Kwantitatieve beoordeling van Corticale auditieve-tactiele verwerking bij kinderen met een handicap

Samenvatting

Objectieve en eenvoudig meten van sensorische verwerking is uiterst moeilijk in non-verbale of kwetsbare pediatrische patiënten. We ontwikkelden een nieuwe methode om een ​​kwantitatieve beoordeling van baby-en kinderkleding corticale verwerking van lichte aanraking, spraakklanken, en de multisensorische verwerking van de 2 stimuli, zonder dat actieve deelname van een proefpersoon of het veroorzaken ongemak in kwetsbare patiënten.

Samenvatting

Objectieve en eenvoudig meten van sensorische verwerking is uiterst moeilijk in non-verbale of kwetsbare pediatrische patiënten. We ontwikkelden een nieuwe methode om een ​​kwantitatieve beoordeling van de kinderen corticale verwerking van lichte aanraking, spraakklanken en de multisensorische verwerking van de 2 stimuli, zonder dat actieve deelname van een proefpersoon of het veroorzaken van kinderen ongemak. Om dit te bereiken hebben we een dual channel, tijd en kracht gekalibreerd lucht bladerdeeg stimulator die zowel tactiele stimulatie en sham controle mogelijk maakt. We combineerden dit met het gebruik van event-related potentieel methodologie toe te staan ​​voor hoge tijdsresolutie van de signalen van de primaire en secundaire somatosensorische cortex alsmede hogere orderverwerking. Deze methodologie ook ons ​​toegestaan ​​om een ​​multisensorische reactie op auditieve-tactiele stimulatie te meten.

Inleiding

De studie van ontwikkeling corticale sensorische processen essentieel voor het begrijpen van de basis voor de meeste hogere orde functies. Zintuiglijke ervaringen zijn verantwoordelijk voor veel van de organisatie van de hersenen door middel van de kindertijd, het leggen van de basis voor complexe processen zoals cognitie, communicatie, en motorische ontwikkeling ^1-3. De meeste pediatrische studies van sensorische processen richten zich op auditieve en visuele domeinen, vooral omdat deze stimuli zijn het gemakkelijkst te ontwikkelen, te standaardiseren en te testen. Echter, tactiele verwerking van bijzonder belang bij zuigelingen en kinderen het eerste zintuig te ontwikkelen in de foetus ^4,5 en somatosensorische informatie integraal onderdeel van de functie van andere corticale systemen (bijv. motor, geheugen, associatief leren, limbische) ^6. Huidige werkwijzen beoordeling somatosensorische verwerking worden beperkt door de keuze van tactiele stimulus. Een gemeenschappelijke keuze is directe elektrische zenuw stimulatie ^7,8 , Met de kans op ongemak. Andere effectieve methoden gebruiken actieve taken zoals discriminatie, erkenning, en lokalisatie van stimuli, waarbij zowel aandacht en een hoge mate van begrip ^9. Al deze werkwijzen zijn daarom beperkt in hun gebruik bij jonge kinderen en zuigelingen.

Daarom is ons doel was om een ​​tactiele paradigma dat deze beperkingen adressen door als niet-invasieve en het verminderen van de noodzaak van een actieve deelname van een proefpersoon te ontwikkelen. Daarnaast is het nodig om een ​​gestandaardiseerd niveau van stimulatie en een sham-controle. Hiervoor ontwikkelden we de "puffer" systeem, een dual-channel, getimed, en gekalibreerd air-puff levering systeem, zodat we de effecten van lichte aanraking bij zuigelingen en andere kwetsbare bevolkingsgroepen te meten.

Functionele MRI studies toonden aan dat stimulatie door puffs lucht activeert sensorische cortex, maar de lengte en de uitdagingen van dergelijke studies, zoals immobilisatie, lengthy sessies en angstwekkende instellingen maakt ze moeilijk uit te voeren bij jonge kinderen. Daarom hebben we samen onze nieuwe levering systeem met Event Related Potential (ERP) methodiek om temporele resolutie van sensorische verwerking van lichte aanraking te bieden in een korte, kindvriendelijke testsessie.

Dit nieuwe paradigma biedt de nodige flexibiliteit om sensorische verwerking in diverse bevolkingsgroepen, leeftijden en klinische settings bestuderen. Het heeft ook het voordeel verenigbaar met auditieve stimuli, waardoor multisensory evaluaties. Tot nu toe is nauwkeurige en betrouwbare tactiele evaluatie onmogelijk geweest bij baby's of kinderen die niet in staat zijn om betrouwbaar te reageren vanwege intellectuele / taalstoornissen. Deze methode is bedoeld om deze leemte op te vullen, om te helpen bij de vroegtijdige identificatie van tekorten sensorische verwerking en interventie gedurende een periode van maximaal plasticiteit van het brein. Verbeteringen in sensorische verwerking in de kinderschoenen kan de cascade beïnvloedenvan neurologische

De volgende procedures zijn allemaal opgenomen in Vanderbilt Institutional Review Board goedgekeurde protocollen.

Protocol

1. Beoordeling van de Reactie op Light Touch

1. Plaats de elektrode net (bv. 128-kanalen geodetische sensor netto) op kind of het hoofd zuigeling. Stel sensors voor contact met warme zoutoplossing. Als op een kind, zorg kind is comfortabel zitten in ouder of verzorger schoot. Als op een kind, ervoor te zorgen dat baby is licht ingebakerd en ofwel gehouden in de armen van verzorger of in een liggende positie in een open wieg.
2. Plaats een 1 mm spuitmond 0,5 cm onder de top van de wijsvinger van de geteste kant. Plaats vinger voor een jong kind of palm voor een kind in een mal houder en veilig met klittenband proximale en distale om gezamenlijk te zorgen voor consistente afstand van pijpje in de vinger of hand. Het is absoluut noodzakelijk dat het kind houdt de juiste vinger positie tijdens de testsessie. Zorgen dat dit door het periodiek beoordelen van vinger en hand plaatsing en het hebben van kinderen met verzorger als jonge. Als het testen van een kind, stop protocolals kind huilt en bieden comfort alvorens te herstarten. Als het testen van jonge kinderen, vragen verzorger om het comfort en de zekerheid in de hele korte testperiode.
3. Begin luchtcompressor bij 40 psi door regulator klep ingangen voor tactiele stimuli leveren.
4. Run stimulus leveringsprogramma.
   1. Voor de geteste kant huidige 60 bladerdeeg stimuli willekeurig afgewisseld met 60 sham studies (een air puff geleverd via een apart mondstuk wees weg van de vinger).
   2. Niet presenteren meer dan twee herhalingen van een trekje of schijnvertoning op een rij. Varieer de inter-trial interval willekeurig tussen 2.000-2.500 msec. Het doel hiervan is om gewenning verminderen, indien een stimulus niet langer wordt waargenomen. De totale tijd voor een opeenvolging van 120 trials moet 4,5-5 min zijn.
   3. Voer de identieke protocol opnieuw voor de andere kant, als het bestuderen van asymmetrische somatosensorische stoornissen.
5. Voor de protocollen niet met aandacht voor de stimulus geen verdere set-up is nodig. Tzijn van toepassing op kinderen te testen. Voor verbetering van de aandacht bij jonge kinderen (wat resulteert in grotere specifieke ERP pieken in de opname), zorgen voor een taak.
   1. Taak bijvoorbeeld voor 5-jarigen: Beschrijf lucht rookwolken als "bellen" geblazen door "vis" in een "aquarium" (een versierde doos verbergen van de puffer apparaat). Vraag de kinderen te raden of elke "bubble" wordt geleverd door een blauwe of een rode 'vis'. Vertel het kind dat ze niet nodig hebben om en mag niets zeggen, terwijl ze het uitvoeren van deze taak (zie opgezet met mock aquarium in figuur 1).

2. Beoordeling van de Reactie op Multisensory Protocol (Auditief-tactiele Gelijktijdige vs Samengevat individuele antwoorden)

1. Doorloop stappen 1,1-1,3 zoals hierboven beschreven. Stimuli worden beschreven in Tabel 1.
2. Voer het stimulus leveringsprogramma (bv. in E-Prime software). Voor de geteste kant, een auditief-tactiele paradigma kan de volgende 4 stimuli willekeurig presenteren, met 60 proeven / stimulus: bladerdeeg, puff-/ga /, / ga / sham, schijnvertoning. Nogmaals, om de mogelijkheid van gewenning te beperken, niet meer dan twee herhalingen van een trekje of een schijnvertoning op rij presenteren in alle omstandigheden, en variëren van de inter-trial interval willekeurig tussen 2.000-2.500 msec. Elke sequentie van 240 trials moet nemen tussen 9-10 minuten.
3. Ren identiek protocol over voor de andere kant.
4. Zorg voor een geluidloze leeftijd passende cartoon bij aanvang van protocol en blijven deze gedurende de procedure om toename van de motorische artefacten voorkomen rusteloosheid, en de achtergrond dalen van grote-patiënt gegenereerd delta golven als ze zich vervelen. Bijvoorbeeld, in 5-jarigen, gebruikten we een lus van 20 min van een gekochte video, gespeeld op mute en gestart voordat elk onderwerp werd getest. Geen aandacht stimulus vereist derhalve de lus cartoon een visueel achtergrond losgekoppeld van de stimuli.

e_title "> 3. software en apparatuur Set Up

1. Om de software te programmeren, instellen van twee seriële commando's verzonden door de stimulus controle toepassing. Men identificeert het bladerdeeg, de andere de schijnvertoning. Hebben de stimulus controle toepassing stuurt u de commando naar een microcontroller.
2. Laat de microcontroller te genereren een TTL-puls (bv. 20 msec duur) aan de corresponderende digitale uitgang kanaal. Deze uitgang moet worden gesplitst in twee lijnen, een voor de digitale invoer naar de EEG-opnamesysteem en een aan de solenoïde-gated luchtkleppen. Markeer de opening van beide kleppen in de EEG data stream.
3. Meet de pols om bladerdeeg latency voor zowel echte als sham omstandigheden met een oscilloscoop en een microfoon. Deze moeten uniform, en in de orde van 10-15 msec zijn. Pas voor de latency post-opname.
4. Bereken de kracht uitgeoefend op het mondstuk PSI met een manometer en door meting van de spuitmond diameter. Gebruik de formule F (N) = druk * Ruimte. Bijvoorbeeld, de uitgeoefende kracht frOM een straal van 1 mm spuitmond 6 psi geeft F (N) = 0,03 £.
5. Om de controle applicatie voor de multisensory protocol te wijzigen, stuur twee seriële commando identificeren van een echte trekje of sham aan de microcontroller en een opgenomen toespraak geluid of stilte. Opmerking: In onze paradigma hebben we de computer gegenereerde, accent-neutrale / ga / geluid, onder anderen zoals / da /, / du /, / bu / etc gebruikt.
6. Heden auditieve stimuli via een luidspreker geplaatst in middellijn, 2 voet voor het onderwerp.
7. Lijn het geluid begin timing gelijktijdig met het begin van het bladerdeeg of de vertraging gemeten in stap 3.3, afhankelijk van de voorwaarde wenselijk de tester zijn.

4. Data Acquisition en voorbereiding

1. Kies filters en verwijzingen instellingen om gegevens op basis van standaard ERP-methodieken te proeven. Hier, gebruik dan een 1000 Hz met filters ingesteld op 0,1-400 Hz. Tijdens het verzamelen van gegevens, zie alle elektroden naar Cz en rereferenced ze offline aan een gemiddeldeleeftijd referentie.
2. Aan het segment van de gegevens, filteren de geregistreerde gegevens met de gewenste filters en segmenteren. Voor dit onderzoek gebruiken een 0,3-40 Hz bandfilter en het segment van de lopende EEG op basis van de stimulus onset een 200 msec prestimulus baseline en een 500 msec post-stimulus interval omvatten.
3. Voeren kwaliteitscontrole van de gegevens. Screenen elk segment voor motor-en oculaire artefacten zoals hoge frequentie spieractiviteit, met behulp van computer algoritmes opgenomen in de ERP-software. Volg dit scherm door een handmatige controle.
4. De geautomatiseerde screening criteria zijn als volgt vastgesteld in dit protocol, maar kan worden aangepast: voor oog kanalen, spanning> 140 mV = ogen knipperen en spanning> 55 mV = oogbewegingen.
5. Juiste gegevens uit verontreinigde proeven met een oculaire artefact correctie tool. Opmerking: Elk kanaal met spanning> 200 mV wordt beschouwd als van slechte kwaliteit. Als> 15 kanalen zijn van slechte kwaliteit, hebben we gekozen om de gehele proef voor reproduceerbaarheid redenen weggooien.
6. Gemiddelde ERP. Rereference hen om een ​​gemiddelde referentie en voer uitgangswaarde-correctie op basis van de criteria in stap 4.2 gekozen. Extract gemiddelde amplitude en piek latencies voor diverse pieken, geëxtrapoleerd uit grand gemiddelde golfvormen van vooraf gedefinieerde populaties. Opmerking: In ons geval hebben we op basis van de volgende op gevestigde literatuur van de reactie van de oudere kinderen om zenuw stimulatie ^10-14. We gebruikten P50 (30-80 msec), N70 (50-100 msec), P100 (80-150 msec), N140 (130-230 msec) en P2 (250-350 msec) pieken.
7. Alleen data van elektroden overlappende voorgeprogrammeerde locaties (figuur 2). Ontlenen gegevens voor afzonderlijke elektroden en gemiddeld binnen elke cluster.

Resultaten

Beoordeling van lichte aanraking (Figuur 3):

Kenmerken van de corticale reactie op tactiele stimulatie met het Puffer systeem: De patronen van pieken in reactie op het bladerdeeg lijken sterk op de corticale reacties verkregen middels zenuw stimulatie normale volwassenen ^10,11. De vroege respons (P50, N70, P100 pieken) weerspiegelt voornamelijk de activiteit in de primaire sensorische cortex ¹² en geen besef van de stimulatie niet...

Discussie

Deze nieuwe combinatie van lucht bladerdeeg en ERP (aangeduid als de "Puffer systeem") om corticale verwerking van lichte aanraking en tactiele-auditieve reacties te meten wordt goed verdragen door jonge kinderen met een handicap en door zuigelingen. Dit geldt voor unisensory en multisensorische versies, en of de aandachtsproblemen component niet wordt toegevoegd of in het geval van jonge kinderen. De redenen voor het succes van deze werkwijze bij de beoordeling van een jonge en kwetsbare bevolking door zowel ...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Geodesic sensor net	EGI, Inc., Eugene, OR	afhankelijk van de grootte
Net Station EEG software v. 4.2	EGI, Inc., Eugene, OR	NA
E-Prime stimulus control application	PST, Inc. Pittsburgh, PA	NA
Manometer (model 6 in, 0-60 psi)	H. O. Trerice Co, Oak Park, MI
Custom Puffer setup	Nathalie Maitre