EEG Mu Rhythm in typische en atypische ontwikkeling
9 april 2014
Beoordeling van de EEG mu ritme biedt een unieke methode voor de behandeling van hersenactiviteit en in combinatie met gedragsmatig gebaseerde testen, kan een krachtig hulpmiddel voor het ophelderen van aspecten van sociale cognitie, zoals imitatie, in klinische populaties.
Het algemene doel van het volgende experiment is om EEG-methoden te gebruiken om de activering van het spiegelneuronsysteem te beoordelen bij personen met en zonder autismespectrumstoornis. Dit wordt bereikt door eerst het verzamelen van hoge dichtheid EEG tijdens de observatie en uitvoering van een motorische actie, evenals tijdens een baseline rusttoestand. Als tweede stap wordt continu EEG-gegevens beoordeeld, gesegmenteerd in epics en bewegingsartefacten worden verwijderd.
Vervolgens wordt een snelle Fourier-transformatie toegepast op de gegevenskracht, waarna de kracht wordt berekend op basis van de logaritme van de verhouding van de kracht over het bereik van acht tot 13 hertz voor de uitvoerings- en observatieomstandigheden respectievelijk ten opzichte van de baseline rusttoestand. De resultaten tonen de activering van het spiegelneuronsysteem tijdens de observatie en uitvoering van motorische acties op basis van de verzwakking van het EEG MU-ritme. Het belangrijkste voordeel van EEG ten opzichte van andere beeldvormingsmethoden zoals FMRI is dat EEG uitstekende temporele resolutie biedt, waardoor zelfs korte veranderingen in oscillatiepatronen in de hersenen kunnen worden geanalyseerd.
EEG is ook niet-invasief en een ongelooflijk efficiënte manier om gegevens te verzamelen van zelfs de meest uitdagende populaties, zoals zuigelingen of kinderen met autisme. Deze methode zal ons helpen antwoorden te geven op belangrijke vragen op het gebied van klinische neurowetenschappen over de aard van het functioneren van het spiegelneuronsysteem bij autismespectrumstoornissen. Hoewel deze methode inzicht kan geven in het spiegelneuronsysteem bij autisme.
Het kan ook worden toegepast op andere populaties en onderzoeksvragen. Identificeer patiënten die in aanmerking komen voor deelname zoals beschreven in het tekstprotocol en identificeer een controlemonster dat is afgestemd op relevante variabelen zoals leeftijd, geslacht en cognitieve vaardigheid. Plaats de en op tafel binnen grijpreik van een zittende deelnemer.
De is een houten blok met een sensor die een met een tijdstempel voorziene marker naar de acquisitiesoftware stuurt. Wanneer het wordt vastgegrepen. Activeer de EEG-acquisitiesoftware en begin een nieuwe sessie om het net warm te maken, een oplossing van gedistilleerd water, kaliumchloride en babyshampoo tot 104 graden Fahrenheit.
Dunk vervolgens het 128 elektrodendichte array EEG-systeem in de warme zoutoplossing gedurende minimaal vijf minuten. Vraag de deelnemer om plaats te nemen op 75 centimeter van de stimuluspresentatiemonitor en volledig in zicht van de videocamera. Zoek de vertex op het hoofd van de deelnemer door de kruising te lokaliseren van het middelpunt tussen de nasion en de eon en het middelpunt tussen de auricular.
Gebruik een huidmarker om de vertex volgende positie te markeren, de EEG-kap op het hoofd van de deelnemer, zodanig dat de vertex-elektrode direct boven de vertex-markering wordt geplaatst. Gebruik de acquisitiesoftware om de impedanties te controleren en ervoor te zorgen dat deze onder de drempel liggen die geschikt is voor het EEG-systeem. Acquisitie-instellingen omvatten het referentiegeven van het signaal naar de vertex-elektrode en analoog filter tussen 0,1 en 100 hertz en een bemonsteringssnelheid van 500 samples per seconde.
Zodra de opstelling is voltooid, begin met het video-opnemen van de sessie. Leg de deelnemer uit dat er drie experimentele omstandigheden zullen zijn. Observeer, uitvoeren en rusten.
Voor de observatieconditie. Instrueer de deelnemer om stil te zitten en een video te bekijken van een persoon die de manipul andum grijpt. Elke proef duurt zes seconden en de waargenomen greep vindt plaats op precies drie seconden.
Bewaak de visuele aandacht van hun deelnemer tijdens de taak en markeer proeven waarin de deelnemer niet naar het scherm kijkt om te worden weggegooid. Tijdens post-processing voor de uitvoeringsconditie, instrueer de deelnemer om stil te zitten met zijn of haar rechterhand net onder de manipul andum. En bij het horen van een auditieve cue om de manipul andum-greep van de observatievideoclip na te bootsen.
Elke proef moet zes seconden duren. Met de auditieve cue die precies op drie seconden wordt gepresenteerd, stuurt een sensor op de manipul andum een signaal naar de acquisitiecomputer om een markering in de EEG-opname te plaatsen om precies het moment te registreren waarop de greep van de deelnemer plaatsvindt. Het protocol bestaat uit gerandomiseerde blokken van de observeer- en uitvoeringscondities.
Elk blok bestaat uit 10 proeven voor een totaal van 40 proeven per conditie. Hier is een blok van 10 weergegeven. Observeer proeven zorgen ervoor dat het beeld van de manipul andum gedurende de observeer- en uitvoeringsblokken op het scherm blijft, inclusief tussen proeven.
Na één blok presenteert u het volgende gerandomiseerde blok, dat in dit voorbeeld een uitvoeringsblok is. Na de voltooiing van twee blokken, dient u de rustconditie gedurende drie minuten toe. In de rustconditie zit de deelnemer stil met open ogen en observeert passief een klein kruisje op de stimulusmonitor.
Neem continu EEG op tijdens de drie minuten durende rustconditie na gegevensverzameling, controleer de impedanties opnieuw en noteer eventuele wijzigingen in de impedantieniveaus. Beëindig vervolgens de registratie van de acquisitiesoftware voor nabewerking. Refereer het EEG-signaal opnieuw naar het gemiddelde segment, de continue EEG-gegevens in 40 proeven van zes seconden voor elke conditie.
Gebruik nu geautomatiseerde algoritmen en visuele inspectie om proeven met bewegingsartefacten te verwerpen door segmenten met snelle gemiddelde amplituden te identificeren die 200 microvolt overschrijden, differentiële gemiddelde amplituden die 100 microvolt overschrijden en nul variantie gedurende een bepaalde proef. Zoek vervolgens naar aanvullende bewegingsartefacten door de gegevens visueel te inspecteren, bevestig de bewegingsartefacten door de video van de sessie te bekijken. Sluit van de analyse alle proeven in de waargenomen conditie uit, besmet met enig bewegingsartefact, en alle proeven in de uitvoeringsconditie besmet met enig bewegingsartefact dat niet gerelateerd is aan de greepgebaar.
Gooi weg alle proeven die tijdens de acquisitie
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol dat gebruikmaakt van elektro-encefalografie (EEG) om de activatie van het spiegelneuronsysteem (MNS) bij personen met en zonder autismespectrumstoornis (ASS) te beoordelen. De methode maakt gebruik van de attenuatie van het EEG mu-ritme (8–13 Hz) tijdens de observatie en uitvoering van doelgerichte acties als index voor MNS-activiteit. Het protocol is non-invasief, efficiënt en geschikt voor een breed scala aan populaties, waaronder kinderen en klinische groepen.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Klinische neurofysiologie
- Autismeonderzoek
Achtergrond
- EEG biedt een uitstekende temporele resolutie voor het monitoren van hersenactiviteit.
- Het mu-ritme wordt onderdrukt tijdens zowel de uitvoering als de observatie van doelgerichte acties, wat de activiteit van het MNS weerspiegelt.
- Dysfunctie in het MNS is gekoppeld aan sociale tekortkomingen bij ASD.
- Attenuatie van het EEG mu-ritme biedt een niet-invasieve benadering om de MNS-functie te bestuderen in klinische en typische populaties.
Doel van de studie
- Om MNS-activatie bij individuen met en zonder ASD te beoordelen met behulp van EEG mu-ritme attenuatie.
- Om neurale responsen tijdens actie-observatie, executie en rustcondities te vergelijken.
- Om een gestandaardiseerd protocol te bieden voor het onderzoeken van sociaal-cognitieve functies gerelateerd aan het MNS.
Gebruikte methoden
- Werving van deelnemers met en zonder ASD, gematcht op leeftijd, geslacht en cognitief vermogen.
- High-density EEG-registratie tijdens drie condities: observatie van actie, uitvoering van actie en rust.
- Gebruik van een manipulandum met een sensor om de timing van de actie in de EEG-data te markeren.
- Preprocessing van data: artifactverwijdering (geautomatiseerd en handmatig), segmentatie in trials en epochs, en fast Fourier transform (FFT)-analyse.
- Berekening van het vermogen van het mu-ritme en de attenuatie ten opzichte van de baseline rustconditie.
Belangrijkste resultaten
- Verzwakking van het mu-ritme werd waargenomen tijdens zowel de uitvoering als de observatie van doelgerichte acties.
- De verzwakking is gelokaliseerd boven de centrale elektroden (C3/C4-regio's).
- Mu-vermogen wordt niet verzwakt tijdens de observatie van niet-biologische beweging.
- Het protocol is efficiënt, niet-invasief en geschikt voor uitdagende populaties, zoals kinderen met ASD.
Conclusies
- De attenuatie van het EEG mu-ritme is een betrouwbare index voor MNS-activiteit bij mensen.
- Dit protocol maakt onderzoek naar de MNS-functie mogelijk in zowel typische als klinische populaties, waaronder ASD.
- De methode faciliteert onderzoek naar de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan sociale cognitie en stoornissen zoals autisme.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
De attenuatie van het EEG-mu-ritme biedt een non-invasieve, kwantitatieve weergave van de activiteit van het spiegelneuronensysteem (MNS), wat mechanische risicoreductie mogelijk maakt bij de validatie van neurodevelopmentale targets. Deze benadering ondersteunt het voorspellende vertrouwen in vroege discovery- en translationele neurowetenschappelijke portfolio's, in het bijzonder voor stoornissen zoals autisme-spectrumstoornissen (ASD). De efficiëntie en schaalbaarheid van het protocol maken het geschikt voor high-throughput fenotypische screening en cross-population studies.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen met betrekking tot MNS mogelijk in zowel typische als atypische ontwikkeling.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door functioneel bewijs te leveren van de betrokkenheid van neurale circuits.
- Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij de selectie van targets voor neuropsychiatrische en neuro-ontwikkelingsindicaties.
Screening & Assayontwikkeling
- Stelt gevalideerde, reproduceerbare EEG-gebaseerde assays vast voor het kwantificeren van de neurale respons op gedragsstimuli.
- Levert gestandaardiseerde, kwantitatieve resultaten (attenuatie van het mu-ritme) voor betrouwbare vergelijkingen tussen verschillende condities.
- Bereidt biologische systemen voor op downstream screening van verbindingen of interventies in translationele modellen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt neurale biomarkers uit met ziekterelateerde fenotypes voor ASD en aanverwante stoornissen.
- Maakt continuïteit mogelijk van mechanistische studies in de ontdekkingsfase naar preklinische validatie van kandidaat-interventies.
- Ondersteunt risicogestuurde beslissingen over verdere ontwikkeling door neurale read-outs te koppelen aan functionele uitkomsten.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit EEG-gebaseerde protocol integreert alle fasen van vroege ontdekking tot lead-identificatie en preklinisch onderzoek, en biedt een herbruikbaar platform voor de beoordeling van neurale biomarkers.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van signaalpaden voor de MNS-functie bij neuro-ontwikkelingsstoornissen.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve EEG-outputs voor assay-gereedheid en vergelijkbaarheid tussen studies.
- Analytiek: Biedt statistische vermogensspectra en attenuatiemetrieken om robuuste vergelijkingen tussen condities mogelijk te maken.
- Translationeel onderzoek: Slaat de brug tussen ontdekkingsbevindingen en preklinische modellen via ziekte-relevante neurale biomarkers.
- Bedrijfsmatige hergebruikbaarheid: Biedt een schaalbaar, niet-invasief platform dat aanpasbaar is voor verschillende populaties en onderzoeksvragen.
Operationele en organisatorische impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de validatie van neurodevelopmentale targets.
- Operationele waarde: Standaardiseert gegevensverzameling en analyse voor reproduceerbaarheid en schaalbaarheid over verschillende locaties.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen en kapitaalallocatie door neurale biomarkers te koppelen aan functionele hypothesen.
- Impact op de portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van neuropsychiatrische en neurodevelopmentale programma's mogelijk.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in EEG-acquisitie, artefactverwijdering en spectrale analyse.
- Vereist high-density EEG-instrumentatie en een robuuste infrastructuur voor gegevensverwerking.
- Vereist standaardisatie van protocollen en kwaliteitscontrole tussen teams voor multi-center studies.
- Aanpasbaar aan verschillende leeftijdsgroepen en klinische populaties door middel van protocolwijzigingen.
- Artefactbeheer en de medewerking van deelnemers zijn cruciaal voor de integriteit van de gegevens.
