Processamento Auditivo infantil e oscilações cerebrais relacionados a eventos
1 de julho de 2015
A eletroencefalografia de alta densidade (dEEG) está sendo cada vez mais usada para estudar o desenvolvimento e a plasticidade do cérebro nos primeiros anos de vida. Aqui apresentamos uma aplicação de técnicas de análise sofisticadas que se baseiam na gravação tradicional de EEG para entender a dinâmica oscilatória do processamento auditivo rápido no cérebro infantil.
O objetivo geral deste procedimento é estimar a dinâmica das oscilações neuronais nas estruturas cerebrais infantis em uma curta escala de tempo. Isso é feito aplicando primeiro uma rede de sensores de alta densidade na cabeça do bebê e registrando as ondas cerebrais durante a apresentação do estímulo. O segundo passo é pré-processar os dados das ondas cerebrais para criar potenciais relacionados a eventos.
Em seguida, realize uma análise discreta de múltiplas fontes projetada em um modelo de ressonância magnética infantil apropriado para a idade. A etapa final é a aplicação da montagem da fonte e a decomposição do sinal no domínio da frequência de tempo. Em última análise, a análise das oscilações cerebrais infantis é usada para mostrar mudanças na função cerebral no desenvolvimento inicial.
A principal vantagem dessa técnica sobre a análise ERP convencional é que ela permite o exame de oscilações cerebrais com parâmetros distintos de frequência, amplitude de ocorrência e intervalo de tempo. A demonstração visual dessa técnica é crítica, pois as etapas de aplicação da rede são difíceis de aprender porque as ações das mãos, corpo e braços em relação ao bebê e ao cuidador são difíceis de descrever em palavras. Demonstrando este procedimento estará Theresa Alpe, que é nossa chefe, técnica de EEG, e auxiliando-a estará Jess, outra pessoa de EEG no laboratório.
Para começar a escoltar o bebê e o cuidador até a câmara de teste, sente-o no laboratório do cuidador e peça a um assistente que brinque com o bebê. Enquanto o procedimento de aplicação líquida é explicado. Meça o perímetro cefálico do bebê no ponto mais largo da cabeça e escolha o tamanho de rede apropriado com base nessa medição.
Em seguida, meça o násio a niano e marque o couro cabeludo na metade da medição total. Em seguida, faça o mesmo para a medição de orelha a orelha. O vértice final entre essas duas medidas é o cz colocar a rede na cabeça do bebê enquanto o assistente segura o conector da rede e os fios reunidos atrás da criança.
Ajuste a posição da rede colocando o eletrodo CZ na marca do vértice do couro cabeludo. Posicione cada eletrodo movendo-se de trás para a frente para garantir que haja um ângulo reto entre cada eletrodo e a superfície da cabeça. Por fim, conecte o conector de rede.
Meça a impedância do eletrodo com um limite inferior a 50 quilo ohms. Antes de iniciar a gravação, forneça fones de ouvido ao cuidador para evitar qualquer interferência do cuidador na gravação do bebê. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em 10 minutos se executada corretamente.
Agora que o bebê está preparado para o instrumento, comece apresentando os estímulos auditivos por meio de alto-falantes equidistantes da cabeça do bebê. Em seguida, inicie a gravação do EEG. Proporcione um ambiente calmo e silencioso para o bebê.
Durante a gravação, envolva o bebê usando brinquedos silenciosos. Após a conclusão do experimento, remova a rede e seque o cabelo e a cabeça do bebê. Comece a processar os dados do ERP inspecionando visualmente a saída bruta.
Rejeite todos os segmentos com artefato de alta amplitude. Pegue os épicos médios para cada indivíduo e cada condição. Combine essas médias de acordo com o grupo e a condição para fazer uma média geral.
Em seguida, registre cada arquivo ERP individual e médio com um modelo de ressonância magnética apropriado para a idade. Em seguida, estime o número e a localização das fontes subjacentes a serem ajustadas aos dados. Para este paradigma auditivo, use um dipolo esquerdo e direito com localização livre e rotação para processar os dados de localização de origem.
Comece escolhendo uma janela de tempo de interesse dentro do arquivo ERP médio geral que corresponda a um pico. Verifique a qualidade do ajuste para a solução do modelo dipolo. Usando a saída de software de variância residual, ajuste a janela de tempo para minimizar a variância residual.
Finalmente, para analisar os dados de frequência de tempo no espaço de origem, aplique a solução do modelo DPO ao acabamento de dados brutos de EEG contínuo não filtrado, transformando o sinal de fonte de teste único no domínio do tempo no domínio da frequência de tempo. Os resultados deste estudo de EEG mostram uma resposta média geral representativa do ERP de 23 bebês de 4 meses para controle e condição de taxa rápida. Um paradigma excêntrico é usado para determinar se o cérebro de uma criança pode reconhecer a diferença entre dois tons diferentes.
Aqui, os resultados dos dados localizados de origem são mostrados para o dipolo esquerdo e direito. Durante a condição de taxa rápida, um grande pico em 400 milissegundos é perceptível no hemisfério direito para o par de tons variante. Além disso, esses gráficos espectrais temporais indicam os tons na condição de controle com o intervalo entre estímulos de 300 milissegundos provocando oscilações relacionadas a eventos com mudanças de potência na faixa delta.
Após este procedimento, outros métodos, como acoplamento de fase de frequência cruzada ou coerência oscilatória, podem ser realizados para responder a perguntas adicionais sobre o desenvolvimento inicial do cérebro. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como registrar e analisar as respostas cerebrais infantis nos domínios de tempo e frequência de tempo.
Visão Geral
Este artigo apresenta um método para estimar a dinâmica das oscilações neuronais em estruturas cerebrais de lactentes utilizando eletroencefalografia de alta densidade (dEEG). A técnica permite uma análise detalhada das oscilações cerebrais durante o processamento auditivo em lactentes, fornecendo insights sobre o desenvolvimento cerebral precoce.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Eletrfisiologia
- Psicologia do Desenvolvimento
Antecedentes
- A EEG de alta densidade é cada vez mais utilizada para estudar o desenvolvimento cerebral.
- Compreender a dinâmica oscilatória é essencial para obter insights sobre o processamento auditivo.
- A análise tradicional de potenciais relacionados a eventos apresenta limitações que este método visa superar.
- Demonstrações visuais da técnica são essenciais para uma aprendizagem eficaz.
Objetivo do Estudo
- Analisar as oscilações cerebrais em lactentes durante estímulos auditivos.
- Demonstrar a aplicação de técnicas avançadas de EEG.
- Mostrar alterações na função cerebral relacionadas ao desenvolvimento inicial.
Métodos Utilizados
- Aplicação de uma rede de sensores de alta densidade para registrar ondas cerebrais.
- Pré-processamento dos dados para criar potenciais relacionados a eventos (ERPs).
- Análise de fonte projetada em um modelo de MRI apropriado para a idade.
- Degração dos sinais no domínio tempo-frequência para análise.
Resultados Principais
- A análise revelou padrões oscilatórios distintos em resposta a estímulos auditivos.
- Picos notáveis na atividade cerebral foram observados em intervalos de tempo específicos.
- Oscilações relacionadas ao evento foram identificadas na faixa delta-teta.
- Os resultados apoiam o uso de técnicas avançadas de EEG para o estudo da função cerebral infantil.
Conclusões
- O método fornece uma estrutura robusta para o estudo das respostas cerebrais em lactentes.
- Os achados contribuem para a compreensão do desenvolvimento cerebral inicial e do processamento auditivo.
- Estudos futuros podem se basear nesta técnica para explorar questões adicionais.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Compreender o processamento auditivo infantil e a dinâmica oscilatória do cérebro fornece uma base mecanicista para a descoberta precoce de biomarcadores neurodesenvolvimentais. Este método permite a avaliação quantitativa da fidelidade do processamento sensorial, apoiando a validação de alvos na pesquisa de transtornos do desenvolvimento. A abordagem oferece valor preditivo para identificar bebês em risco de dificuldades de aprendizagem baseadas na linguagem antes do início dos sintomas clínicos.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite investigar os mecanismos oscilatórios neurais subjacentes ao processamento auditivo rápido em lactentes.
- Valor Operacional: Fornece um framework reprodutível para avaliar a integridade funcional das redes corticais auditivas.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera métricas quantificáveis de potência oscilatória na banda teta (3-8 Hz) como um indicador neurofisiológico de detecção de mudança acústica.
- Valor Operacional: Apoia a padronização de ensaios por meio da decomposição no domínio tempo-frequência de dados de EEG de ensaio único.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Estabelece a sensibilidade de sistemas relevantes para doenças ao vincular dinâmicas oscilatórias às bases da aquisição da linguagem.
- Valor Operacional: Permite o alinhamento translacional entre espécies com modelos neurofisiológicos animais de desenvolvimento sensorial.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se integra aos fluxos de trabalho da biologia de descoberta ao fornecer biomarcadores oscilatórios que orientam a redução de riscos mecanicistas de alvos neurodesenvolvimentais antes dos esforços de identificação de compostos líderes.
- Biologia da Descoberta: Facilita a verificação de hipóteses sobre mecanismos de sincronia neural em vias de processamento sensorial.
- Triagem: Fornece medidas quantitativas e reproduzíveis de oscilações relacionadas a eventos para avaliação do efeito de compostos.
- Análises: Gera saídas no domínio tempo-frequência que permitem comparação estatística da potência oscilatória entre condições experimentais.
- Pesquisa Translacional: Apoia a continuidade pré-clínica ao validar biomarcadores oscilatórios em modelos de lactentes humanos relevantes para trajetórias de desenvolvimento.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma plataforma escalonável para monitoramento longitudinal do desenvolvimento das oscilações neurais em coortes de lactentes.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Reduz a ambiguidade mecanicista nas vias de processamento auditivo por meio da medição direta de oscilações neuronais.
- Valor Operacional: Garante reprodutibilidade por meio de protocolos padronizados de aquisição de EEG de alta densidade e localização de fontes.
- Valor Estratégico: Melhora as decisões de ir/não-ir na seleção de alvos neurodesenvolvimentais ao fornecer dados de validação funcional em fase inicial.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de intervenções com base em alterações quantificáveis em biomarcadores oscilatórios.
Considerações sobre a Implementação
- Exige experiência na aplicação de redes EEG infantis, pré-processamento de potenciais relacionados a eventos (PRE) e localização de dipolo fonte.
- Depende de sistemas EEG de alta densidade e modelos de RM por idade apropriada para uma co-registração precisa.
- Necessita padronização entre equipes de neurofisiologia, análise de dados e grupos de avaliação clínica.
- Envolve considerações de adaptação para diferentes estados de desenvolvimento infantil e condições ambientais de gravação.
- Limitado pela necessidade de rejeição meticulosa de artefatos e aquisição de dados limpos em populações infantis.
