Event-related Potentials Tijdens Target-respons Taken op cognitieve processen van Upper Limb gebruik bij kinderen studeren met Eenzijdige Cerebral Palsy

Samenvatting

Verschillende kinderen met eenzijdige hersenverlamming lijken de behouden capaciteit van hun aangedane bovenste ledemaat te negeren. Deze ontwikkelingsverwaarlozing wordt uitvoerig beschreven in de literatuur, maar de betrokken cognitieve processen zijn niet onderzocht. Om de onderliggende cognitieve factoren van de controle van de bovenste ledematen te bestuderen, werd een op gebeurtenissen gebaseerd potentiaalprotocol ontwikkeld.

Samenvatting

Unilaterale cerebrale parese (CP) is een neurologische aandoening, dat is een veel voorkomende oorzaak van invaliditeit in de kindertijd. Het wordt gekenmerkt door unilaterale motorische stoornissen die vaak overheerst in de bovenste ledematen. Naast een verminderde beweging van de aangedane bovenste lidmaat, aantal kinderen met een unilaterale CP vertonen een verminderd bewustzijn van de resterende beweging capaciteit van het ledemaat. Dit fenomeen van miskenning van de bewaarde vermogen van de aangedane bovenste ledematen wordt regelmatig genoemd als Developmental Negeer (DD). Verschillende theorieën zijn gepostuleerd DD elk suggereert iets andere richtlijnen voor therapie leggen. Toch cognitieve processen die ook kunnen bijdragen aan DD bij kinderen met een unilaterale CP zijn nooit rechtstreeks bestudeerd. Het huidige protocol is ontwikkeld om de cognitieve aspecten die in de bovenste ledematen controle bij kinderen met een unilaterale CP met en zonder DD bestuderen. Dit werd gedaan door het opnemen evenementgerelateerde potentials (ERP) tijdens target-respons taken vragen om een ​​respons hand beweging uit het lopende EEG. ERP bestaan ​​uit meerdere componenten, elk geassocieerd met een welbepaalde cognitief proces (bijv., De N1 met vroege aandacht processen, de N2 met cognitieve controle en P3 met cognitieve belasting en mentale inspanning). Door de uitstekende temporele resolutie, het ERP techniek laat toe verschillende geheime cognitieve processen voorgaande openlijke motorische reacties bestuderen en maakt het dus mogelijk inzicht in de cognitieve processen die kunnen bijdragen tot het fenomeen DD. Met behulp van dit protocol voegt een nieuw niveau van uitleg aan bestaande gedragsstudies en opent nieuwe wegen om de bredere uitvoering van onderzoek naar cognitieve aspecten van ontwikkelingsstoornissen beperkingen beweging bij kinderen.

Inleiding

Cerebral Palsy (CP) wordt gedefinieerd als een groep van neurologische aandoeningen gerelateerd aan beweging en houding stoornissen die veroorzaakt worden door verstoringen van de ontwikkeling van foetale hersenen of baby ^1. Hoewel deze beperkingen niet-progressief, worden ze geassocieerd met levenslange handicaps ^1,2. Een van de meest voorkomende subtype van CP unilateraal CP, die meer dan eenderde van de gevallen ^3. Het wordt gekenmerkt door geprononceerde motorische stoornissen aan één kant van het lichaam die vaak meer prominent in de bovenste extremiteit ^1,3 zijn. Naast de verminderde verplaatsing van het aangedane bovenste lidmaat, aantal kinderen met een unilaterale CP lijken ook niet spontaan met de resterende capaciteit van de aangedane hand in het dagelijks leven ^4-8. Dit negeren van de resterende capaciteit van de aangedane bovenste ledematen in unilaterale CP is vaak aangeduid als Developmental Negeer (DD) ^4-11.

content "> Naast de traditionele uitleg van DD gebaseerd op gedragstherapie versterking theorieën ^4, meer recente studies hebben het belang van cognitieve factoren benadrukte voor het begrijpen van DD ^5,9-11. Deze theorieën zijn gebaseerd op het idee dat bepaalde motorische stoornissen bij kinderen met unilaterale CP in feite veroorzaakt door verstoorde cognitieve processen die nodig zijn voor succesvolle doelgerichte motorische gedrag niet door de beperkingen beweging zelf. In dit opzicht DD is vergeleken met het fenomeen van post-stroke motor verwaarlozing, suggereert visueel-ruimtelijke aandacht tekorten ^{9, 11,12,.} Ook is voorgesteld dat het gebrek aan gebruik van de aangedane hand tijdens ontwikkelings periodes van cruciaal belang is niet alleen van invloed op de motorische ontwikkeling, maar wordt ook in verband gebracht met een vertraging van cognitieve processen met betrekking tot motorisch gedrag ^{5, 10.}

Hoewel DD is uitvoerig beschreven in de literatuurverschillende theorieën hebben de mogelijke bijdrage van gewijzigde cognitieve processen ^5,9-11, deze cognitieve processen met betrekking tot doelgericht motorisch gedrag zijn nooit rechtstreeks bestudeerd in unilaterale CP benadrukt. Het huidige protocol is ontwikkeld om de cognitieve aspecten die verband houden met de bovenste ledematen controle bij kinderen met een unilaterale CP te beoordelen. Het protocol beschrijft het gebruik van event-gerelateerde hersenpotentialen (ERP) uit het lopende EEG tijdens handmatige doelwitspecifieke respons taken.

ERP biedt de unieke mogelijkheid om neurale reacties die tijd vergrendeld om verschillende stadia van de verwerking in verband met een openlijke reactie zijn te meten. Dat wil zeggen, ze laten verschillende cognitieve processen met betrekking tot doelgerichte motorische reacties zoals reactie selectie, reactie voorbereiding en respons inhibitie processen te bestuderen. Bovendien ERP bestaan ​​uit verschillende onderdelen, elk geassocieerd met verschillende cognitieve processen (bv., De N1 met vroege attention processen, de N2 met cognitieve controle en de P3 met cognitieve belasting en mentale inspanning). Ook het gebruik van ERP tijdens een eenvoudige handleiding target-response taak stelt ons in staat om direct te bestuderen verschillende cognitieve processen die verband houden met de verschillende stadia van verwerking bovenste ledematen controle bij kinderen met een unilaterale CP met en zonder DD.

Protocol

Goedkeuring voor verschillende experimenten met deze experimentele ontwerp werd verkregen uit de lokale Ethische Commissie van de Faculteit der Sociale Wetenschappen (ECSW) van de Radboud Universiteit Nijmegen, alsook door de regionale Medical Research Ethics Committee, de CMO Arnhem-Nijmegen (registratie nummer: 2012 / 049; NL nr .: 39607.091.12).

1. Deelnemers

1. Alleen onder kinderen die zijn gediagnosticeerd met een unilaterale CP als gediagnosticeerd door een medisch specialist (bijvoorbeeld neuroloog, kinderarts).
   Opmerking: De ERP protocol cognitieve aspecten beoordelen onderliggende bovenste extremiteit motor control is ontwikkeld voor kinderen met een unilaterale CP, maar is niet beperkt tot deze groep.
2. Alleen onder kinderen ouder dan 5 jaar ^10,11.
   OPMERKING: Jongere kinderen misschien niet in staat om aandacht te besteden aan de taak tijdens de hele procedure.
3. Kinderen met ernstige visuele en auditieve beperkingen uit te sluiten.
   AANTEKENING: Het wordt aanbevolen om kinderen die slechts lichte visuele en auditieve beperkingen, indien zij in staat zijn om de taak uit te voeren en geen verschillen met betrekking tot responssnelheid of nauwkeurigheid in vergelijking met kinderen die deelnemen zonder visuele handicap bevatten. Echter, moet mogelijk waardeverminderingen worden gespecificeerd in een later verslag en eventueel gecontroleerd voor in de laatste analyses.
4. Tot slot sluiten de kinderen die niet kunnen voldoen aan de taak zijn te wijten aan mogelijke cognitieve stoornissen en / of gedragsstoornissen.
5. Vóór de EEG-meting, een getrainde ergotherapeut en / of fysiotherapeut beoordeelt de kinderen ten opzichte van de handmatige vermogen (MACS) van de aangedane hand ¹³ en de mogelijke aanwezigheid van DD.
   1. DD bepalen, berekent een index vergelijken van de typische gebruikshoeveelheid van de aangedane hand en arm tijdens spontane dagelijkse activiteiten (performance) van de kwaliteit van de hand / arm skill onder ideale omstandigheden (capaciteit) ^14,15 . Om dit te doen gebruiken valide en betrouwbare tests voor de beoordeling van de hand de capaciteit en prestaties van de hand ^16. Aanbeveling: Gebruik indices die eerder zijn gebruikt en bij voorkeur gevalideerde ^14,15. Het gebruik van de VOAA-DDD-R voor het bepalen van DD is zeer aan te bevelen, als de psychometrie van deze taak zijn gepubliceerd ^14.
   2. Aangezien handmatige vermogen en DD tijd veranderen (bijv., Door behandeling resultaten), plant deze beoordeling kort vóór of na de EEG-meting (bij voorkeur binnen dezelfde week).
6. Bovendien verzamelt demografische gegevens van de kinderen (bijv., Leeftijd, geslacht, medicatie en beslag historie) kunnen deze variabelen rekening te houden (bv., Bij het ​​matchen groepen of interpreteren van resultaten).

2. Ontwikkeling van de Visual Target-respons Task

1. Schrijf een script voor de geautomatiseerde visuele target-response taak. Zie Aanvullende CodeBestanden voor een voorbeeld script.
   1. Om de visuele stimuli op een computerscherm te presenteren, gebruik dan een stimulans levering en experimentele controle programma dat de tijd nauwkeurig genoeg om de tijd opgesloten markers te sturen naar de EEG-signaal wanneer een stimulus wordt gepresenteerd. Voor het registreren van reacties, gebruik maken van een apparaat dat de tijd nauwkeurig (1 msec) knop indrukt registreert en levert aanverwante stimulans markers op de EEG computer (zie tabel van Materialen).
   2. Voor visuele stimuli gebruikt heldere vormen gepresenteerd op een witte achtergrond die gemakkelijk te herkennen (voorbeelden zijn vormen of eenvoudige objecten) en gemakkelijk te onderscheiden zijn (bijv., Op basis van kleur, vorm, grootte). Aanbevolen zijn eenvoudige grafische ontwerpen in plaats van complexe stimuli zoals foto's.
   3. Volg de onderstaande aanbevelingen om ERP-experimenten te ontwerpen voor kinderen. Let op: Het ontwerpen van ERP-experimenten voor kinderen is vaak een uitdaging, omdat kinderen een beperkte capaciteit om te voldoen aan de lange herhaalde experimenten kunnen hebben.
      1. Huidige stimuli die groot genoeg zijn gemakkelijk te herkennen door het kind (aanbevolen: 7 x 7 cm).
      2. Bovendien gebruiken voorkeur stimuli die aantrekkelijk zijn voor kinderen om aandacht van kinderen houden taak (bijvoorbeeld Smiley's). Figuur 1 toont een experimenteel protocol dat gebruikt kan worden bij jonge kinderen van verschillende cognitieve processen tijdens simpele handbewegingen bestuderen.
   4. Zorg ervoor dat u duidelijk verschillende stimuli voor rechts vs. linkerhand beweging initiatie bevatten. Dit maakt het mogelijk de verschillende verwerkingsfasen betrokken bij bewegingen van zowel de getroffen en de minder aangedane hand bij kinderen met een unilaterale CP te vergelijken. Dit binnen-subject ontwerp maakt deelnemende kinderen om te dienen als hun eigen controle deelnemer (beïnvloed vs. minder aangedane hand).
      1. Aanbeveling: Aanwezig stimuli aan de linker- of de rechterkant van het scherm om respectievelijk opwekken links of rechts handbewegingen. Control voor stimulus lateralisatie, omvatten een achtergrond-stimulus naar de andere kant van het scherm.
   5. Hebben dezelfde hoeveelheid prikkels aan de getroffen als de minder aangedane zijde. Gebruik een minimum van 20 herhalingen per stimulus-categorie om middeling van de event-related potentials ¹¹ mogelijk te maken. Echter, ervoor te zorgen dat de lengte van het experiment niet meer dan 10 min als kind misschien niet in staat om bij te wonen om een ​​langere taak procedure. Eerder ERP studies bij kinderen met CP rapport protocollen tussen 4,5 en 10 min ^10,11,17,18. Indien een langere protocol wordt gebruikt, laat het kind een pauze na 10 min en daarna voortzetten.
2. Voor het opnemen van de reacties op de gepresenteerde stimuli, bieden twee grote respons knoppen (aanbevolen: diameter: 9,5 cm, hoogte: 5,5 cm) met een zeer lage respons kracht eisen om ervoor te zorgen dat ook kinderen met aanzienlijke beperkingen beweging zijn gemakkelijk in staat om te reageren.
3. Adapt het onderzoek paradigma om cognitieve processen van belang te meten en uit te sluiten mogelijke alternatieve verklaringen van de gegevens.
4. Voorbeeld van een experimenteel ontwerp: Cued Go / Nogo Taak (figuur 1)
   1. Voor een cued go / nogo taak reactie selectie, reactie voorbereiding als respons inhibitie, heden vier verschillende soorten visuele stimuli te bestuderen: background-stimuli (geïmplementeerd als een nulmeting van de visuele stimulus verwerking), cue-stimuli voor de linker- en de rechterzijde (geïmplementeerd stimulus selectieprocessen bestuderen), go / target-stimuli voor de linker- en de rechterzijde (geïmplementeerd reactie bereidingswerkwijzen studie) en Nogo-stimuli voor de linker- en de rechterzijde (geïmplementeerd responsinhibitie processen te bestuderen ).
   2. Aanbeveling: De huidige achtergrond-en cue-stimuli voor 1000 msec. Heden doel-stimuli totdat een antwoord wordt gemaakt. Present nogo-stimuli voor 1500 msec. Houd de inter-stimulus interval (ISI) tussen cue- en target / nogo-stimuli vastgesteld (aanbevolen: 1000 msec). Houd de ISI na elke juiste antwoord volgende doel of ga stimuli random (aanbevolen: tussen 1000-1500 msec).
   3. Om verstorende excentrieke activiteit aanwezig doel- en Nogo-stimuli in een equiprobable manier voorkomen.
      Opmerking Hoewel dit paradigma vermindert effecten van remming van de Nogo-stimuli ^19, laat een meer directe vergelijking van de ERP opgewekt door zowel de doel- en Nogo-stimuli.
   4. Na elke juiste respons op een doel-stimulus of juist geremd reactie op een Nogo-stimulus presenteren een vorm van motiverende feedback (bv. Een korte lachend geluid).

3. De Data Acquisition System

LET OP: Voor metingen met kinderen een mobiele EEG-lab wordt sterk aanbevolen. Een mobiele lab maakt het uitvoeren van het onderzoek in een omgeving die vertrouwd is met het kind (bv., School, revalidatiecentrum, thuis).Als een mobiele EEG setup niet beschikbaar is, ervoor te zorgen dat het kind is comfortabel met de testomgeving. Tijdens EEG voorbereiding is het raadzaam om wat afleiding / entertainment voor het kind (bv., Het kijken van een film).

1. Gebruik twee computers: een presentatie van de stimuli en een tweede computer te registreren en digitaliseren van de EEG. Sluit de computers, zodat die gebeurtenis codes naar de EEG digitalisering computer kan worden verzonden wanneer een gebeurtenis van een soort optreedt (bv., Stimulus, respons).
2. Bij de keuze van de elektrode-versterkersysteem gebruikt een actieve elektrode systeem (sterk aanbevolen) om de signaal-ruisverhouding te verminderen.
   OPMERKING: actieve elektroden verbeteren van de signaal-ruisverhouding, omdat de eerste stap van amplificatie wordt uitgevoerd op de plaats van de elektrode, waardoor het effect van tussenliggende ruissignalen minimaliseren. Een groot voordeel van deze actieve elektrode systeem is dat een elektrisch geïsoleerde kamer is niet nodig tijdens de EEG-registratie toelaatmeten vrijwel elke omgeving.
   1. Zelfs met een actieve elektrode systeem, wees niet te meten in de buurt van elektrische of mechanische apparaten.
3. Kies het nummer van de elektroden op basis van de vraag onderzoek en studie bevolking. Een 32-kanaals elektrodensysteem (samen met een 32-kanaals EEG versterker) is voldoende voor het bestuderen meeste cognitieve processen bij verschillende verwerkingsstadia van bovenste lidmaat controle bij kinderen.

4. Elektrofysiologische Recordings

1. Begin met het reinigen van de huid op de plaats waar de referentie-elektrode is geplaatst om de impedantie te verlagen (aanbeveling: plaats de referentie-elektrode aan de linkerkant mastoideus bot en andere werkzame elektrode rechts mastoid bot offline re verwijzingen naar gekoppelde mastoids).
   1. Reinig de huid op de referentie-elektrode plaatsing door voorzichtig het toepassen scrub crème om dode huidcellen te verwijderen en schoon te maken met alcohol tot vette sub verwijderenhoudingen.
   2. Daarnaast, het reinigen van het voorhoofd en de huid rond de ogen voor de EOG (electro-oculogram) elektroden (meer informatie over EOG opnames in stap 4.6). Wees voorzichtig bij het schrobben van het gezicht, kan de huid hier erg gevoelig.
2. Alvorens de dop op de deelnemers aan het hoofd, het meten van de hoofdomtrek aan de dop maat te bepalen. Om de omtrek te bepalen, plaatst een meetlint op het breedste punt van de kop, net boven de oren.
3. Breng de dop met de bijbehorende grootte en controleer of het in de juiste positie.
   1. Hiertoe meet de afstand tussen Inion (uitstulping van de occipitale bot aan de achterkant van de schedel) en Nasion (punt waar de bovenkant van de neus aan de rand van het voorhoofd) en tussen de linker en rechter inter-aurale inkepingen . Plaats de Cz elektrode op exact 50% van deze afstanden. Met een kap zorgt ervoor dat bij Cz juist ligt boven het centrale vertex alle andere electrodes worden automatisch gepositioneerd op de standaard plaatsen volgens de internationale 10-20 systeem ^20.
4. Plaats de elektroden volgens de internationale 10-20 systeem ²⁰ met behulp van de nummers op de dop en elektroden.
   1. Lokaliseren elektroden op vijf middellijn sites (Fz, FCZ, Cz, Pz en Oz) en 24 laterale sites (FP1 / 2, F7 / 8, F3 / 4, FC5 / 6, FC1 / 2, C3 / 4, CP5 / 6, CP1 / 2, P7 / 8, P3 / 4, T7 / 8, O1 / 2) schattingen van scalp verdelingen mogelijk maken ruimtelijke vinden maxima van de ERP componenten van belang in de offline verwerking (zie figuur 2).
   2. Als de referentie-elektrode aan de linkerkant mastoideus bot wordt geplaatst, plaatst één elektrode op de juiste mastoid bot verbonden referentie-opname. Plaats de grond elektrode op afz (zie figuur 2 voor het schema van plaatsing van de elektroden).
5. Vul de elektroden met geleidende gel door het invoegen van een stompe naald door de elektroden. THij gel maximaliseert huidcontact en werkt als een buigzame verlenging van de elektroden. Om de impedantie te verlagen, voorzichtig schuren van de huid onder de elektrode. Wees voorzichtig om te veel geleidende gel niet van toepassing als gel zou kunnen krijgen in contact met de gel van een aangrenzende elektrode, waardoor het signaal te verstoren.
6. Co-registreren op EOG naar de EEG-signaal voor oogbewegingen te corrigeren tijdens de offline verwerking van gegevens.
   OPMERKING: Vooral bij kinderen is het moeilijk om oogbewegingen artefacten te vermijden alleen via instructie. Co-registratie van dit EOG signaal vervolgens corrigeren voor de elektrische activiteit die door de ogen, daarom is een aanrader voor deze deelnemers.
   1. Hiertoe plaatst EOG elektroden rondom de ogen van de kinderen.
   2. Als de huid van kinderen zeer gevoelig is, proberen om de plaatsing van vier EOG elektroden te vermijden. In plaats daarvan alleen plaats twee EOG elektroden met een van de actieve elektroden onder het rechteroog en één op de buitenste buswaardoor het rechteroog. Bij de toepassing van een oculaire correctie tijdens de offline data verwerking, gebruik F7 en FP2 elektroden als referentie elektroden voor EOG opname.
7. Houd de elektrode-impedantie onder 20 kOhm met een impedantiemeter terwijl de elektroden te bevestigen.
   NB: Het is aanbevolen om een ​​versterker dat dit als een ingebouwde functie te gebruiken.
8. Gebruik digitaliseringssoftware te digitaliseren en neem het EEG-signaal volgens de instructies van de fabrikant. Gebruik de volgende aanbevolen instellingen voor de opname: digitaliseren bij 1000 samples / sec en online filter tussen 0,016 en 250 Hz.

5. Het uitvoeren van Target-respons Task Tijdens EEG Recording

1. Plaats de laptop of computerscherm ongeveer 40 cm voor het kind. Zoek de twee rode knoppen naast de laptop toetsenbord, een aan de rechterkant en een aan de linkerkant. Houd de afstand tussen de knopen bij 30 cm naar poss ondervangenbaarheid dat de verkeerde kant wordt gebruikt om druk op de knop. Vinden kinderen de handen iets boven de twee rode knoppen met ellebogen op tafel.
2. Instrueer het kind om zo snel mogelijk te reageren op de target-stimuli door op de rode knop aan de zijkant van het doel-stimulus (rechter knop voor rechts stimulus presentatie, linkerknop voor links stimulus presentatie). Als nogo-stimuli worden opgenomen, te instrueren het kind om hun reactie te remmen wanneer een nogo-stimulus wordt gepresenteerd.
3. Voer een korte proefsessie. Zorg ervoor dat alle stimuli die worden gebruikt in het experiment weergegeven ten minste eenmaal tijdens deze proef sessie. Echter, zo kort mogelijk (ongeveer 1 min zonder onnodige herhalingen) ter voorkoming induceren vermoeidheid later in het protocol houdt deze proef sessie.

6. Offline Data Processing

1. Gedrags gegevensverwerking
   1. Definieer gedragsmatige variabelen (bijvoorbeeld fouten, reactie keer) voor het verwerken van de EEG-data. Het is belangrijk dat ERP gegevens overeenkomen met de gedragsgegevens (bv dat alleen onderzoek met juiste antwoorden worden gebruikt voor gemiddeld ERPs).
   2. Aanbevelingen: Definieer fouten valse hits, weglatingen volgende doel-stimuli (bv respons na cue- en nogo-stimuli binnen 2000 msec.) (Aanbevolen: geen antwoord binnen 2000 msec) alsook foutieve reacties (verkeerde knop of beide knoppen ingedrukt tegelijkertijd). Afhankelijk van de onderzoeksvraag, kunnen onderzoekers willen deze fouten in de RT en ERP-gegevens uit te sluiten.
2. Elektrofysiologische data verwerking voor ERP-analyses (aanbevolen stappen)
   OPMERKING: Kies data analysesysteem dat geschikt is voor het analyseren van de data gericht op beantwoording specifieke vraagstelling. Verschillende systemen zijn beter geschikt voor verschillende analyses doeleinden (bv., ERP analyseert versus frequentie analyses). Het is mogelijk om onafhankelijkely programma deze software alsmede het gebruik van een commercieel EEG analyse-systeem. De onderstaande instructies zijn specifiek voor BrainVision Analyzer. Met behulp van BrainVision Analyzer is slechts één van de vele beschikbare opties om ERP-gegevens te analyseren.
   1. Wanneer een gekoppelde referentie-opname werd gekozen (referentie elektrode geplaatst op een van de rotsbeen en een actieve elektrode geplaatst anderzijds mastoid bot), opnieuw referentie het signaal van elk EEG elektrode gekoppelde mastoids. Selecteer het kanaal geplaatst op de juiste mastoideus bot als een nieuwe referentie-kanaal en ook de impliciete verwijzing in de berekening van de nieuwe referentie (Transformations -> Channel Preprocessing -> New Reference).
   2. Breng een oculaire correctie door het signaal dat van de verticale en horizontale EOG kanalen (bijv., Gratton en Coles ^21). Als er slechts twee EOG kanalen werden gebruikt, gebruik F7 en Fp2 elektroden als referentie-elektroden voor de EOG kanalen (Transformations -> Ocular Correction).
   3. Breng een geschikt filter (Transformations -> Data Filtering -> IIR filters). Voor ERPs opgenomen kinderen is het aanbevolen om een ​​high-pass filter met een afsnijfrequentie van 0,5 Hz en een laagdoorlaatfilter dat niet groter is dan 40 Hz.
   4. Segment van het signaal met betrekking tot de verschillende stimuli in gelijke segment tijdperken op basis van de verschillende marker posities (Transformations -> segment Analyse Functies -> Segmentatie -> Maak een nieuwe segmenten op basis van een marker positie). Voor ERP na de presentatie van visuele prikkels te gebruiken segmenten van 250 msec voor de prikkel tot ten minste 750 ms na de stimulus (aanbevolen). Bovendien sluiten de tijdperken van onjuiste trials (valse treffers en omissies) door middel van Booleaanse selectie.
   5. Detrend het signaal te corrigeren voor afwijkingen in het signaal (Transformation -> Segment Analysis functies -> DC Detrend).
   6. Breng een artefact afwijzing elk segment voor motor screenenen oculaire artefacten zoals hoge frequentie spieractiviteit en verwijder segmenten bevatten artefacten van meer dan ± 150 mV. Aanbeveling: gebruik maken van de semi-automatische modus om meer inzicht te krijgen in welke data verwijderd hebben (Transformations -> Artifact Afwijzing -> Semi-Segment Selectie).
   7. Breng een geschikte uitgangswaarde correctie (Transformations -> Segment Analysis functies -> Baseline Correction). Aanbeveling: Voor ERP na de presentatie van visuele stimuli gebruik een basislijn correctie van -250 msec tot de presentatie van de stimulus.
   8. Het gemiddelde van de segmenten per soort stimulus en de hand (beïnvloed vs. minder getroffen) (Transformations -> Segment Analysis functies -> Gemiddeld).
   9. Tot slot, export betekenen amplitudes van verschillende toppen van belang (Export -> Informatie over het gebied). Aanbeveling: Om blind scoren toe te staan, bepalen de gemiddelde waarde binnen een bepaalde wachttijd venster. Om de juiste latency venster voor het bepalenbestudeerde groep, vinden het maximum van de piek van belang in de grand-gemiddelde ERP van alle kinderen en definieer een raam het bereiken van 50% van deze waarde voor en na de piek. Gebruik dit venster om de gemiddelde waarde van deze component venster exporteren voor alle individuele deelnemers ^22.
   10. Aanbeveling: Als het huidige onderzoek protocol is gericht op het bestuderen van de verschillen in informatieverwerking en cognitieve vaardigheden, de gegevens van middellijn elektroden. Endogene componenten als gevolg van verschillen in informatieverwerking en cognitieve vaardigheden zijn duidelijk zichtbaar en herkenbaar over de vertex vanwege de wijdverspreide activiteit en besmeurd hoofdhuid topografie van de signalen.
       OPMERKING: In eerdere studies met dit protocol, de gegevens van Fz, FCZ en Cz elektroden werden gebruikt voor data-analyses ^10,11.

Resultaten

De beschreven protocol is gebruikt in eerder gepubliceerde onderzoek dat de onderliggende cognitieve factoren die bijdragen aan het fenomeen van de Developmental Negeer (DD) bij kinderen met een unilaterale cerebrale parese (CP) ^10,11 bestudeerd. Twee enigszins verschillende protocollen werden gebruikt in deze publicaties verschillende cognitieve processen van een doelgericht met de hand respons naar een doel ontwarren. In beide artikelen significante verschillen in cognitieve processen tussen groepen (DD en Nodd) werden gevonden in reactie op de presentatie op de middellijn elektroden (Fz, FCZ, Cz) stimulus richten. De representatieve resultaten tonen dus gebeurtenisgerelateerde hersenpotentialen (ERP) opgewekt door doel-stimuli (opgewekt in een go / Nogo-task zie figuur 1) bij kinderen met een unilaterale CP met en zonder DD. De gepresenteerde cijfers zijn gebaseerd op opnames van 24 kinderen met een unilaterale CP tussen 5 en 11 jaar oud.

Gemiddeld over proeven en deelnemers produceert een ERP golfvorm die bestaat uit een reeks van positieve en negatieve doorbuigingen:. De ERP-onderdelen Figuur 3 toont de grand-gemiddelde ERP van 24 kinderen met een unilaterale CP in reactie op visuele doel-stimuli (zoals weergegeven in figuur 1). Figuur 3A toont de grand-gemiddelde ERP bij FCZ elektrode positie voor een gedetailleerde weergave van de verschillende mogelijkheden. Het toont afzonderlijk potentieel voor stimulus aan de aangedane zijde (AS) en de minder aangedane zijde (LAS). Figuur 3B toont de weergave van de potentialsacross de hoofdhuid. Deze grand-gemiddelde ERP's tonen de gemiddelde reactie op stimuli gepresenteerd aan beide zijden, de getroffen (AS) en de minder aangedane zijde (LAS). Het grand-gemiddelden weergegeven in de figuren 3A en 3B bevatten een duidelijke N1 en P2 component. In plaats van een klassieke P3, een late latency negatieve component (NC) wordt waargenomen bij fronto-centrale hoofdhuid positie volgende target-stimuli. Dit fronto-centrale negatieve golf in kinderen werd eerder gemeld vergelijkbaar met de klassieke P3 golf bij volwassenen ²⁰ te zijn en heeft in target-respons taken herhaaldelijk waargenomen bij kinderen met een unilaterale CP ^10,11.

Figuur 4 toont de groep verschillen in ERP tussen kinderen met een unilaterale CP met en zonder DD. Figuur 4A toont de grand-gemiddelde ERP voor beide groepen (DD en Nodd) en aan weerskanten (aangetast en minder aangedane zijde) afzonderlijk. Voor beide groepen componenten N1 en P2 en de recente latency negatieve component kan worden waargenomen. De negatieve golf in de P3-domein significant groter in de DD-groep (p <0,05). Bovendien kunnen aanzienlijke verschillen tussen de amplitude van de component N1 worden waargenomen tussen groepen. Voor statistischeanalyseert de gemiddelde waardes binnen vastgestelde latentie ramen geanalyseerd. Significante verschillen af te beelden, zijn staafdiagrammen vaak gebruikt als getoond in figuur 4B. Om de verschillen tussen de twee groepen te interpreteren, er overvloedige literatuur dat elke ERP om een ​​specifieke cognitieve in verband staan. Wanneer significante groepsverschillen gevonden literatuur te gebruiken voor correcte interpretatie van de betekenis van deze verschillen. Hoe de bevindingen van deze representatieve resultaten zijn gerelateerd geïnterpreteerd op de onderzoeksvragen is gedocumenteerd in de bijbehorende publicaties ^10,11.

Naast de gegevens uit het ERP opnames verschillende target-respons taken genereren ook gedragsgegevens die kunnen worden gebruikt voor extra analyses. Reactietijden (tijd uit doel presentatie aan druk op de knop) en fouten (bijv., Omissies volgende target-stili) kan worden gebruikt als afzonderlijke extra afhankelijke variabelen. Bij het ​​bestuderen van kinderen met een unilaterale CP verschillen in reactietijden tussen beide handen (beïnvloed vs. minder risico) te verwachten ^10,11 zie figuur 5. Zelfs indien verschillen op ERP's worden waargenomen, is het mogelijk dat gedragsmetingen tonen geen verschillen tussen groepen ^10.

Een andere mogelijkheid om met behulp van reactietijden en fout scores als afzonderlijke afmetingen is om een ​​gecombineerde score gebruikt door het berekenen van de Inverse Efficiency Scores (IES). De IES worden bepaald door de gemiddelde reactietijd gedeeld door het aantal juiste antwoorden uitgedrukt in milliseconden ^23. Deze methode wordt beschouwd als bijzonder nuttig taken met lage (<10%) ^{2 3} fouten zijn. Aangezien het huidige protocol suggereert heel makkelijk doelwit-response procedures, wordt een lage foutenpercentage verwacht en heeft document geweested in eerdere gepubliceerde werk ^10,11.

Figuur 1. Voorbeeld van een doel-respons task experiment geschikt om ruime leeftijdsgroep. Het voorbeeld bestaat uit visuele stimuli paren Smiley figuren gepresenteerd tegen een witte achtergrond. Twee verschillende soorten onderzoeken worden getoond: target-proeven voor de rechterhand (links) en nogo-proeven voor de rechterhand (rechts). Beide studies omvatten achtergrond- en cue- stimuli. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2. Schematische voorstelling van de plaatsing van de elektroden op basis van het internationale 10-20 systeem. De witte elektroden geven de toegepaste placement van de 32 actieve elektroden verbonden mastoid referentie positie en twee actieve elektroden voor EOG meting. De oranje elektrode is de referentie-elektrode. De grijze elektrode geeft de aardelektrode. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3. Vertegenwoordiger van grand-gemiddelde ERP volgende doel-stimuli. Grand-gemiddelde ERP golfvormen van 24 kinderen met een unilaterale CP tijd opgesloten te stimuli richten. (A) Grand-gemiddelde ERP bij FCZ elektrode positie. De doorlopende lijn geeft de ERP volgende target-stimulus presentatie aan de minder aangedane zijde (LAS). De gestippelde lijn vertegenwoordigt de ERP volgende target-stimulus presentatie aan de aangedane zijde (AS). De tijdvensters arond de maxima van de verschillende onderdelen van belang (N1, P2 en P3 / NC) worden gemarkeerd. (B) De vertegenwoordiging van de grand-gemiddelde ERP over de hoofdhuid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4. Representatieve grand-gemiddeld ERP na doelwitspecifieke stimuli tonen verschillen tussen twee groepen. (A) Grand-gemiddelde ERP golfvormen van dezelfde 24 kinderen met een unilaterale CP zoals aangegeven in figuur 3, de tijd vergrendeld tot stimuli richten. Twaalf kinderen werden geclassificeerd als DD. De blauwe lijnen geven de ERP's van kinderen met een unilaterale CP zonder DD (Nodd; N = 12). De oranje lijn geven de ERP voor kinderen met DD (DD; N = 12). De continue lijnen gevende ERP volgende target-stimulus presentatie aan de minder aangedane zijde (LAS). De gestippelde lijnen geven de ERP volgende target-stimulus presentatie aan de aangedane zijde (AS). De tijdvensters rond de maxima van de verschillende componenten van belang (N1, P2 en P3 / NC) worden gemarkeerd. (B)   P3 / Nc amplitudes (gemiddelde ± SEM mV) aan doel-stimuli zoals weergegeven in figuur 3A. De blauwe balken geven de gemiddelde waarden van P3 / Nc amplitude voor kinderen zonder DD. De oranje balken geven de gemiddelde waarden van P3 / Nc amplitude voor kinderen met DD. De duidelijke balken geven de resultaten van de minder aangedane zijde (LAS). De gestreepte balken geven de resultaten van de aangedane zijde (AS). Het sterretje geeft een significant (p <0,05) verschil tussen beide groepen met betrekking tot de P3 / Nc amplitude. Klik hier om een grotere versie van deze f bekijkenIGUUR.

Figuur 5. Representatieve reactietijd gegevens tonen van verschillen tussen de getroffen en minder aangedane hand. Afgebeeld zijn gemiddelden ± SEM. De grijze balk toont de gemiddelde reactietijd op van 24 kinderen met een unilaterale CP-stimuli te richten met hun minder aangedane hand. De zwarte balk toont de gemiddelde reactietijd op van dezelfde kinderen met hun aangedane hand-stimuli te richten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Dit artikel presenteert een protocol ontwikkeld om de cognitieve processen die verband houden met de controle van verplaatsingen tijdens eenvoudige armbewegingen bij kinderen met een unilaterale cerebrale parese (CP) en Developmental Negeer (DD) rechtstreeks te beoordelen. Eenzijdige CP is een non-progressieve neurologische aandoening die wordt gekenmerkt door tekorten beweging aan één kant van het lichaam, vooral die van de bovenste ledematen ^1,3. Kinderen met DD tonen een minachting van de bewaarde capaciteit van hun aangedane hand tijdens spontane dagelijkse activiteiten ^5. Het huidige protocol is ontwikkeld om de cognitieve mechanismen die kunnen bijdragen tot het verschijnsel van DD met als doel verbetering van bestaande procedures voor revalidatie deze kinderen ontrafelen. Door het gebruik van dit protocol waardevolle nieuwe inzichten verkregen over de achterliggende cognitieve processen met betrekking tot eenvoudige armbewegingen bij kinderen met DD ^10,11.

Van cruciaal belang voor deze protocol is het gebruik van event-gerelateerde hersenpotentialen (ERP) tijdens een zeer gemakkelijk uitvoerbaar doelwitspecifieke respons taak. De eenvoud van het uitvoeren van de taak zorgt voor de integratie van jonge kinderen met bewegingsbeperkingen. Opname ERP tijdens de taak wordt gebruikt als een krachtig niet-invasieve beeldvormende techniek die neurale activiteit gemeten met een hoge tijdsresolutie. Met behulp van dit protocol maakt voor de studie van de cognitieve aspecten afzonderlijke verwerkingsstappen de bovenste ledematen controle bij kinderen met een unilaterale CP. Als zodanig strekt behavioral onderzoek naar de neurofysiologische niveau. Bovendien kan het protocol gemakkelijk worden aangepast door de presentatie van verschillende stimuli (bv., Cue-stimuli, nogo-stimuli) of aanpassen van stimulus presentatie tijd en inter-stimulus intervallen. Het is dus mogelijk om verschillende cognitieve processen die betrokken zijn bij de bovenste ledematen controle rechtstreeks te beoordelen (bv., Reactie voorbereidingen versus reactie remming).

Naast het idee dat bepaalde motorische stoornissen bij kinderen met een unilaterale CP eigenlijk veroorzaakt door verstoorde cognitieve processen, een ander belangrijk aspect dat zou kunnen bijdragen aan de waargenomen motorische stoornissen bij kinderen met DD is een mogelijke sensorisch tekort ^18. Als gevolg van letsel aan specifieke thalamocorticale en corticocortical paden sommige kinderen met een unilaterale CP geen accurate zintuiglijke feedback van hun bewegingen ^24. Dit heeft voorgesteld om tot een onderbenutting van de aangedane hand, dwz., DD. Het huidige protocol niet direct beoordelen dit mogelijk zintuiglijke tekort. Voor een gedetailleerde evaluatie van de verschillende zintuiglijke verwerking bij kinderen met een handicap beweging, verwijzen we naar het werk van Maitre en Key (2014) ^25.

Nauwkeurige en betrouwbare resultaten te garanderen, zijn er een paar kritische punten in gedachten te houden. Voordat een EEG experiment is het allereerst van belang de bijbehorende lim begrijpenitations van deze techniek. De relatief slechte ruimtelijke resolutie en de moeilijkheid afleiden subcorticaal activiteit zijn belangrijk om te overwegen. Als de onderzoeksvraag is gericht op het neuro-anatomisch lokaliseren specifieke processen tijdens de bovenste ledematen controle, moeten alternatieve neuroimaging methoden worden beschouwd (bv., (F) MRI). Er moet echter duidelijk worden gesteld dat de niet-invasieve karakter van EEG en de mogelijkheid om een ​​mobiel laboratorium te meten locaties die bekend het kind biedt een enorm voordeel ten opzichte van andere technieken.

Naast de slechte ruimtelijke resolutie van EEG-metingen, het geluid geïntroduceerd door knippert en spieractiviteit is ook nadelig. Vooral bij kinderen is het heel moeilijk om geschikte instructies om deze artefacten te reduceren. Het is daarom erg belangrijk om een ​​protocol dat de aandacht van de kinderen houdt en niet te lang te gebruiken.

De huidige protocol biedt nieuwe empirische inzichten in de achterliggende cognitieve processen die bijdragen aan het verschijnsel van DD bij kinderen met een unilaterale CP ^10,11. Deze inzichten kunnen van grote waarde zijn niet alleen voor een beter begrip van DD, maar ook voor het individualiseren van de huidige therapieën. Bovendien is het vermogen van dit protocol om direct onderliggende cognitieve factoren van de bovenste ledematen controle te beoordelen zou kunnen leiden tot een mogelijke bredere toepassing voor onderzoek naar cognitieve aspecten die verband houden met de ontwikkeling van de beweging bij kinderen te geven.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
"Presentation" stimulus delivery and experimental control program for neuroscience	NeuoBehavioralSystems		bedrijfswebadres: http://www.neurobs.com/index_html Alternatieve stimulus presentatie software kan worden gebruikt
Button Box, voor nauwkeurige tijdregistratie (1ms) van drukknoppen	TSG, Radboud Universiteit Nijmegen		bedrijfswebadres: http://tsgdoc.socsci.ru.nl/ index.php?title=ButtonBoxes Alternatief apparaat voor drukknopregistratie kan worden gebruikt
BrainAmp DC 32 kanalen EEG/EP systeem, met BUA 128 USB interface S/N: AMP13061963DC, BUA128-1302289, EIB13010349	MedCaT B.V.	BP-01100	bedrijfswebadres: http://www.medcat.nl/Research/acticap.htm Voor metingen bij kinderen wordt een mobiel EEG-lab sterk aanbevolen
Acticap 32 kanaals standaard elektrodenset S/N: aCAP11101664, aEB13032942	MedCaT B.V.	BP-04200	bedrijfswebadres: http://www.medcat.nl/Research/acticap.htm Het wordt sterk aanbevolen om een actief elektrodensysteem te gebruiken
BrainVision Recorder Software licentie USB Dongel: UR11471 & BrainVision Analyzer Software licentie USB Dongel: U12512	Brain products	BP00020 & BP00120	bedrijfswebadres: http://www.brainproducts.com/ Alternatieve opname- en analysesoftware kan worden gebruikt
NuPrep	MedCatSupplies	10-30	bedrijfswebadres: http://www.medcat.nl/supplies/ Alternatieve huidvoorbereidingsmiddelen kunnen worden gebruikt
Huidgeleiding Elektrode Pasta	MedCatSupplies	TD-246	bedrijfswebadres: http://www.medcat.nl/supplies/ Alternatieve EEG geleidende elektrodengel kan worden gebruikt
Blunt naald en spuitkit	MedCatSupplies	JG161.5 & 30xxxx	bedrijfswebadres: http://www.medcat.nl/supplies/ Naald en spuitkit wordt gebruikt om geleidende gel aan te brengen op de elektrode ingebed in de EEG-cap
Acticap Houder voor Actieve Elektroden en stickers	MedCatSupplies	BP-04244 & Z85-10x	bedrijfswebadres: http://www.medcat.nl/supplies/ Acticap Houders en stickers worden gebruikt voor het fixeren van EOG-elektroden