P50 Sensorische Gating bij zuigelingen

Samenvatting

Methoden om auditief P50 sensorisch gating op te nemen, een fysiologisch kenmerk van cerebrale remming die vroege stadia van aandacht weerspiegelt, worden beschreven.

Samenvatting

Aandachtstekorten komen vaak voor bij verschillende neuropsychiatrische stoornissen, waaronder aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit, autisme, bipolaire stemmingsstoornis en schizofrenie. Er is steeds meer interesse in de neurodevelopmentele componenten van deze aandachtstekorten; neurodevelopmenteel betekent dat, hoewel de tekorten klinisch prominent worden in de kindertijd of volwassenheid, de tekorten het resultaat zijn van problemen in de hersenontwikkeling die beginnen in de kindertijd of zelfs vóór de geboorte. Ondanks deze interesse zijn er weinig methoden om aandacht heel vroeg in de kindertijd te beoordelen. Dit rapport richt zich op één methode, sensorisch P50-gating bij baby's.

Aandacht heeft verschillende componenten. Een van de vroegste componenten van aandacht, sensorisch gating genaamd, stelt de hersenen in staat om repetitieve, niet-informatieve sensorische informatie uit te schakelen. Auditief P50 sensorisch gating verwijst naar een taak die is ontworpen om sensorisch gating te meten aan de hand van veranderingen in EEG. Wanneer identieke auditieve stimuli met een tussenpoos van 500 ms worden gepresenteerd, is de geëvokeerd response (verandering in de EEG geassocieerd met de verwerking van de klik) op de tweede stimulus over het algemeen minder dan de respons op de eerste stimulus (d.w.z. de respons is 'gegate'). Wanneer de respons op de tweede stimulus niet wordt verminderd, wordt dit beschouwd als een slecht sensorisch gating, is reflectief van verminderde cerebrale remming en is gecorreleerd met aandachtstekorten.

Omdat de auditieve P50 sensorische gating taak passief is, is deze potentieel nuttig bij het onderzoek naar jonge baby's en kan deze een venster bieden in de ontwikkelingstijdslijn van aandachtstekorten bij verschillende neuropsychiatrische stoornissen. Het doel van deze presentatie is om de methodologie voor het beoordelen van sensorisch P50-gating bij baby's te beschrijven, een methodologie die is aangepast van die welke wordt gebruikt in onderzoeken naar volwassen populaties.

Inleiding

Veel neuropsychiatrische aandoeningen - waaronder aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit (ADHD), bipolaire stemmingsstoornis en schizofrenie - worden beschouwd als neurodevelopmentele stoornissen, wat betekent dat het begin van de symptomen ten minste gedeeltelijk te wijten is aan zeer vroege afwijkingen in de hersenontwikkeling. De vroege hersenaandoeningen in de ontwikkeling kunnen jaren of zelfs decennia voorafgaand aan het begin van de volledige aandoening stil zijn of alleen geassocieerd zijn met niet-specifieke symptomen. Dit model suggereert dat een volledig begrip van de aandoening methoden kan vereisen om zeer subtiele veranderingen in de hersenfunctie te meten, heel vroeg in de hersenontwikkeling.

P50 sensorisch gating weerspiegelt een vroege stap in het aandachtsproces^1,2. P50 sensorisch gating verwijst naar een specifieke taak, een auditief geëvoqueerde potentiaaltaak, die correleert met gedrags- en neurocognitieve tests van aandacht en weerspiegelt cerebrale remmende mechanismen^3,4. In deze taak worden proefpersonen gepresenteerd met twee identieke auditieve stimuli met breed spectrum ("klikken") terwijl een EEG-respons wordt geregistreerd. Een auditieve stimulus veroorzaakt een consistente EEG-gemeten hersenreactie; de respons omvat een golf die, bij volwassenen, ongeveer 50 msec na de stimulus optreedt. Omdat de golf in de positieve richting is, wordt deze golf beschreven als de P50-golf. De meeste individuen vertonen een significant verminderde respons op de tweede stimulus van een paar ten opzichte van de eerste, reflecterend van het vermogen van de hersenen om automatisch de respons op irrelevante herhaalde informatie te remmen (om sensorische informatie te 'gaten'). Veel psychiatrische aandoeningen met aandachtssymptomen - waaronder aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit (ADHD), bipolaire stemmingsstoornis en schizofrenie - worden geassocieerd met beperking in sensorisch gating^5-7.

De resultaten van auditief P50 sensorisch gating kunnen worden verward door de adrenerge tonus van een proefpersoon⁸. Tijdens de REM-slaap is de adrenerge tonus verminderd, waardoor de REM-slaap een optimale tijd is voor taakadministratie^9,10. Omdat P50 sensorisch gating een passieve taak is en omdat baby's veel van hun dag in actieve slaap doorbrengen (de babyversie van de REM-slaap), kan P50 sensorisch gating zelfs worden gemeten bij zeer jonge baby's.

Protocol

1. Institutioneel Overzicht en Toezicht

1. Alle werkzaamheden met menselijke proefpersonen vereisen goedkeuring en toezicht van een Institutioneel Review Board. De methoden die hier worden gerapporteerd, zijn, wanneer ze in onderzoek worden gebruikt, beoordeeld en goedgekeurd door de Colorado Multiple Institutional Review Board (COMIRB).

2. Voorbereiding en Opname

1. Plan het baby voor 90 minuten tijdens de reguliere dutjetijd. Zorg voor schone elektroden, geleidende EEG-pasta en een donkere, rustige kamer. Voed, laat overgeven en verander de luier van de baby voordat je begint.
2. Veeg het hoofd schoon om de impedantie te minimaliseren. CZ heeft de grootste amplitude P50¹¹. Plaats elektroden op CZ, op het voorhoofd, boven en onder één oog, op de kin en op de rechter mastoïde.
3. Presenteer 50 msec brede-spectrum stimuli (klikken) als paar met een interstimulus interval van 500 msec. Paartje klikken moeten 10 seconden uit elkaar worden gepresenteerd.
4. Neem op tot er 15 minuten continue actieve slaap is (het equivalent van de REM-slaap bij baby's). Laat de baby zijn natuurlijke slaapperiode voltooien. Dit kan meer dan 90 minuten duren. Houd de status van de baby bij (bijv. ogen open of gesloten, beweging, enz.) tijdens de hele slaapperiode.

3. Data-analyse

1. Identificeer 15 minuten continue, actieve slaap. Deze periode zal hoge frequentie, lage spanning hersengolven, lage spierspanning, grote oogbewegingen hebben en wordt opgemerkt door gesloten ogen.
2. Filter de gegevens om 60 Hz interferentie en lage frequentie (<1 Hz drift)¹² te verwijderen.
3. Identificeer epochen door de presentatie van het eerste geluid in elk paar. Gemiddeld minimaal 60 epochen. Hoe meer epochen er worden gebruikt, hoe groter de signaal-ruisverhouding mogelijk is.
4. Filter het gemiddelde spoor met behulp van een banddoorlaatfilter tussen 10-50 Hz. Dit maakt het mogelijk om de component gemakkelijker te identificeren. Gebruik het gefilterde gemiddelde spoor om de P50 amplitude in reactie op de eerste en tweede stimulus onafhankelijk te meten. P50 golven worden geïdentificeerd als de eerste golf tussen 40 en 100 msec na de stimuluspresentatie; amplitude wordt gemeten van de voorgaande kuil tot de piek.
5. Deel de amplitude van de P50-golf in reactie op het tweede geluid door de amplitude van de P50-golf in reactie op het eerste geluid om een P50 sensorische gating ratio te verkrijgen.

Resultaten

P50 sensory gating-ratio's variëren over het algemeen van 0 tot iets meer dan 1,0. Waarden boven de 2 komen over het algemeen alleen voor bij P50-amplitudes onder de 1,0 μV, kunnen duiden op een slechte signaal-ruisverhouding en moeten ofwel worden weggegooid of worden afgekapt naar een waarde van 2,0 ¹¹. Gemiddelde waarden van baby's uit de algemene populatie zouden rond de 0,4 moeten liggen ¹³. Figuur 1 toont twee voorbeeldregistraties: één van een baby met typische sensory gating en één van een baby met een gebrekkige sensory gating.

P50-sensorische gating kan worden berekend door aftrekking: de amplitude van de respons op het eerste geluid minus de amplitude van de respons op het tweede geluid. Er is echter een grote variabiliteit in de attenuatie van het signaal van de bron via het hoofdhuid tot aan de meetelektrode. Factoren die de attenuatie kunnen beïnvloeden zijn onder meer de dikte van de schedel, vuil (bijv. stof/vuil) op de hoofdhuid en het vochtgehalte op het oppervlak van de hoofdhuid. Deze variatie in signaalattenuatie tussen individuen en bij hetzelfde individu over een bepaalde periode vermindert de betrouwbaarheid van de resultaten bij een aftrekkingsmethode. Daarom wordt P50-sensorische gating over het algemeen gerapporteerd als een ratio: de amplitude van de respons op het tweede geluid gedeeld door de amplitude van de respons op het eerste geluid.

P50-sensory gating-ratio's kunnen als continue maatstaf worden gebruikt. De creatie van een ratio introduceert echter extra variabiliteit. Een alternatief is om de resultaten te dichotomiseren in "normale" versus "beperkte" P50-sensory gating. Bij volwassenen worden ratio's < 0,40 als normaal beschouwd en > 0,50 als beperkt¹⁴. Ratio's tussen 0,40-0,50 worden als onbepaald beschouwd en kunnen aan beide groepen worden toegevoegd of worden uitgesloten van verdere analyse. Passende afkapwaarden voor zuigelingen zijn nog niet definitief vastgesteld; voorlopig werk suggereert echter dat afkapwaarden die vergelijkbaar zijn met die bij volwassenen passend zijn¹⁵.

Figuur 1. Voorbeelden van registraties.  Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken.

Discussie

P50 sensorisch gating wordt gezien als een weerspiegeling van een complexe interactie van remmende neurocircuits die zich voornamelijk in de hippocampus, de dorsolaterale prefrontale cortex en de thalamus bevinden¹⁶. Dus, veranderingen in P50 sensorisch gating bij zuigelingen kunnen duiden op een veranderde ontwikkeling in deze hersengebieden.

In deze hersengebieden is de remming van glutamaterge piramidale cellen door GABAerge interneuronen waarschijnlijk verantwoordelijk voor het gating proces, waarbij de remming wordt geboden door GABAerge cellen. De GABAerge interneuronen worden zelf gemoduleerd door adrenerge en cholinerge input. De adrenerge input is intermitterend en remt de interneuronen, wat hun vermogen om piramidale cellen te remmen vermindert en zo het sensorisch gating blokkeert. Een van de moeilijkheden bij het opnemen van wakkere zuigelingen is dat zelfs zeer milde stressoren, zoals het aanbrengen van elektroden, de adrenerge tonus kunnen verhogen en het vermogen om functionele gatingcapaciteiten te meten kunnen verstoren.

In tegenstelling tot de invloed van intermitterende adrenerge input, is cholinerge stimulatie van interneuronen tonisch en resulteert in verbeterde interneuronactiviteit, waardoor het sensorisch gating wordt verbeterd¹⁷. Factoren die de cholinerge input verminderen, zoals genetische fenotypes gerelateerd aan verminderde cholinerge receptorexpressie, leiden tot chronische problemen met sensorisch gating¹⁸. Evenzo vermindert verminderde neuronale afgifte van choline, zoals tijdens niet-REM-slaap, ook de interneuronactiviteit en sensorisch gating. Nicotine is een interessante verbinding, omdat acuut gebruik nicotinische cholinerge receptoren stimuleert en sensorisch gating verbetert^19,20, terwijl herhaald of chronisch nicotinegebruik geen effect heeft wanneer het alleen wordt gebruikt, maar de effecten van andere agonisten blokkeert²¹, vermoedelijk omdat chronische stimulatie leidt tot receptordesensitisatie²². Zuigelingen die prenataal zijn blootgesteld aan nicotine door moederlijke sigarettengebruik, hebben een verminderd P50 sensorisch gating¹².

Deze bewustwording van de fundamentele biologie van sensorisch gating vormde de basis voor een gerandomiseerd onderzoek naar suppletie tijdens de zwangerschap met het voedingscomponent choline, een agonist op de cholinerge receptor op interneuronen. De suppletie vond plaats vanaf het begin van het tweede trimester tot ongeveer 3 maanden na de geboorte. Zuigelingen die cholinesuppletie hadden gekregen, hadden een versnelde ontwikkeling van sensorisch gating¹⁵.

Beoordeling van het P50 sensorisch gating ratio bij zuigelingen is haalbaar²³, betrouwbaar²⁴ en stabiel tussen babytijd en vier jaar oud²⁵. Stoornissen in het P50 sensorisch gating bij zuigelingen zijn geassocieerd met prenatale risicofactoren voor latere psychiatrische aandoeningen^12,26 en met een verhoogd risico op het ontwikkelen van psychiatrische symptomen op 4-jarige leeftijd²⁷. Echter, zuigelingen met een verminderd P50 sensorisch gating zijn nooit gevolgd tot na 4 jaar oud; dus het blijft onduidelijk of P50 sensorisch gating bij zuigelingen voorspellend is voor latere psychopathologie of of inspanningen om P50 sensorisch gating bij zuigelingen te veranderen nuttig zullen zijn als primaire preventiestrategieën.

De aanpassing van het auditieve P50 sensorisch gating paradigma voor zuigelingenstudie maakt het mogelijk om vragen te onderzoeken over wanneer tijdens de ontwikkeling cerebrale remming zich ontwikkelt en wanneer die ontwikkeling misgaat voor individuen die kwetsbaar zijn voor latere aandachtsgerelateerde neuropsychiatrische aandoeningen. Soortgelijke inspanningen met andere fysiologische taken, zoals mismatch negativiteit, eye tracking en prepulsremming, kunnen andere vensters bieden naar vroege ontwikkeling. Het is te hopen dat de aanpassing van taken voor gebruik in de vroege babytijd het begrip van de ontwikkelingstijdsverloop van deze aandoeningen kan vergroten en nieuwe primaire preventiestrategieën kan suggereren¹⁷.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
E-Prime Version 2.0 Professional	Psychology Software Tools	EPR-225142	Stimulus presentatie software
Alcohol Prep Pads with Pumice	Compumedics	95000016	Reinigt de huid ter voorbereiding op elektrodeplaatsing
Ten20 Paste	Compumedics	92100032	EEG geleidende pasta die zelfklevende eigenschappen heeft om elektroden op hun plaats te houden
Grass Ag/AgCl Surface Electrodes (10mm)	Grass Technologies	FS E5SHC-48	10 mm elektroden worden gebruikt om EEG-signalen van het oppervlak van de schedel op te nemen en dienen als referentie- en grondelektroden
Grass Ag/AgCl Surface Electrodes (6 mm)	Grass Technologies	F E6SHC-48	6mm elektroden worden gebruikt om oogbewegingen (EOG) en spierspanning (EMG) van het oppervlak van de huid op te nemen
Paper Surgical Tape	Micropore	1530-0	Zwak zelfklevend tape dat wordt gebruikt om elektroden op hun plaats te houden
NuAmps Amplifier	Neuroscan	N/A	40-kanaals monopool digitale versterker voor het opnemen van EEG
Harmon/Kardon computer Speakers	Harman/Kardon	HK206	Wordt gebruikt om auditieve "clicks" te presenteren