P50 乳児の感覚ゲーティング

サマリー

注意の初期段階を反映する脳抑制の生理学的マーカーである聴覚P50感覚ゲーティングを記録する方法が説明されています。

要約

注意欠陥は、注意欠陥多動性障害、自閉症、双極性気分障害、統合失調症など、さまざまな神経精神障害によく見られます。これらの注意欠陥の神経発達要素への関心が高まっています。神経発達とは、赤字が小児期または成人期に臨床的に顕著になる一方で、赤字は乳児期または出生前に始まる脳の発達の問題の結果であることを意味します。このような関心にもかかわらず、乳児期の非常に早い段階で注意を評価する方法はほとんどありません。このレポートは、乳児の聴覚P50感覚ゲーティングという1つの方法に焦点を当てています。

Attentionにはいくつかの要素があります。注意の最も初期の要素の1つである感覚ゲーティングは、脳が反復的で情報のない感覚情報を調整することを可能にします。聴覚P50感覚ゲーティングは、EEGの変化を使用して感覚ゲーティングを測定するために設計された1つのタスクを指します。同一の聴覚刺激が500ミリ秒間隔で提示されると、第2の刺激に対する誘発反応(クリックの処理に関連する脳波の変化)は、一般に、第1の刺激に対する反応に比べて減少する(すなわち、応答は「ゲート」される)。2番目の刺激に対する反応が減少しない場合、これは感覚ゲーティングが不十分であると考えられ、脳抑制の障害を反映しており、注意障害と相関しています。

聴覚P50感覚ゲーティング課題は受動的であるため、幼児の研究に有用である可能性があり、さまざまな神経精神障害における注意障害の発達時間経過への窓を提供する可能性があります。このプレゼンテーションの目的は、成人集団の研究で使用された方法論から適応された方法論である、乳児の聴覚P50感覚ゲーティングを評価するための方法論を説明することです。

概要

注意欠陥多動性障害(ADHD)、双極性気分障害、統合失調症など、多くの神経精神疾患は神経発達障害と見なされ、症状の発症は少なくとも部分的には脳の発達の非常に初期の異常によるものだと考えられています。初期の脳の発達異常は、完全な障害が始まる何年もまたは数十年前から、沈黙しているか、非特異的な症状とのみ関連している可能性があります。このモデルは、この障害を完全に理解するためには、脳の発達の非常に早い段階で脳機能の非常に微妙な変化を測定する方法が必要になる可能性があることを示唆しています。

P50感覚ゲーティングは、注意プロセス^1,2の初期ステップを反映しています。P50感覚ゲーティングは、特定のタスク、聴覚誘発電位タスクを指し、これは注意の行動的および神経認知的テストと相関し、脳抑制メカニズムを反映しています^3,4。このタスクでは、被験者には 2 つの同一の広域スペクトル聴覚刺激 (「クリック」) が提示され、EEG 応答が記録されます。聴覚刺激は、一貫したEEG測定された脳反応を誘発します。応答には、成人では刺激の約50ミリ秒後に発生する波が含まれます。波が正の方向にあるため、この波はP50波と呼ばれます。ほとんどの人は、ペアの2番目の刺激に対する反応が最初の刺激に比べて大幅に減少していることを示し、これは、無関係な反復情報に対する反応を自動的に抑制する(感覚情報を「ゲートする」)脳の能力を反映しています。注意欠陥多動性障害(ADHD)、双極性気分障害、統合失調症など、注意症状を伴う多くの精神疾患は、感覚ゲーティングの障害と関連しています^5-7。

聴覚P50の感覚ゲーティングの結果は、被験者のアドレナリン作動性トーン⁸によって混乱する可能性があります。レム睡眠中は、アドレナリン作動性緊張が減少するため、レム睡眠はタスク管理に最適な時間になります^9,10。P50感覚ゲーティングは受動的なタスクであり、乳児は一日の多くを能動的睡眠(レム睡眠の乳児バージョン)で過ごすため、P50感覚ゲーティングは非常に幼い乳児でも測定できます。

プロトコル

1. 施設内審査・監督

1. 人間を対象とするすべての作業には、治験審査委員会の承認と監督が必要です。ここで報告された方法は、研究で使用される場合、コロラド州多臓器審査委員会(COMIRB)によってレビューされ、承認されています。

2. 準備と録音

1. 赤ちゃんの通常のお昼寝の時間に90分をスケジュールします。きれいな電極、導電性EEGペースト、および暗い部屋を用意してください。始める前に、乳児に食事を与え、げっぷをし、おむつをしてください。
2. インピーダンスを最小限に抑えるためにヘッドを拭きます。CZは最大の振幅P50¹¹を持っています。CZ、額、片方の目の上下、あご、および右乳様突起に電極を配置します。
3. 50ミリ秒の広域スペクトル刺激(クリック)を、500ミリ秒のインタースティミュラス間隔でペアとして提示します。クリックのペアは、10秒間隔で表示する必要があります。
4. 15分間の継続的な活動睡眠(乳児のレム睡眠に相当するもの)があるまで記録します。乳児が自然な睡眠時間を完了するのを待ちます。これを達成するには>90分かかる場合があります。睡眠期間中の赤ちゃんの状態(目が開いているか閉じているか、動いているかなど)を記録します。

3. データ分析

1. 15分間の連続したアクティブな睡眠を特定します。この期間は、高周波、低電圧の脳波、低い筋肉の緊張、大きな眼球運動があり、目を閉じていることで注目されます。
2. データをフィルタリングして、60 Hz の干渉と低周波 (<1 Hz ドリフト) ¹² を削除します。
3. 各ペアの最初のサウンドのプレゼンテーションによってエポックを識別します。平均して少なくとも60エポック。使用するエポックの数が多いほど、S/N比が大きくなる可能性があります。
4. 10 Hz から 50 Hz のバンドパス フィルターを使用して、平均化されたトレースをフィルター処理します。これにより、コンポーネントをより簡単に識別できます。フィルタリングされた平均トレースを使用して、1番目と2番目の刺激に応答してP50振幅を独立して測定します。P50波は、刺激呈示後40〜100ミリ秒の間の最初の波として識別されます。振幅は、前の谷からピークまで測定されます。
5. 第2の音に対するP50波の振幅を第1の音に対するP50波の振幅で割ると、P50の感覚ゲーティング比が得られる。

結果

P50感覚ゲーティング比は、通常0から1.0をわずかに上回る範囲に収まります。2を超える値は、一般的にP50振幅が1.0 μV未満の場合にのみ発生し、S/N比が低いことを示している可能性があるため、破棄するか2.0に切り詰める必要があります¹¹。一般集団から抽出された乳児の平均値は、約0.4となるはずです¹³。図1に2つのサンプル波形を示します。一つは典型的な感覚ゲーティングを示す乳児のもので、もう一つは感覚ゲーティングが不十分な乳児のものです。

P50感覚ゲーティングは、1つ目の音に対する応答振幅から2つ目の音に対する応答振幅を引くという減算によって算出できます。しかし、信号が音源から頭皮を経て測定電極に到達するまでの減衰には大きなばらつきがあります。減衰に影響を与える要因としては、頭蓋骨の厚さ、頭皮上の異物（例：汚れ）、および頭皮表面の水分量などが挙げられます。個人間、あるいは同一個人における経時的な信号減衰の変動は、減算法の結果の信頼性を低下させます。そのため、P50感覚ゲーティングは一般に、1つ目の音に対する応答振幅に対する2つ目の音に対する応答振幅の比率として報告されます。

P50感覚ゲーティング比は、連続的な尺度として利用できます。しかし、比率を算出することで変動性が増大します。代替案として、結果を「正常」なP50感覚ゲーティングと「障害あり」のP50感覚ゲーティングに二分する方法があります。成人では、比率が < 0.40 の場合は正常、> 0.50 の場合は障害ありとみなされます¹⁴。0.40～0.50 の間の比率は判定不能とされ、どちらかのグループに含めるか、あるいは以降の解析から除外することができます。乳幼児における適切なカットオフ値はまだ確定していませんが、予備的な研究では、成人で用いられているものと同様のカットオフ値が適切であることが示唆されています¹⁵。

図1. 代表的な波形。  ここをクリックして拡大画像を表示。

ディスカッション

P50 感覚ゲーティングは、主に海馬、背外側前頭前野、および視床に位置する抑制性神経回路の複雑な相互作用を反映していると考えられています¹⁶。したがって、乳児の P50 感覚ゲーティングの変化は、脳のこれらの領域の発達の変化を示唆している可能性があります。

これらの脳領域では、グルタミン作動性錐体細胞のGABA作動性介在ニューロン阻害がゲーティングプロセスを説明している可能性が高く、GABA作動性細胞によって阻害が提供されます。GABA作動性介在ニューロン自体は、アドレナリン作動性およびコリン作動性入力によって調節されます。アドレナリン作動性入力は断続的であり、介在ニューロンを阻害し、錐体細胞を阻害する能力を低下させ、感覚ゲーティングをブロックします。目覚めている乳児を記録する際の難しさの1つは、電極を適用するなどの非常に軽度のストレッサーでさえ、アドレナリン作動性緊張を高め、機能的ゲーティング能力を測定する能力を妨げる可能性があることです。

断続的なアドレナリン作動性入力の影響とは対照的に、介在ニューロンのコリン作動性刺激は強直性であり、介在ニューロンの発火を促進し、感覚ゲーティングを改善します¹⁷。コリン作動性受容体発現の減少に関連する遺伝的表現型など、コリン作動性入力を減少させる要因は、感覚ゲーティングの慢性的な問題を引き起こします¹⁸。同様に、ノンレム睡眠中に起こるコリンのニューロン放出の減少も、介在ニューロンの活動と感覚ゲーティングを低下させます。ニコチンは、急性使用がニコチン性コリン作動性受容体を刺激し、感覚ゲーティング^19,20を改善するため、興味深い化合物であるが、ニコチンの反復使用または慢性使用は、単独で使用しても効果はないが、他のアゴニストの効果をブロックします²¹、おそらく慢性的な刺激が受容体の脱感作につながるため²²。母親のタバコの使用を通じて出生前にニコチンにさらされた乳児は、P50 感覚ゲーティングが損なわれています¹².

感覚ゲーティングの基本的な生物学に対するこの認識は、介在ニューロンのコリン作動性受容体のアゴニストである食事成分コリンを妊娠中に補給するランダム化試験の理論的根拠でした。サプリメントは、妊娠中期の初期から生後約 3 か月まで行われました。コリン補給を受けた乳児は、感覚ゲーティングの発達を加速しました¹⁵.

乳児の P50 感覚ゲーティング比の評価は実行可能であり²³、信頼性が高く²⁴、乳児期から 4 歳まで²⁵ 歳の間で安定しています。乳児の P50 感覚ゲーティングの障害は、その後の精神疾患^12,26 の出生前危険因子と関連しており、4 歳で精神症状を発症するリスクの増加と関連しています²⁷。しかし、P50 感覚ゲーティング障害のある乳児は、4 歳を超えて追跡されたことはありません。したがって、乳児の P50 感覚ゲーティングが後の精神病理学を予測するのか、それとも乳児の P50 感覚ゲーティングを変更する取り組みが一次予防戦略として役立つのかは不明のままです。

乳児研究のための聴覚 P50 感覚ゲーティング パラダイムの適応により、発達中に脳抑制がいつ発症し、その後の注意関連神経精神疾患にかかりやすい個人にとって、その発達がいつうまくいかないかに関する疑問を探ることができます。ミスマッチネガティブ、アイトラッキング、プレパルス抑制など、他の生理学的タスクとの同様の取り組みは、初期発達への他の窓を提供する可能性があります。乳児期初期に使用するためのタスクの適応により、これらの障害の発達経時変化の理解が深まり、新しい一次予防戦略が提案されることが期待されています¹⁷。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
E-Primeバージョン2.0プロフェッショナル	心理学ソフトウェアツール	EPR-225142	刺激プレゼンテーションソフトウェア
Compumedics		95000016付きアルコール調製パッド	電極配置に備えて皮膚を洗浄します
Ten20ペースト	Compumedics	92100032	電極を所定の位置に保持する接着性を持つEEG導電性ペースト
グラスAg/AgCl表面電極 (10mm)	グラステクノロジー	ズ FS E5SHC-48	10 mm 電極は、頭皮の表面からの脳波信号を記録し、基準電極および接地電極として機能するために使用されます
グラス Ag/AgCl 表面電極 (6 mm)	グラステクノロジー	ズ F E6SHC-48	6mm 電極は、皮膚の表面からの眼球運動 (EOG) と筋肉の緊張 (EMG) を記録するために使用されます
ペーパー サージカル テープ	マイクロポア	1530-0	電極を所定の位置に保持するために使用される低粘着テープ
NuAmps Amplifier	Neuroscan	N/A	EEG記録用40チャンネルモノポーラデジタルアンプ
Harmon/Kardonコンピュータ スピーカー	Harman/Kardon	HK206	聴覚的な「クリック」を提示するために使用されます