방법 논문

P50 유아의 감각 게이팅

DOI:

10.3791/50065

⸱

2013년 12월 26일

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

이 논문에서

요약

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주의의 초기 단계를 반영하는 대뇌 억제의 생리학적 지표인 청각 P50 감각 게이팅을 기록하는 방법에 대해 설명합니다.

초록

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주의력 결핍은 주의력 결핍-과잉 행동 장애, 자폐증, 양극성 기분 장애 및 정신 분열증을 포함한 다양한 신경 정신 장애에서 흔합니다. 이러한 주의력 결핍의 신경 발달 구성 요소에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 신경 발달이란 결손이 아동기 또는 성인기에 임상적으로 두드러지게 나타나는 반면, 결손은 유아기 또는 태아기에 시작되는 뇌 발달 문제의 결과임을 의미합니다. 이러한 관심에도 불구하고, 유아기 초기에 주의력을 평가하는 방법은 거의 없습니다. 이 보고서는 한 가지 방법, 즉 유아 청각 P50 감각 게이팅에 초점을 맞춥니다.

Attention에는 몇 가지 구성 요소가 있습니다. 감각 게이팅(sensory gating)이라고 하는 주의의 초기 구성 요소 중 하나는 뇌가 반복적이고 유익하지 않은 감각 정보를 차단할 수 있도록 합니다. 청각 P50 감각 게이팅은 EEG의 변화를 사용하여 감각 게이팅을 측정하도록 설계된 하나의 작업을 나타냅니다. 동일한 청각 자극이 500ms 간격으로 제시될 때, 두 번째 자극에 대한 유발 반응(클릭 처리와 관련된 EEG의 변화)은 일반적으로 첫 번째 자극에 대한 반응에 비해 감소합니다(즉, 반응이 "게이트"됨). 두 번째 자극에 대한 반응이 감소하지 않을 때, 이는 감각 게이팅이 좋지 않은 것으로 간주되며, 뇌 억제 장애를 반영하며, 주의력 결핍과 상관관계가 있습니다.

청각 P50 감각 게이팅 작업은 수동적이기 때문에 어린 유아 연구에 잠재적으로 유용하며 다양한 신경 정신 장애에서 주의력 결핍의 발달 시간 경과에 대한 창을 제공할 수 있습니다. 이 프레젠테이션의 목표는 성인 인구 연구에 사용된 방법론을 채택한 방법론인 유아 청각 P50 감각 게이팅을 평가하는 방법론을 설명하는 것입니다.

서론

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주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD), 양극성 기분 장애, 정신 분열증을 포함한 많은 신경 정신 질환은 신경 발달 장애로 간주되며, 이는 증상의 시작이 적어도 부분적으로는 뇌 발달의 매우 이른 이상에 기인한다는 것을 의미합니다. 초기 뇌 발달 이상은 침묵하거나 전체 장애가 시작되기 전 몇 년 또는 수십 년 동안 비특이적 증상과 관련이 있을 수 있습니다. 이 모델은 이 장애에 대한 완전한 이해를 위해서는 뇌 발달 초기에 뇌 기능의 매우 미묘한 변화를 측정하는 방법이 필요할 수 있음을 시사합니다.

P50 감각 게이팅은 주의 과정의 초기 단계를 반영합니다1,2. P50 감각 게이팅(sensory gating)은 주의력에 대한 행동 및 신경인지적 테스트와 상관관계가 있고 대뇌 억제 메커니즘을 반영하는 특정 작업, 청각적 유발 잠재적 작업을 말합니다3,4. 이 과제에서 피험자는 EEG 반응이 기록되는 동안 두 개의 동일한 광범위한 청각 자극("딸깍")을 받습니다. 청각 자극은 일관된 EEG 측정 뇌 반응을 이끌어냅니다. 반응에는 성인의 경우 자극 후 약 50msec 후에 발생하는 파동이 포함됩니다. 파동이 양의 방향이기 때문에 이 파동을 P50파라고 합니다. 대부분의 개인은 첫 번째 자극에 비해 쌍의 두 번째 자극에 대한 반응이 현저히 감소한 것으로 나타나는데, 이는 관련 없는 반복적인 정보(감각 정보를 "게이트"하기 위해)에 대한 반응을 자동으로 억제하는 뇌의 능력을 반영합니다. 주의력 결핍-과잉 행동 장애(ADHD), 양극성 기분 장애, 정신 분열증 등 주의력 증후를 동반하는 많은 정신 질환은 감각 게이팅 장애와 관련이 있다5-7.

청각 P50 감각 게이팅 결과는 피험자의 아드레날린성 음색에 의해 혼동될 수 있다8. REM 수면 중에는 아드레날린성 긴장도가 감소하여 REM 수면이 작업 관리를 위한 최적의 시간이 됩니다9,10. P50 감각 게이팅은 수동적인 작업이고 유아는 하루의 대부분을 능동적 수면(REM 수면의 유아 버전)으로 보내기 때문에 P50 감각 게이팅은 아주 어린 유아에서도 측정할 수 있습니다.

프로토콜

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1. 기관 검토 및 감독

  1. 인간을 대상으로 하는 모든 작업에는 기관 검토 위원회의 승인과 감독이 필요합니다. 여기에 보고된 방법은 연구에 사용될 때 COMIRB(Colorado Multiple Institutional Review Board)에 의해 검토 및 승인되었습니다.

2. 준비 및 녹음

  1. 아기의 규칙적인 낮잠 시간에 90분으로 아기를 낳습니다. 깨끗한 전극, 전도성 EEG 페이스트 및 어둡고 조용한 방을 사용할 수 있습니다. 시작하기 전에 아기에게 먹이고, 트림하고, 기저귀를 가라앉힙니다.
  2. 임피던스를 최소화하기 위해 머리를 닦습니다. CZ는 가장 큰 진폭 P5011을 가지고 있습니다. CZ에 전극을 이마, 한쪽 눈 위와 아래, 턱, 오른쪽 유양돌기에 놓습니다.
  3. 50msec의 광범위한 스펙트럼 자극(클릭)을 500msec의 자극 간 간격과 쌍으로 제시합니다. 클릭 쌍은 10초 간격으로 표시되어야 합니다.
  4. 15분 동안 지속적으로 활동적인 수면을 취할 때까지 기록합니다(REM 수면에 해당하는 유아 수면). 아기가 자연스러운 수면 시간을 마칠 때까지 기다립니다. 이 작업을 수행하는 데 >90분이 소요될 수 있습니다. 전체 수면 시간 동안 아기의 상태(예: 눈을 뜨거나 감고 있는 상태, 움직임 등)를 기록합니다.

3. 데이터 분석

  1. 15분 동안 지속적이고 활동적인 수면을 취하십시오. 이 기간은 고주파, 저전압 뇌파, 낮은 근육 긴장도, 큰 안구 움직임을 가지며 눈을 감고 있는 것으로 유명합니다.
  2. 데이터를 필터링하여 60Hz 간섭 및 저주파(<1Hz 드리프트)12를 제거합니다.
  3. 각 쌍에서 첫 번째 소리를 제시하여 시대를 식별합니다. 평균 Epoch 횟수는 60회 이상입니다. 사용된 Epoch 수가 많을수록 신호 대 잡음비가 커질 수 있습니다.
  4. 10-50Hz 사이의 대역통과 필터를 사용하여 평균 추적을 필터링합니다. 이렇게 하면 구성 요소를 더 쉽게 식별할 수 있습니다. 필터링된 평균 추적을 사용하여 첫 번째 및 두 번째 자극에 대한 응답으로 P50 진폭을 독립적으로 측정합니다. P50파는 자극 제시 후 40msec에서 100msec 사이의 첫 번째 파동으로 식별됩니다. 진폭은 이전 저점에서 최고점까지 측정됩니다.
  5. 두 번째 소리에 대한 응답으로 P50 파의 진폭을 첫 번째 소리에 대한 응답으로 P50 파의 진폭으로 나누어 P50 감각 게이팅 비율을 얻습니다.

결과

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P50 감각 게이팅 비율은 일반적으로 0에서 1.0보다 약간 높은 범위에 있어야 합니다. 2 이상의 값은 일반적으로 P50 진폭이 1.0 μV 미만인 경우에만 나타나며, 이는 낮은 신호 대 잡음비를 나타낼 수 있으므로 해당 값을 폐기하거나 2.0으로 절삭해야 합니다 11. 일반 인구 집단에서 추출한 영아의 평균값은 약 0.4여야 합니다 13.그림 1은 두 가지 샘플 파형을 제공합니다. 하나는 전형적인 감각 게이팅을 보이는 영아의 파형이고, 다른 하나는 감각 게이팅이 불량한 영아의 파형입니다.

P50 감각 게이팅은 뺄셈법으로 계산할 수 있으며, 이는 첫 번째 소리에 대한 반응 진폭에서 두 번째 소리에 대한 반응 진폭을 뺀 값입니다. 하지만 신호가 발생원으로부터 두피를 거쳐 측정 전극에 도달하는 과정에서 발생하는 감쇠 정도에는 큰 변동성이 있습니다. 신호 감쇠에 영향을 줄 수 있는 요인으로는 두개골의 두께, 두피의 이물질(예: 먼지), 그리고 두피 표면의 수분 함량 등이 있습니다. 개인 간, 또는 동일 개인 내에서 시간에 따라 발생하는 이러한 신호 감쇠의 변동성은 뺄셈법을 통한 결과의 신뢰도를 떨어뜨립니다. 따라서 P50 감각 게이팅은 일반적으로 비율로 보고되며, 이는 첫 번째 소리에 대한 반응 진폭에 대한 두 번째 소리에 대한 반응 진폭의 비율로 계산됩니다.

P50 감각 게이팅 비율은 연속 측정값으로 활용될 수 있습니다. 하지만 비율을 산출하는 과정에서 추가적인 변동성이 발생합니다. 대안으로는 결과를 P50 감각 게이팅의 “정상” 대 “손상”으로 이분화하는 방법이 있습니다. 성인의 경우, 비율이 < 0.40이면 정상으로 간주하고 >0.50이면 손상된 것으로 간주합니다14. 0.40-0.50 사이의 비율은 판정 불가로 간주하며, 어느 한 그룹에 추가하거나 향후 분석에서 제외할 수 있습니다. 영아를 위한 적절한 컷오프 지점은 아직 확고하게 정립되지 않았으나, 예비 연구에서는 성인에게 사용되는 것과 유사한 컷오프 지점이 적절함을 시사합니다15.

전형적인 반응과 저조한 반응을 보여주는 P50 감각 게이팅 EEG 그래프; μvolt 측정값; 자극 영향.
그림 1. 샘플 트레이싱.  여기를 클릭하여 더 큰 이미지 보기.

토론

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P50 감각 게이팅은 주로 해마, 배외측 전두엽 피질 및 시상에 위치한 억제성 신경회로의 복잡한 상호 작용을 반영하는 것으로 생각됩니다16. 따라서 영아의 P50 감각 게이팅의 변화는 뇌의 이러한 영역에서 발달 변경을 시사할 수 있습니다.

이러한 뇌 영역에서 글루타민성 피라미드 세포의 GABA성 중간 뉴런 억제는 GABA성 세포에 의해 제공되는 억제와 함께 게이팅 과정을 설명할 가능성이 높습니다. GABAergic interneuron은 아드레날린성 및 콜린성 입력에 의해 조절됩니다. 아드레날린성 입력은 간헐적이며 중간 뉴런을 억제하여 피라미드 세포를 억제하는 능력을 감소시켜 감각 게이팅을 차단합니다. 깨어 있는 영아를 기록하는 데 있어 어려움 중 하나는 전극을 적용하는 것과 같은 매우 가벼운 스트레스 요인조차도 아드레날린성 긴장도를 증가시켜 기능적 게이팅 능력을 측정하는 능력을 방해할 수 있다는 것입니다.

간헐적 아드레날린성 입력의 영향과 달리 인터뉴런의 콜린성 자극은 강장제이며 인터뉴런 발화를 향상시켜 감각 게이팅을 개선합니다17. 콜린성 수용체 발현 감소와 관련된 유전적 표현형과 같은 콜린성 입력을 감소시키는 요인은 감각 게이팅의 만성 문제를 유발합니다18. 유사하게, 비렘 수면 중에 발생하는 콜린의 신경 방출 감소도 중간 뉴런 활동과 감각 게이팅을 감소시킵니다. 니코틴은 급성 사용이 니코틴성 콜린성 수용체를 자극하고 감각 게이팅을 개선하기 때문에 흥미로운 화합물인 반면19,20, 반복 또는 만성 니코틴 사용은 단독으로 사용할 때 효과가 없지만 다른 작용제의 효과를 차단합니다21, 아마도 만성 자극이 수용체 탈감작으로 이어지기 때문일 것입니다22. 산모의 담배 사용을 통해 산전에 니코틴에 노출된 영아는 P50 감각 게이팅이 손상되었습니다12.

감각 게이팅의 기본 생물학에 대한 이러한 인식은 중간 뉴런의 콜린성 수용체에 작용제인 식이 성분 콜린을 임신 중 보충하는 무작위 시험의 근거였습니다. 보충은 임신 2기 초부터 출생 후 약 3개월까지 이루어졌습니다. 콜린 보충제를 받은 영아는 감각 게이팅 발달을 가속화했습니다15.

유아 P50 감각 게이팅 비율 평가는23 실현 가능하고,24 신뢰할 수 있으며, 유아기에서 4세까지 안정적입니다25. 영아 P50 감각 게이팅의 장애는 나중에 정신 질환에 대한 산전 위험 요인과 관련이 있으며12,26 4세에 정신 증상이 발생할 위험 증가와 관련이있습니다. 그러나 P50 감각 게이팅이 손상된 영아는 4세 이상으로 추적된 적이 없습니다. 따라서 영아 P50 감각 게이팅이 이후의 정신병리를 예측하는지 또는 영아 P50 감각 게이팅을 변경하려는 노력이 1차 예방 전략으로 유용한지 여부는 불분명합니다.

유아 연구를 위한 청각 P50 감각 게이팅 패러다임의 적응을 통해 발달 중에 대뇌 억제가 발생하는 시기와 나중에 주의력 관련 신경 정신 질환에 취약한 개인의 발달이 잘못되는 시기와 관련된 질문을 탐구할 수 있습니다. 불일치 부정성, 시선 추적 및 사전 펄스 억제와 같은 다른 생리적 작업에 대한 유사한 노력은 초기 발달에 대한 다른 창을 제공할 수 있습니다. 초기 유아기에 사용하기 위한 작업의 적응은 이러한 장애의 발달 시간 경과에 대한 이해를 높이고 새로운 1차 예방 전략을 제안할 수 있기를 바랍니다17.

공개 사항

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Ross 박사와 Hunter 박사는 NIH 자금 지원 보조금으로 급여 지원을 받습니다. 다른 모든 저자는 공개할 충돌이 없습니다.

감사의 글

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

이 연구는 미국 국립보건원(NIH 보조금 번호 MH086383, MH056539, MH015442)과 아동 정신 장애 연구소(Institute for Children's Mental Disorders)의 자금 지원을 받았습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
E-Prime 버전 2.0 전문심리학 소프트웨어 도구EPR-225142자극 프레젠테이션 소프트웨어
Compumedics95000016가 있는 알코올 준비 패드전극 배치 준비를 위해 피부를 청소
Ten20 PasteCompumedics92100032전극을 제자리에 고정하는 접착 특성이 있는 EEG 전도성 페이스트
잔디 Ag/AgCl 표면 전극(10mm)Grass TechnologiesFS E5SHC-4810mm 전극은 두피 표면의 EEG 신호를 기록하는 데 사용되며 참조 및 접지 전극으로 사용됩니다.
Grass Ag/AgCl 표면 전극(6mm)Grass TechnologiesF E6SHC-486mm 전극은 피부 표면의 안구 움직임(EOG) 및 근육 긴장(EMG)을 기록하는 데 사용됩니다
수술 테이프Micropore1530-0전극을 제자리에 고정하는 데 사용되는 저접착 테이프
NuAmps AmplifierNeuroscanN/AEEG 녹음용 40채널 단극 디지털 증폭기
Harmon/Kardon 컴퓨터 스피커Harman/KardonHK206청각적 "클릭"을 표시하는 데 사용
부석 합니다 . 종이

참고문헌

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