P50 Сенсорная Память у детей

Краткое содержание

Описаны методы регистрации слухового сенсорного гейтинга P50, физиологического маркера церебрального торможения, который отражает ранние стадии внимания.

Аннотация

Дефицит внимания часто встречается при различных нейропсихиатрических расстройствах, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности, аутизм, биполярное расстройство настроения и шизофрению. Растет интерес к компонентам этих дефицитов внимания, связанным с развитием нервной системы; Нейроразвитие означает, что в то время как дефицит становится клинически заметным в детстве или взрослом возрасте, он является результатом проблем в развитии мозга, которые начинаются в младенчестве или даже внутриутробно. Несмотря на этот интерес, существует мало методов оценки внимания на ранних этапах младенчества. В этом отчете основное внимание уделяется одному методу, сенсорному гейтингу P50 у младенцев.

Внимание состоит из нескольких компонентов. Один из самых ранних компонентов внимания, называемый сенсорным гейтингом, позволяет мозгу отключать повторяющуюся, неинформативную сенсорную информацию. Слуховое сенсорное стробирование P50 относится к одной задаче, предназначенной для измерения сенсорного стробирования с использованием изменений ЭЭГ. Когда идентичные слуховые стимулы представляются с интервалом в 500 мс, вызванная реакция (изменение ЭЭГ, связанное с обработкой щелчка) на второй стимул, как правило, уменьшается по сравнению с реакцией на первый стимул (т.е. реакция «забита»). Когда реакция на второй стимул не снижена, это считается плохим сенсорным гейтингом, отражает нарушение мозгового торможения и коррелирует с дефицитом внимания.

Поскольку слуховая задача сенсорного шлюзования P50 является пассивной, она потенциально полезна при изучении младенцев младшего возраста и может дать представление о временном ходе развития дефицита внимания при различных нейропсихиатрических расстройствах. Целью данной презентации является описание методологии оценки сенсорного гейтинга P50 у младенцев, адаптированной на основе методик, используемых в исследованиях взрослого населения.

Введение

Многие нейропсихиатрические заболевания, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), биполярное расстройство настроения и шизофрению, считаются нарушениями развития нервной системы, что означает, что появление симптомов, по крайней мере, частично, связано с очень ранними отклонениями в развитии мозга. Ранние аберрации развития мозга могут протекать тихо или быть связаны только с неспецифическими симптомами в течение многих лет или даже десятилетий до начала полного расстройства. Эта модель предполагает, что для полного понимания расстройства могут потребоваться методы измерения очень тонких изменений в функции мозга на очень ранних этапах его развития.

P50 сенсорное строение отражает ранний этап процесса внимания^1,2. Сенсорное гейтирование Р50 относится к специфической задаче, слухово-вызванной потенциальной задаче, которая коррелирует с поведенческими и нейрокогнитивными тестами внимания и отражает мозговые тормозные механизмы^3,4. В этом задании испытуемым предъявляются два идентичных слуховых стимула («щелчка») широкого спектра, в то время как записывается ответ ЭЭГ. Слуховой стимул вызывает устойчивую реакцию мозга, измеренную с помощью ЭЭГ; Реакция включает в себя волну, которая у взрослых возникает примерно через 50 мсек после стимула. Так как волна идет в положительном направлении, то эта волна описывается как волна P50. Большинство людей демонстрируют значительно сниженную реакцию на второй стимул пары по сравнению с первым, что отражает способность мозга автоматически подавлять реакцию на нерелевантную повторяющуюся информацию (для «гейт» сенсорной информации). Многие психические заболевания с симптомами внимания, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), биполярное расстройство настроения и шизофрению, связаны с нарушением сенсорного гейтинга^5-7.

Слуховые результаты сенсорного гейтинга P50 могут быть спутаны с адренергическим тоном субъекта⁸. Во время быстрого сна адренергический тонус снижается, что делает быстрый сон оптимальным временем для выполнения задач^9,10. Поскольку сенсорное гейтирование P50 является пассивной задачей, а младенцы проводят большую часть дня в активном сне (младенческая версия быстрого сна), сенсорное гейтирование P50 можно измерить даже у очень маленьких младенцев.

Протокол

1. Институциональный контроль и надзор

1. Любая работа с людьми в качестве субъекта исследования требует одобрения и надзора со стороны Институционального наблюдательного совета. Представленные здесь методы при использовании в исследованиях были рассмотрены и одобрены Советом по множественному институциональному обзору штата Колорадо (COMIRB).

2. Подготовка и запись

1. Запланируйте кормление ребенка на 90 минут в обычное время сна. Имейте чистые электроды, проводящую пасту для ЭЭГ и темную тихую комнату. Накормите, отрыгните и окуните ребенка в пеленку перед началом.
2. Протрите головку, чтобы свести к минимуму импеданс. У CZ самая большая амплитуда P50¹¹. Поместите электроды на CZ, на лоб, над и под одним глазом, на подбородок и на правый сосцевидный отросток.
3. Представьте 50 мс стимулов широкого спектра действия (щелчков) в виде пар с интервалом между стимулами 500 мс. Пары кликов должны быть представлены с интервалом в 10 секунд.
4. Записывайте до тех пор, пока не пройдет 15 минут непрерывного активного сна (младенческий эквивалент быстрого сна). Дайте ребенку завершить естественный период сна. Для этого может потребоваться >90 минут. Записывайте состояние ребенка (например, открытые или закрытые глаза, движения и т. д.) в течение всего периода сна.

3. Анализ данных

1. Определите 15 минут непрерывного, активного сна. В этот период будут наблюдаться высокая частота, низковольтные мозговые волны, низкий мышечный тонус, большие движения глаз, а также закрытые глаза.
2. Фильтрация данных для устранения помех с частотой 60 Гц и низкочастотных помех (дрейф <1 Гц)¹².
3. Определяйте эпохи по представлению первого звука в каждой паре. В среднем не менее 60 эпох. Чем больше используемых эпох, тем больше возможное соотношение сигнал/шум.
4. Отфильтруйте усредненную трассировку с помощью полосового фильтра в диапазоне от 10 до 50 Гц. Это позволяет легче идентифицировать компонент. Используя отфильтрованную усредненную трассировку, измерьте амплитуду P50 в ответ на первый и второй стимул независимо друг от друга. Волны Р50 идентифицируются как первая волна в период от 40 до 100 мсек после предъявления стимула; Амплитуда измеряется от предыдущей впадины до пика.
5. Разделите амплитуду волны P50 в ответ на второй звук на амплитуду волны P50 в ответ на первый звук, чтобы получить коэффициент сенсорного стробирования P50.

Результаты

Коэффициенты сенсорного гейтинга P50 обычно должны находиться в диапазоне от 0 до значений чуть более 1,0. Значения выше 2 обычно встречаются только в случае, когда амплитуды P50 ниже 1,0 μV; такие показатели могут свидетельствовать о низком отношении сигнал/шум и должны быть либо отброшены, либо ограничены значением 2,0 ¹¹. Средние значения у младенцев из общей популяции должны составлять примерно 0,4 ¹³. На рисунке 1 представлены две примерные записи: одна — младенца с типичным сенсорным гейтингом, другая — младенца с нарушением сенсорного гейтинга.

Сенсорное гейтирование P50 может быть вычислено методом вычитания: амплитуда ответа на первый звук минус амплитуда ответа на второй звук. Однако существует значительная вариабельность затухания сигнала от его источника через скальп к измерительному электроду. Факторы, которые могут влиять на затухание, включают толщину черепа, загрязнения (например, грязь) на скальпе и содержание влаги на поверхности кожи головы. Такая вариативность затухания сигнала между разными людьми, а также у одного и того же человека с течением времени снижает надежность результатов, полученных методом вычитания. Таким образом, сенсорное гейтирование P50 обычно представляется в виде коэффициента: амплитуда ответа на второй звук, деленная на амплитуду ответа на первый звук.

Коэффициенты сенсорного гейтинга P50 могут использоваться в качестве непрерывной величины. Однако вычисление коэффициента вносит дополнительную вариабельность. Альтернативным подходом является дихотомизация результатов на «нормальный» и «нарушенный» сенсорный гейтинг P50. У взрослых коэффициенты < 0,40 считаются нормальными и >0,50 считаются нарушенными¹⁴Значения соотношений в диапазоне 0,40–0,50 считаются неопределенными; такие образцы могут быть включены в любую из групп или исключены из дальнейшего анализа. Соответствующие пороговые значения для младенцев еще не установлены окончательно, однако предварительные данные позволяют предположить, что применимы те же пороговые значения, которые используются для взрослых.¹⁵.

Рисунок 1. Примеры записей.  Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение в большем размере.

Обсуждение

Считается, что сенсорное гейтинг P50 отражает сложное взаимодействие тормозных нейроцепей, расположенных в основном в гиппокампе, дорсолатеральной префронтальной коре и таламусе¹⁶. Таким образом, изменения в сенсорном гейтинге P50 у младенцев могут указывать на измененное развитие в этих областях мозга.

В этих областях мозга ингибирование ГАМКергических интернейронов глутаминергическими пирамидальными клетками, вероятно, объясняет процесс гейтирования, при этом ингибирование обеспечивается ГАМКергическими клетками. ГАМКергические интернейроны сами модулируются адренергическим и холинергическим входом. Адренергический вход является прерывистым и ингибирует интернейроны, что снижает их способность ингибировать пирамидальные клетки и, таким образом, блокирует сенсорное гейтинг. Одна из трудностей при регистрации бодрствующих младенцев заключается в том, что даже очень умеренные стрессоры, такие как наложение электродов, могут повышать адренергический тонус и мешать способности измерять функциональные способности к стробированию.

В отличие от воздействия прерывистого адренергического входа, холинергическая стимуляция интернейронов является тонизирующим и приводит к усилению возбуждения интернейронов, тем самым улучшая сенсорное стробирование. Факторы, снижающие холинергический вход, такие как генетические фенотипы, связанные со снижением экспрессии холинергических рецепторов, приводят к хроническим проблемам в сенсорном гейтинге^. Аналогичным образом, снижение высвобождения холина нейронами, как это происходит во время медленного сна, также снижает активность интернейронов и сенсорное гейтирование. Никотин является интересным соединением, поскольку острое употребление стимулирует никотиновые холинергические рецепторы и улучшает сенсорное шлюзование^19,20, в то время как повторное или хроническое употребление никотина не имеет эффекта при использовании в одиночку, но блокирует эффекты других агонистов²¹, по-видимому, потому, что хроническая стимуляция приводит к десенсибилизации рецепторов²². Младенцы, которые пренатально подвергаются воздействию никотина в результате употребления сигарет матерью, имеют нарушенное сенсорное стробирование P50¹².

Это осознание фундаментальной биологии сенсорного гейтинга послужило обоснованием для рандомизированного исследования приема во время беременности добавок с пищевым компонентом холином, агонистом холинергических рецепторов на интернейронах. Прием добавок происходил с начала второго триместра и примерно через 3 месяца после рождения. У младенцев, получавших добавки холина, ускоренное развитие сенсорного гейтирования¹⁵.

Оценка сенсорного коэффициента P50 у младенцев возможна²³, достоверна²⁴ и стабильна в период от младенчества до четырех лет в возрасте²⁵ лет. Нарушения сенсорного гейтирования P50 у младенцев связаны с пренатальными факторами риска развития более поздних психических заболеваний^12,26 и с повышенным риском развития психиатрических симптомов в возрасте 4 лет²⁷ лет. Тем не менее, младенцы с нарушенным сенсорным гейтингом P50 никогда не наблюдались в возрасте старше 4 лет; таким образом, остается неясным, является ли сенсорное гейтирование P50 у младенцев предиктором последующей психопатологии или же усилия по изменению сенсорного гейтинга P50 у младенцев будут полезны в качестве основных стратегий профилактики.

Адаптация парадигмы слухового сенсорного шлюзования P50 к изучению младенцев позволяет исследовать вопросы, связанные с тем, когда во время развития развивается ингибирование мозга и когда это развитие идет наперекосяк у людей, уязвимых к последующим нейропсихиатрическим заболеваниям, связанным с вниманием. Аналогичные усилия с другими физиологическими задачами, такими как негативность несоответствия, отслеживание взгляда и торможение перед импульсом, могут открыть другие возможности для раннего развития. Есть надежда, что адаптация заданий для использования в раннем младенчестве может улучшить понимание хода развития этих расстройств, а также предложить^{новые стратегии первичной} профилактики.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
E-Prime Version 2.0 Профессиональные	психологические программные инструменты	EPR-225142	Программное обеспечение для презентации стимулов
Алкогольные подушечки с пемзой	Compumedics	95000016	Очищает кожу при подготовке к установке электродов
Ten20 Paste	Compumedics	92100032	ЭЭГ проводящая паста, обладающая адгезивными свойствами для удержания электродов на месте
Grass Ag/AgCl Surface Электроды (10 мм)	Grass Technologies	FS E5SHC-48	Электроды 10 мм используются для записи сигналов ЭЭГ с поверхности волосистой части головы и служат в качестве референтных и заземляющих электродов
Surface Electrodes Grass Ag/AgCl (6 мм)	Grass Technologies	F E6SHC-48	Электроды 6 мм используются для регистрации движений глаз (EOG) и мышечного напряжения (EMG) с поверхности кожи
Paper Surgical Tape	Micropore	1530-0	нижняя клейкая лента, используемая для удержания электродов на месте
NuAmps Amplifier	Neuroscan	N/A	40-канальный монополярный цифровой усилитель для записи ЭЭГ
Harmon/Kardon компьютер Динамики	Harman/Kardon	HK206	Используется для представления слуховых «щелчков»