Name: 障害児における皮質聴覚、触覚情報処理の定量的評価 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-01-29T08:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: 学ぶ 幼児の皮質聴覚・触覚情報処理の定量的評価法。イベント関連電位と触覚刺激伝達システムを用い、非侵襲的に神経応答を測定する。障害児の感覚処理と多感覚統合の理解に貢献する。

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記載されたプロジェクトは、研究資源のための国民の中心、グラントUL1 RR024975-01でサポートされている、および翻訳科学、グラント2 UL1 TR000445-06を前進させるためのナショナルセンターで今した。内容はもっぱら著者の責任であり、必ずしもNIHの公式見解を示すものではありません。

1。ライトタッチへの対応の評価<ol><li>子供や乳児の頭に電極ネット（ 例えば 128チャンネル測地センサネット）を配置します。温かい生理食塩水を使用して完全な接触のためのセンサーを調整します。子供に関する場合、子が親や介護者のラップで楽に座っていることを確認してください。幼児にいる場合は、その乳児が軽く巻いいずれか介護者の腕の中で、またはオープンベビーベッドでの仰臥位に保持されていることを確認してください。 </li><li> 0.5センチメートルテスト手の人差し指の先端の下に1mmのノズルを配置します。金型ホルダーに幼児のための幼児やPalm用の指を置き、指や手にノズルから一貫した距離を確保するために関節にベルクロテープ近位および遠位で固定します。それは子供がテストセッション全体を通じて適切な指の位置を維持することが必要不可欠である。定期的に、指や手の配置を評価し、若い場合は、介護者との子供を持つことによって、これを確認してください。幼児をテストする場合、プロトコルを停止幼児が泣くと再起動する前に、快適さをご提供しております。幼い子供をテストする場合は、短いテスト期間全体での快適さと安心を提供するために、介護者に依頼してください。 </li><li>触覚刺激のための弁の入力を供給するために調整器を通して40psiで空気圧縮機を起動する。 </li><li>刺激配信プログラムを実行します。 <ol><li>テスト手のために、本60パフ刺激はランダムに60偽試験（指から離れて指摘した別々のノズルを介して供給される空気パフ）が点在。 </li><li>行のパフまたは偽の二つ以上の繰り返しを提示しない。 2,000〜2,500ミリ秒の間でランダムに試行間の間隔を変化させる。この目的は、刺激がもはや知覚される馴化を低減することである。 120試験のシーケンスの合計時間は4.5〜5分である必要があります。 </li><li>非対称性感覚障害を研究する一方、再び同一のプロトコルを実行します。 </li></ol></li><li>プロトコルのための刺激に注意を必要としないが、それ以上に設定する必要はありません。 T彼は、幼児のテストに適用されます。 （記録中の大きな特定のERPピークになる）幼児の注意の強化のために、タスクを提供します。 <ol><li> 5歳児のためのタスクの例：「水槽」（フグ装置を隠し飾ら箱）に「魚」に吹か「気泡」として空気パフを説明してください。それぞれの「バブル」が青または赤」の魚」で配信されているかどうかを推測する子供たちを頼む。 （ 図1のモック水族館で設定を参照）、彼らがする必要はありません子供を教え、彼らはこのタスクを実行している間は何も言うべきではない。 </li></ol></li></ol> 2。多感覚議定書への対応の評価（聴覚、触覚の同時対個々の応答を合計） <ol><li>上記のようなステップを1.1〜1.3を介して実行。刺激は、表1に記載されている。 </li><li> （ 例えば 、E-プライムソフト）で刺激配信プログラムを実行します。テスト手のための、聴覚、触覚<html>パフ、puff-/ga /、/ GA /シャム、シャム：パラダイム/刺激60試験で、無作為に以下の4刺激を提示することができます。繰り返しますが、慣れの可能性を制限するために、いずれかの条件に一列にパフまたは偽の二つ以上の繰り返しを提示し、ランダムに2,000〜2,500ミリ秒の間に試行間の間隔を変えることはありません。 240試験の各シーケンスは、9月10日分の間取る必要があります。 </li><li>一方で同一のプロトコル経由で実行します。 </li><li>プロトコルの開始時に無音年齢に応じた漫画を提供し、落ち着きのなさから運動の成果物の増加を防ぐために、作業中はそれを続け、彼らは退屈しているとき、大きな患者によって生成されたデルタ波からバックグラウンドを減少させる。例えば、5歳児では、我々は、購入したビデオの20分のループを使用し、各被験者が試験前にミュートし、再起動で再生。刺激に対する全く注意が必要とされない、したがって、ループ漫画は刺激から切り離さ視覚的な背景を提供しています。 </li></ol>e_title &quot;&gt; 3。ソフトウェアと機器のセットアップ<ol><li>ソフトウェアをプログラムするには、刺激制御アプリケーションから送信された2シリアルコマンドを設定します。一つは、他の偽、パフを識別します。刺激制御アプリケーションは、マイクロコントローラにコマンドを送信する必要があります。 </li><li>マイクロコントローラは、対応するデジタル出力チャンネルにTTLパルス（ 例えば 20ミリ秒の持続時間）を生成できます。この出力は2系統、脳波記録システムへのデジタル入力用と電磁ゲート式の空気弁に1に分割する必要があります。マークEEGデータストリームの両方の弁の開放。 </li><li>オシロスコープとマイク付き本当および偽の条件の両方にパフの待ち時間にパルスを測定します。これらは、均一な、10〜15ミリ秒のオーダーである必要があります。待ち時間の後の記録のために調整します。 </li><li>圧力計を使用してPSIのノズルに加わるとノズル径を測定することにより、力を計算します。式F（N）=圧力*領域を使用します。例えば、力が加わる詳細frオム6 psiで1mmの半径ノズルはF（N）= 0.03ポンドをもたらす。 </li><li>多感覚プロトコル用の制御アプリケーションを変更するには、実際のパフまたは偽マイクロコントローラだけでなく、記録された音声や沈黙を特定する2シリアルコマンドを送信します。注意：私たちのパラダイムでは、我々はこのようなDA /、/デュ/、/ BU / など /他のものの間で生成したコンピュータ、アクセントに中立/ GA /音声を、使用している。 </li><li> 、正中線に配置されたスピーカーから、聴覚刺激を提示し、被験者の前で2フィート。 </li><li>パフの発症またはテスターすることが望ましい状況に応じて、ステップ3.3で測定された遅延と同時であることが、サウンドオンセットタイミングを合わせます。 </li></ol> 4。データ収集と準備<ol><li>標準のERPの方法論に基づいてデータをサンプリングするためのフィルタと参照設定を選択します。ここでは、0.1から400 Hzに設定されたフィルタで千ヘルツを使用しています。データ収集中、Czは、すべての電極を参照し、AVERにオフラインでrereferenced年齢参照。 </li><li>セグメントにデータが必要なフィルタとセグメント化して記録されたデータをフィルタリングします。この研究では200ミリ秒刺激前のベースラインと500ミリ秒後の刺激間隔が含まれるように刺激開始に基づいて、進行中の脳波を0.3から40 Hzのバンドパスフィルタおよびセグメントを使用しています。 </li><li>データの品質管理を行う。 ERPソフトウェアに含まれるコンピューターアルゴリズムを用いて、このような高周波筋活動としてのモータおよび眼球アーチファクト各セグメントをスクリーニングする。マニュアルレビューすることで、この画面に従ってください。 </li><li>自動化されたスクリーニング基準は、このプロトコルで、以下のように設定されていますが、変更することができます：目のチャネル、電圧&gt; 140μV=​​まばたきと電圧&gt; 55μV=眼球運動のために。 </li><li>眼アーティファクト補正ツールを使用して汚染された試験から正しいデータ。注意：電圧&gt; 200μVを持つ任意のチャネルが低品質であると考えている。 &gt; 15のチャネルが低品質のものである場合、我々は再現性の理由から全体の裁判を破棄することにしました。 </li><li>平均のERP。平均基準にそれらをRereferenceし、ステップ4.2で選択した基準に基づいて、ベースライン補正を行う。事前に定義された集団の総平均波形から推定し、様々なピークの平均振幅とピークレイテンシを抽出します。注意：この例では、我々は正中神経刺激10月14日にそれ以上の年齢のお子様の応答の確立された文献で ​​次のように基づく。私たちは、P50（30〜80ミリ秒）、N70（50〜100ミリ秒）、P100（80〜150ミリ秒）、N140（130から230ミリ秒）、およびP2（250〜350ミリ秒）のピークを使用していました。 </li><li> （ 図2）のプリセット位置をオーバーラップした電極からのデータのみが含まれています。各クラスタ内の個々の電極と平均のデータを導出する。 </li></ol>

<ol><li>Nelson, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+plasticity+and+human+development%3A+the+role+of+early+experience+in+sculpting+memory+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Sci%22%5BJournal%5D)">Neural plasticity and human development: the role of early experience in sculpting memory systems.</a> Dev. Sci. 3 (2), 115-136 (2000).</li>
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<li>Molholm, S., Ritter, W., Murray, M. M., Javitt, D. C., Schroeder, C. E., Foxe, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multisensory+auditory-visual+interactions+during+early+sensory+processing+in+humans%3A+a+high-density+electrical+mapping+study%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Multisensory auditory-visual interactions during early sensory processing in humans: a high-density electrical mapping study.</a> Brain Res. 14 (1), 115-128 (2002).</li>
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<li>Stevens, K. N., Blumstein, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Invariant+cues+for+place+of+articulation+in+stop+consonants%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Invariant cues for place of articulation in stop consonants.</a> J. Acoust. Soc. Am. 64 (5), 1358-1368 (1978).</li>
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</ol>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

軽いタッチと触覚、聴覚応答の皮質処理を測定する（「フグシステム」という。）空気パフとERPのこの新規な組み合わせはよく障害のある幼児で、幼児によって許容されている。これはunisensoryと多感覚のバージョンについても同様、と注意のコンポーネントは、幼児の場合には追加されているかどうか。若くて傷つきやすい人口を評価する上で、この方法論の成功の理由は、ERPの方法や機器の使用に無害な触覚刺激の使用だけでなく、両方によるものである。多感覚パラダイムは10分間かかりながら触覚パラダイムは、5分の合計で行うことができる。これは幼児または行動の課題と被験者の評価に特に便利です。刺激自体は電気神経刺激とは対照的に、寛容nonissue作り、軽い接触や圧力を超えることはありませんように較正することができる。目の最後に、オープン性と柔軟性E測定装置、一般的な環境と物理的な拘束がないことは、実験のための安心と​​子供に優しい設定を作成します。これは、特に光おくるみによって慰めすることができ、介護者によって保持されている乳児でも同様である。したがって、この方法論は、健康と病気のスペクトルだけでなく、幼児期から成人期までの古い寿命を通じて全体の患者集団のた...

皮質感覚過程を開発する研究は、ほとんどの高次機能の基礎を理解するために不可欠である。感覚的な経験では、認知、コミュニケーション、および運動発達1-3のような複雑なプロセスのための基礎を築く、幼児期や幼年期を通して脳の組織の大部分を担当している。感覚過程のほとんどが小児科の研究では、これらの刺激は、開発の標準化、およびテストするのが最も簡単である主な理由は、聴覚と視覚のドメインに焦点を当てる。それは胎児4,5で最初に開発し感覚で、体性感覚情報が他の皮質系の機能に不可欠であるようにしかし、触覚処理が乳児や小児で特に重要である（ 例えばモーター、メモリ、連想学習、大脳辺縁系） 6。体性感覚処理を評価する現在の方法は、触覚刺激の選択によって制限されています。一般的な選択は、直接の電気正中神経刺激7,8である</sup&gt;、不快感の可能性を持つ。他の効果的な方法には、注意と理解9高レベルの両方を必要とする、そのような差別、認識、刺激の局在などのアクティブなタスクを使用しています。これらの方法の全ては、したがって、幼児および乳児におけるその使用が制限されている。 そのため、私たちの目標は、非侵襲的であることと、被検者の積極的な参加の必要性を減らすことによって、これらの制限に対処する触覚パラダイムを開発することでした。加えて、刺激の標準化レベルおよび偽コントロールを持っている必要がありました。このために我々は、私たちは、幼児や他の脆弱な集団における軽いタッチの効果を測定することができ、「フグ」システム、デュアルチャネル、時限、およびキャリブレーション空気パフ配信システムを開発しました。 機能的MRI研究では、空気のパフによる刺激は、感覚皮質を活性化することを示したが、このような固定化、LENGなどの研究、の長さと課題あなたのセッション、および不安させられる設定は、幼児に実行するためにそれらを困難にする。したがって、我々は簡単に、子供向けのテスト·セッションで軽いタッチの感覚処理の時間分解能を提供するために、事象関連電位（ERP）の方法論との新たなデリバリーシステムを組み合わせた。 この新しいパラダイムは、多様な集団、年齢や臨床現場で感覚処理を研究するために必要な柔軟性を提供しています。また、多感覚的評価を可能にし、聴覚刺激と互換性があるという利点がある。今までは、正確で信頼性の高い触覚評価は、乳児または確実に起因する知的/言語障害に対応することができない子どもたちには不可能であった。この方法論は、最大の脳の可塑性の期間の間に感覚処理の赤字と介入の早期発見を支援するために、このギャップを埋めることを目指しています。幼児期における感覚処理の改善は、カスケードに影響を与える可能性が神経発達の ヴァンダービルト治験審査委員会は、プロトコルを承認し、次の手順がすべて含まれています。

<table><tbody><tr><td>測地線センサーネット</td><td>EGI、Inc.、ユージーン、オレゴン州</td>は<td>サイズ</td><td></td>によって異なります</tr><tr><td>ネットステーションEEGソフトウェアv. 4.2</td><td>EGI、Inc.、ユージーン、または</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>E-Prime刺激制御アプリケーション</td><td>PST、Inc.ピッツバーグ、ペンシルバニア</td><td>州NA</td><td></td></tr><tr><td>圧力計(モデル6インチ、0-60 psi)</td><td>HO Trerice Co、オークパーク、ミシガン</td><td></td><td></td></tr>州カスタム<tr><td>パファーセットアップ</td><td>ナタリー・マイトレ</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

障害児における皮質聴覚、触覚情報処理の定量的評価

Quantitative Assessment of Cortical Auditory-tactile Processing in Children with Disabilities

感覚処理の客観的かつ簡単に測定が非言語的または脆弱な小児患者には非常に困難である。私たちは、積極的な主題の参加を必要とするか、子どもたちの不快感を引き起こすことなく、定量的に軽いタッチ、音声音と2刺激の多感覚処理の子どもの皮質処理を評価するための新しい方法論を開発しました。これを実現するために、我々は、デュアルチャネル、時間と触覚刺激および偽コントロールの両方を可能にする強度較正された空気パフ刺激器を開発しました。私たちは、一次および二次体性感覚皮質からの信号の高時間分解能だけでなく、より高次の処理を可能にする事象関連電位の方法論を利用して、これを配合しました。この方法論はまた、私たちは、聴覚·触覚刺激に対する多感覚応答を測定することができました。

軽いタッチの評価（図3）。 フグシステムを使用して触覚刺激に対する皮質応答の特性：パフに応答して、ピークのパターンは、正常な成人10,11における正中神経の刺激を用いて得られた皮質応答と非常に類似している。 初期応答（P50、N70、P100のピーク）は、主に一次感覚野12の活動を反映しており、刺激の認識を必要としません。 発表された研究13,14で文書化されているように二次応答（N140ピーク）は、主として体性感覚刺激の二次感覚皮質と意識の活動を反映している。私たちのパラダイムにおけるこのピークは（ &#39;魚の発泡気泡タスク」）をタッチするために注意によって変調された二次感覚皮質の処理を反映している。 後半応答（P2ピーク） 主に請うを反映している感覚刺激に関連する認知神経活動のイニング。このピークは触れる主観的な注意や不...

感覚処理の客観的かつ簡単に測定が非言語的または脆弱な小児患者には非常に困難である。私たちは、積極的な主題の参加を必要とするか、脆弱な患者に不快感を引き起こすことなく、定量的に乳児を評価するための新しい方法論と軽いタッチ、音声の音、そして2刺激の多感覚処理の子どもの皮質処理を開発しました。

Objective and easy measurement of sensory processing is extremely difficult in nonverbal or vulnerable pediatric patients. We developed a new methodology ...

本手順の全体的な目的は、幼児における軽擦刺激に対する体性感覚処理を測定することです。まず、事象関連電位（ERP）の測定手法と触覚刺激提示システムを構築します。次に、脳内の神経活性化を測定するため、子供にEEGネットを装着させます。次に、UFF対シャム（擬似刺激）パラダイムでプログラムされた刺激制御アプリケーションを実行します。最後のステップは、事象関連電位試行から取得したデータを処理することです。最終的に、実際の触覚刺激に対する反応とシャムに対する反応を比較することで、軽い接触に対する皮質活性化を示すことができます。この手法のMRIや電気神経刺激などの他の手法と比較した主な利点は、非常に子供に適していることです。迅速で痛みがなく、能動的な参加を必要としないため、乳幼児と若年児の両方で実施することが可能です。本プロトコルのための刺激制御アプリケーションをプログラムするには、まず2つのシリアルコマンドを設定してください。一方のコマンドでパフ（噴霧）を、もう一方でシャム（擬似刺激）を識別するようにし、刺激制御アプリケーションからマイクロコントローラにコマンドを送信させ、マイクロコントローラで20 millisecondの持続時間を持つTTLパルスを対応するデジタル出力チャネルに生成させます。この出力は2つのラインに分岐させます。一方はEEG記録システムのデジタル入力へ、もう一方はソレノイド制御のエアバルブへと接続します。EEGデータストリームにおいて、両方のバルブの開放タイミングをマークします。オシロスコープとマイクロフォンを用い、実条件（real condition）と擬似条件（sham condition）の両方について、パルスからパフまでのレイテンシを測定します。これらは均一である可能性があります。そして10から15ミリ秒の範囲内で、録音後の処理で調整します。マルチセンサリープロトコル用に制御アプリケーションを修正するには、実際のパフかシャムかを識別する2つのシリアルコマンドと、録音された音声または静寂をマイコンに送信します。聴覚刺激は、被験者の正中線上、上部または前方に配置したスピーカーを通じて提示します。音の提示タイミングを、パフの開始と同時にするか、あるいは測定されたパフのレイテンシに合わせて調整します。まず、被験者の頭部に電極ネットを装着します。温 saline 液を用いて、各センサーが完全に接触するように調整してください。子供に行う場合は、子供が親または介護者の膝の上に快適に座っていることを確認してください。乳児に行う場合は、乳児を軽くおくるみで包み、介護者の腕に抱かせるか、開いたベビーベッドの中で仰向けの状態にしてください。次に、1 mmのノズルを、検査する手の人差し指の先端から0.5 cm下に配置します。幼い子供の指をモールドホルダーに配置し、ノズルからの距離を一定に保つため、関節の近位側と遠位側をベルクロテープで固定します。乳児を対象とする場合は、手のひら全体をホルダーに配置して固定してください。これにより、幼い子供の注意力が高まり、記録される特定のERPピークが大きくなります。実験中はタスクを課してください。例えば5歳児に対しては、空気噴射を水槽の中の魚が吹く泡に見立てて説明し、パッファー装置を隠すために装飾した箱を使用します。それぞれの泡が青い魚によるものか、あるいは赤い魚によるものかを推測するように子どもに促してください。また、このタスクを行っている間は静かにし、何も話さないように伝えます。レギュレーターを介してエアコンプレッサーを40 PSIで起動し、触覚刺激用のバルブ入力に空気を供給します。次に、テスト対象の手に合わせて刺激提示プログラムを実行し、ランダムに分散させた60回のパフ刺激と60回のシャム試行を行います。シャム試行では、指とは反対方向を向いた別のノズルからエアパフを放出させてください。パフ（刺激）またはシャム（擬似刺激）を3回以上連続して提示しないでください。試行間間隔は2000から2,500ミリ秒の間でランダムに変化させてください。非対称性の体性感覚障害を研究する場合は、もう一方の手に対しても同一のプロトコルを実施してください。乳児を被験者として本プロトコルを実施する場合、刺激への注意を向かせる必要はないことに留意してください。多感覚評価を行うため、タスクを課さずに、手のひらにパフ刺激およびシャム試行を適用し、記載通りに刺激提示を行ってください。また、本プロトコルは聴覚刺激と組み合わせることも可能です。利用可能な刺激の例をここに示します。GAは、アクセントのない女性の声によるコンピュータ生成音声の例であることに注意してください。ここでは、5歳児を対象に刺激提示プログラムを実行する方法を実演します。既述のプロトコルに従って実施します。テスト対象の手に対し、聴覚・触覚パラダイムを用いて、ここに示す4種類の刺激を各刺激60試行ずつ、ランダムに提示してください。次に、もう一方の手についても同様のプロトコルを実施します。同様に、プロトコルの開始時に、音声のない子供の年齢に適したアニメーションを提示し、手順全体を通して再生し続けてください。データ収集時には、標準的な事象関連電位（ERP）の手法に基づいてデータをサンプリングするため、適切なフィルタおよびリファレンス設定を選択してください。データをセグメント化するには、記録されたデータに目的のフィルタを適用し、セグメンテーションを行います。また、必ずデータの品質管理（クオリティコントロール）を実施してください。ERPソフトウェアに含まれるコンピューターアルゴリズムを用いて、高周波の筋活動などの運動および眼球アーチファクトについて、各セグメントをスクリーニングします。このスクリーニングの後、手動でのレビューを行い、眼球アーチファクト補正ツールを用いて汚染された試行のデータを補正します。次に、イベント関連電位を平均化します。次に、それらを平均リファレンスで再リファレンスし、ベースライン補正を行います。その後、さまざまなピークの平均振幅とピーク潜時を抽出します。これらは、あらかじめ定義された集団のグランドアベレージ波形から外挿されます。最後に、解析のためにあらかじめ設定した位置に重複する電極のデータのみを抽出し、個々の電極のデータを導出した後、各クラスター内で平均を算出します。ここでは、パフ刺激とシャムコントロールに対する反応の比較を確認できます。患側の手の刺激に対する対側皮質面において、波形は中心頭頂領域に位置する小児の平均値を示しています。黒線はパフ（空気噴射）による反応を、灰色線は擬似反応（シャム反応）を表しています。このグラフは、触覚および両耳聴覚刺激に対して対側にある半球の体性感覚野で記録された反応を示しています。トレースは、中心頂部領域のみにおける子ども10人の平均値を示しています。灰色線は、ga刺激とシャム刺激、およびパフ刺激の算出された合計応答を表します。黒色線は、ga刺激とパフ刺激を同時に提示した際の真の多感覚応答を表しています。したがって、この手法は、さまざまな発達障害を持つ乳幼児や児童が、この手順を試みている間に、聴覚、触覚、およびその両方をどのように処理するかといった、障害分野におけるいくつかの重要な疑問に答えるのに役立ちます。指先または手からノズル先端までの距離を一定に保つことが不可欠であるため、モールドホルダーやさまざまなポジショナーを使用します。

quantitative-assessment-cortical-auditory-tactile-processing-children

Research

JoVE Journal

Behavior

行動

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