generalmente riportato come un rapporto: ampiezza della risposta al secondo suono divisa per l'ampiezza della risposta al secondo suono.

I rapporti di gating sensoriale P50 possono essere utilizzati come misura continua. Tuttavia, la creazione di un rapporto introduce un'ulteriore variabilità. Un'alternativa è quella di dicotomizzare i risultati in gating sensoriale P50 "normale" rispetto a quello "compromesso". Negli adulti, i rapporti < 0,40 sono considerati normali e >0,50 sono considerati compromessi¹⁴. I rapporti compresi tra 0,40 e 0,50 sono considerati indeterminati e possono essere aggiunti a entrambi i gruppi o esclusi da ulteriori analisi. Non sono stati stabiliti con certezza punti di demarcazione adeguati per i neonati; Tuttavia, il lavoro preliminare suggerisce che i punti di cutoff simili a quelli utilizzati negli adulti sono appropriati¹⁵.

Figura 1. Tracce di esempio.Clicca qui per ingrandire l'immagine.

Discussione

Si ritiene che il gating sensoriale P50 rifletta una complessa interazione di neurocircuiti inibitori situati principalmente nell'ippocampo, nella corteccia prefrontale dorsolaterale e nel talamo¹⁶. Pertanto, le alterazioni del gating sensoriale P50 nei neonati possono suggerire uno sviluppo alterato in queste regioni del cervello.

In queste regioni del cervello, l'inibizione degli interneuroni GABAergici delle cellule piramidali glutaminergiche probabilmente spiega il processo di gating, con l'inibizione fornita dalle cellule GABAergiche. Gli interneuroni GABAergici sono a loro volta modulati da input adrenergici e colinergici. L'input adrenergico è intermittente e inibisce gli interneuroni, diminuendo la loro capacità di inibire le cellule piramidali e quindi bloccando il gating sensoriale. Una delle difficoltà nella registrazione dei neonati svegli è che anche fattori di stress molto lievi, come l'applicazione di elettrodi, possono aumentare il tono adrenergico e interferire con la capacità di misurare le capacità funzionali di gating.

In contrasto con l'impatto dell'input adrenergico intermittente, la stimolazione colinergica degli interneuroni è tonica e si traduce in un aumento dell'attivazione degli interneuroni, migliorando così il gating sensoriale¹⁷. I fattori che riducono l'input colinergico, come i fenotipi genetici correlati alla diminuzione dell'espressione del recettore colinergico, portano a problemi cronici nel gating sensoriale¹⁸. Allo stesso modo, la diminuzione del rilascio neuronale di colina, come si verifica durante il sonno non-REM, diminuisce anche l'attività degli interneuroni e il gating sensoriale. La nicotina è un composto interessante in quanto l'uso acuto stimola i recettori colinergici nicotinici e migliora il gating sensoriale^19,20, mentre l'uso ripetuto o cronico di nicotina non ha alcun effetto se usato da solo, ma blocca gli effetti di altri agonisti²¹, presumibilmente perché la stimolazione cronica porta alla desensibilizzazione dei recettori²². I neonati che sono esposti all'esposizione prenatale alla nicotina attraverso l'uso materno di sigarette hanno un gating sensoriale P50 compromesso¹².

Questa consapevolezza della biologia fondamentale del gating sensoriale è stata la base razionale per uno studio randomizzato di integrazione durante la gravidanza con il componente dietetico colina, un agonista del recettore colinergico sugli interneuroni. L'integrazione si è verificata dall'inizio del secondo trimestre fino a circa 3 mesi dopo la nascita. I neonati che avevano ricevuto un'integrazione di colina avevano uno sviluppo accelerato del gating sensoriale¹⁵.

La valutazione del rapporto di gating sensoriale P50 del neonato è fattibile²³, affidabile²⁴ e stabile tra l'infanzia e i quattro anni di età²⁵. Le compromissioni del gating sensoriale P50 infantile sono associate a fattori di rischio prenatale per malattie psichiatriche successive^12,26 e ad un aumento del rischio di sviluppare sintomi psichiatrici a 4 anni di età²⁷. Tuttavia, i neonati con gating sensoriale P50 alterato non sono mai stati seguiti oltre i 4 anni di età; pertanto, non è chiaro se il gating sensoriale P50 infantile sia predittivo di una psicopatologia successiva o se gli sforzi per modificare il gating sensoriale P50 infantile saranno utili come strategie di prevenzione primaria.

L'adattamento del paradigma di gating sensoriale uditivo P50 per lo studio infantile consente di esplorare le questioni relative a quando durante lo sviluppo si sviluppa l'inibizione cerebrale e quando tale sviluppo va storto per gli individui vulnerabili a successive malattie neuropsichiatriche associate all'attenzione. Sforzi simili con altri compiti fisiologici, come la negatività del mismatch, l'eye tracking e l'inibizione del prepolso, possono offrire altre finestre sullo sviluppo precoce. Si spera che l'adattamento dei compiti per l'uso nella prima infanzia possa aumentare la comprensione del decorso temporale dello sviluppo di questi disturbi e suggerire nuove strategie di prevenzione primaria¹⁷.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
E-Prime versione 2.0	Strumenti software per la psicologia	EPR-225142	Software di presentazione degli stimoli
Tamponi per la preparazione dell'alcol con pomice	Compumedics	95000016	Pulisce la pelle in preparazione per il posizionamento degli elettrodi
Ten20 Paste	Compumedics	92100032	pasta conduttiva EEG che ha qualità adesive per tenere gli elettrodi in posizione
Grass Ag/AgCl Surface Elettrodi (10 mm)	Grass Technologies	FS E5SHC-48	vengono utilizzati per registrare i segnali EEG dalla superficie del cuoio capelluto e fungono da elettrodi di riferimento e di terra
Elettrodi di superficie Grass Ag/AgCl (6 mm)	Grass Technologies	F E6SHC-48	vengono utilizzati per registrare i movimenti oculari (EOG) e la tensione muscolare (EMG) dalla superficie della pelle
Nastro chirurgico di carta	Micropore	1530-0	basso nastro adesivo utilizzato per mantenere gli elettrodi in posizione
Amplificatore NuAmps	Neuroscan	N/A	Amplificatore digitale monopolare a 40 canali per la registrazione EEG
Altoparlanti per computer Harmon/Kardon Harman/	Kardon	HK206	Utilizzato per presentare "clic" uditivi