Методическая статья

Количественная оценка Кортикальная Слуховые-тактильной обработки в детей с ограниченными возможностями

DOI:

10.3791/51054

⸱

29 января 2014 г.

 , 
1Department of Pediatrics, Monroe Carell Jr. Children's Hospital at Vanderbilt, Vanderbilt University, 2Vanderbilt Kennedy Center, Vanderbilt University, 3Department of Hearing and Speech Sciences, Vanderbilt University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Цель и легко измерение сенсорной обработки крайне сложно в невербальных или уязвимых педиатрических больных. Мы разработали новую методику количественной оценки младенцев и детей корковой обработки легкого прикосновения, звуки речи, а также мультисенсорной обработку 2 раздражители, не требуя активного участия субъекта или вызывая дискомфорт в уязвимых пациентов.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Цель и легко измерение сенсорной обработки крайне сложно в невербальных или уязвимых педиатрических больных. Мы разработали новую методику количественной оценки детский корковой обработки легкого прикосновения, звуки речи и мультисенсорной обработки из 2 раздражители, не требуя активного участия субъекта или причинение детей дискомфорт. Для достижения этой цели мы разработали двухканальной, время и силы откалиброван воздуха слоеное стимулятор, который позволяет как тактильную стимуляцию и контроль фиктивные. Мы объединили это с использованием методологии потенциального событий, связанных с чтобы обеспечить высоким временным разрешением сигналов от первичных и вторичных соматосенсорной коры, а также обработки более высокого порядка. Эта методология также позволило нам измерить мультисенсорной ответ на слуховой-тактильная стимуляция.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Изучение развития кортикальные процессы очень важно для понимания основу для большинства функций высшего порядка. Сенсорные переживания ответственность за большую часть организации мозга через младенчестве и детстве, закладывает фундамент для сложных процессов, таких как познания, общения и моторного развития 1-3. Большинство детских исследования сенсорных процессов сосредоточиться на слуховых и зрительных областей, главным образом потому, что эти стимулы простой развивать, стандартизировать и тест. Однако, тактильные обработка представляет особый интерес у младенцев и детей, так как это первый смысл развивать у плода 4,5, а также информацию соматосенсорной является неотъемлемой функцией других корковых систем (например моторная память, ассоциативное обучение, лимбической) 6. Современные методы, оценивающие обработку соматосенсорной ограничены выбором тактильный стимул. Общий выбор является прямое электрическое средний стимуляция нервов 7,8 , С потенциалом для дискомфорта. Другие эффективные методы используют активные задачи, такие как дискриминация, распознавания и локализации стимулов, требующим как внимание и высокий уровень понимания 9. Все эти методы поэтому ограничены в их использовании в маленьких детей и младенцев.

Таким образом, наша цель заключалась в разработке тактильных парадигму, которая решает эти ограничения, будучи неинвазивным и снижая потребность в активном участии субъекта. Кроме того, он должен был быть стандартизированный уровень стимуляции и липа контроль. Для этого мы разработали "фугу" систему, двухканальную, приурочен и калиброванный систему доставки воздушным слоеное, что позволяет нам измерить эффекты легкого прикосновения в младенцев и других уязвимых групп населения.

Функциональные исследования МРТ показали, что стимуляция затяжек воздуха активирует сенсорной коры, хотя длина и проблемы таких исследований, таких как иммобилизации, ЛенгТвои занятия и вызывающими тревогу настройки сделать их трудно выполнить у детей раннего возраста. Таким образом, мы объединили наши новые системы доставки с потенциалом (ERP) методологии Событийный в целях обеспечения временное разрешение сенсорного переработки легкого прикосновения в краткой, доброжелательной к ребенку сессии тестирования.

Эта новая парадигма предлагает необходимую гибкость для изучения сенсорную обработку в различных популяциях, возрастов и клинических условиях. Это также имеет то преимущество, что он совместим с слуховых стимулов, что позволяет мультисенсорных оценок. До сих пор, точной и надежной оценки тактильных не не удалось у младенцев или детей, которые не могут надежно реагировать из-за интеллектуальной / языку расстройств. Эта методология призван восполнить этот пробел, чтобы помочь в раннем выявлении сенсорного дефицита перерабатывающих и вмешательства в период максимальной пластичности мозга. Улучшения в сенсорной обработки в младенчестве могут влиять на каскадпсихомоторного

Следующие процедуры все включены в Вандербильт Экспертный совет утвердил протоколы.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Оценка ответ на легкое прикосновение

  1. Поместите сеть электрода (например, 128-каналы геодезическая датчик нетто) на ребенка или головы ребенка. Отрегулируйте датчики для полного контакта с помощью теплой солевой раствор. Если на ребенка, обеспечить ребенку удобно устроившись в родителя или попечителя коленях. Если на младенца, убедитесь, что ребенок слегка пеленали и либо состоится в руках воспитателя или в лежачем положении в открытом кроватке.
  2. Позиция 1 мм сопло 0,5 см ниже кончика указательного пальца руки испытуемого. Поместите палец для маленького ребенка или ладони для младенца в держателе формы и закрепите с липучкой ленты ближним и дальним в суставе для обеспечения последовательного расстояние от сопла к пальцу или руке. Очень важно, чтобы ребенок сохраняет правильное положение пальцев по всей тестовой сессии. Убедитесь в этом на периодической оценки палец и размещение рук и имеющие ребенка с воспитателем, если молодой. Если тестирование младенца, остановить протоколесли ребенок плачет и обеспечивают комфорт перед перезапуском. Если тестирование маленького ребенка, спросите воспитателя, чтобы обеспечить комфорт и уверенность на протяжении всего периода короткого тестирования.
  3. Начните воздушный компрессор при 40 фунтов на квадратный дюйм через регулятор поставлять клапанов входы для тактильных раздражителей.
  4. Запустите стимул контактные данные.
    1. Для тестируемой стороны, нынешние 60 слоеные стимулы случайно перемежаются с 60 фиктивных исследованиях (воздушной струи доставлен через отдельный сопла нацелена в сторону от пальца).
    2. Не представить более двух повторений клубах или обман подряд. Вары между пробные интервалы случайно между 2000-2500 мсек. Целью этого является снижение привыкания, где стимулом больше не воспринимается. Общее время для последовательности 120 испытаний должно быть 4,5-5 мин.
    3. Запустите идентичный протокол снова для другой стороны, если изучения асимметричных соматосенсорной расстройств.
  5. Для протоколов, не требующих внимания на стимул не далее настроить не требуется. Тего относится к детской тестирования. Для повышения внимания у маленьких детей (что приводит к более крупных конкретных ERP пиков в записи), обеспечивают задачу.
    1. Пример задания для 5-летних: Опишите воздушные слойки как "пузыри" обдувается "рыба" в "аквариуме" (оформленные коробки сокрытии фугу аппарат). Попросите детей угадать, будет ли каждый «пузырь» поставляется синий или красный "рыбы". Скажите ребенку, что они не должны и ничего не должен говорить в то время как они выполняют эту задачу (см. создана с притворным аквариуме на рисунке 1).

2. Оценка ответ на мультисенсорной протокола (Слуховые-тактильный Одновременное против Подведены индивидуальных ответов)

  1. Запуск через шаги 1.1-1.3 как описано выше. Стимулы описаны в таблице 1.
  2. Запустите программу поставки стимула (например, в E-премьер программного обеспечения). Для тестируемой стороны, слухо-тактильные парадигма может представить следующие 4 стимулы случайно, с 60 испытаний / стимулирования: слоеное, puff-/ga /, / га /-бутафорских, фиктивные. Опять же, чтобы ограничить возможность привыкания, не представляют более двух повторений клубах или обман подряд в любом состоянии, и варьировать между пробные интервалы случайно между 2000-2500 мсек. Каждая последовательность из 240 испытаний должны занять от 9-10 мин.
  3. Запуск идентичный протокол для над другой.
  4. Обеспечить беззвучный соответствующие возрасту мультфильм в инициации протокола и продолжить его в течение всей процедуры, чтобы предотвратить увеличение моторных артефактов от беспокойства, и снизить фон от крупных пациент генерируемые дельта-волн, когда им скучно. Например, в 5-летних, мы использовали петлю 20 мин купленного видео, которого играет в беззвучном режиме, перезагрузки, прежде чем каждый субъект был протестирован. Никакого внимания на стимул не требуется, поэтому петли мультфильм обеспечивает визуальный фон для отсоединения от раздражителей.
e_title "> 3. Программное обеспечение и оборудование Настройка

  1. Для программирования программное обеспечение, настроить два последовательных команды, получаемые от применения управления стимулом. Один идентифицирует затяжку, другой обман. После этого приложение управления стимул посылать команды на микроконтроллер.
  2. У микроконтроллер генерировать импульс TTL (например, 20 мсек) с соответствующей цифровой выходной канал. Этот выход должен быть разделена на две строки, по одному для цифрового входа в систему записи ЭЭГ и один электромагнитных закрытого воздушных клапанов. Отметить открытие обоих клапанов в потоке данных ЭЭГ.
  3. Измерьте импульс задержки слоеного для реальных и фиктивных условиях с помощью осциллографа и микрофона. Они должны быть однородным, и в порядка 10-15 мс. Отрегулируйте для задержки после записи.
  4. Рассчитать силы, действующей на сопле в PSI с помощью манометра и путем измерения диаметра сопла. Используйте формулу F (N) = давление * уголок. Например, сила, действующая FRом 1 мм радиус сопла в 6 фунтов на квадратный дюйм дает F (N) = 0,03 кг.
  5. Чтобы изменить приложение управления для мультисенсорной протокола, отправить два последовательных команд идентифицирующие реальную затяжку или обман в микроконтроллер, а также записанный звук речи или тишину. Примечание: В нашем парадигмы мы использовали компьютер, акцент нейтральный / га / звук, среди других, таких как / да /, / ди /, / бушель / и т.д..
  6. Нынешние звуковые раздражители через громкоговоритель помещается в средней линии, 2 фута в перед объектом.
  7. Выравнивание звука времени натиска быть одновременно с началом слоеного или с задержкой, измеренной на этапе 3.3, в зависимости от которого условие желательно тестера.

4. Сбор данных и подготовка

  1. Выберите фильтры и ссылки настройки, чтобы пробовать данные, основанные на стандартных ERP методологий. Здесь, использовать 1000 Гц с фильтрами, установленными на 0.1-400 Гц. Во время сбора данных, см. все электроды к Ч. и rereferenced их в автономном режиме с Averссылка возраст.
  2. Для сегмента данных, фильтровать записанные данные с заданными фильтрами и сегментации. Для этого исследования использовать 0.3-40 Гц полосовой фильтр и сегмент продолжающийся ЭЭГ на основе начала стимула, чтобы включить 200 мс prestimulus базовый и 500 мс интервал после стимула.
  3. Проводить оценку качества данных. Экран каждого сегмента для моторных и глазных артефактов, таких как мышечной активности высокочастотного, используя компьютерные алгоритмы, включенные в ERP программного обеспечения. Следуйте этому экрану с помощью ручного анализа.
  4. Автоматизированные критерии отбора устанавливаются следующим образом в этом протоколе, но может быть изменен: для глаз каналов, напряжение> 140 мкВ = моргание глазом и напряжения> 55 мкВ = движения глаз.
  5. Исправить данные из загрязненных испытаний с использованием глазной артефакт коррекции инструмента. Примечание: Любой канал с напряжением> 200 мкВ считается низкого качества. Если> 15 каналов имеют низкое качество, мы решили отказаться от всего процесса по причинам, воспроизводимости.
  6. Средний ФКЗ. Rereference их средним ссылкой, а затем выполнить базовую коррекцию на основе критериев, выбранных в шаге 4.2. Выписка среднее амплитуду и пиковые задержки для различных пиков, экстраполированных от великих средних сигналов предопределенных населения. Примечание: В нашем случае, мы на основе следующих на установленном литературе ответ пожилых детей на средней стимуляции нерва 10-14. Мы использовали P50 (30-80 мс), N70 (50-100 мс), P100 (80-150 мс), N140 (130-230 мс), и P2 (250-350 мс) пиков.
  7. Включают только информацию с электродами перекрывающихся предварительно заданных пункта (рис. 2). Вывести данные для отдельных электродов и среднем в пределах каждого кластера.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Оценка ощупь света (рис. 3):

Характеристики коркового ответ на тактильную стимуляцию с использованием системы Puffer: шаблоны пиков в ответ на слоеного очень похожи на корковых ответов, полученных с использованием средний стимуляция нервов в нормальных взрослых 10,11. Ранняя реакция (P50, N70, P100 пики), прежде всего, отражает активность в первичной сенсорной коры 12 и не требует осведомленности о стимуляции. <...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Этот роман сочетание воздушного слоеного и ERP (именуемого "Puffer системы») для измерения корковой обработки легкого прикосновения и тактильных-слуховые ответов хорошо переносится маленькими детьми с ограниченными возможностями и детей. Это справедливо как для unisensory и мультисенсорных версий, и добавлен ли к вниманию компонент или нет в случае маленьких детей. Причины успеха этой методики в оценке молодых и уязвимых слоев населения обусловлены как за использование безобидным тактильный стимул, а также с исполь...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют, что они не имеют конкурирующие финансовые интересы.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Проект описывается при поддержке Национального центра исследовательских ресурсов, Грант UL1 RR024975-01, и в настоящее время в Национальном центре для Продвижение поступательного Науки, Грант 2 UL1 TR000445-06. Содержание является исключительной прерогативой авторов и не обязательно отражают официальную точку зрения NIH.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Геодезическая сенсорная сетьEGI, Inc., Юджин, Орегонзависит от размера
программного обеспечения Net Station EEG v. 4.2EGI, Inc., Eugene, ORNA
E-Prime stimulus control applicationPST, Inc. Pittsburgh, PANA
Манометр (модель 6 дюймов, 0-60 фунтов на квадратный дюйм)H. O. Trerice Co, Oak Park, MI
Custom Puffer setupNathalie Maitre

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Nelson, C. A. Neural plasticity and human development: the role of early experience in sculpting memory systems. Dev. Sci. 3 (2), 115-136 (2000).
  2. Wallace, M. T., Stein, B. E. Early experience determines how the senses will interact. J. Neurophysiol. 97 (1), 921-926 (2007).
  3. Greenough, W. T., Black, J. E., Wallace, C. S. Experience and brain development. Child Dev. 58 (3), 539-559 (1987).
  4. Lickliter, R. The Role of Sensory Stimulation in Perinatal Development: insights from comparative research for care of the high-risk infant. J. Dev. Behav. Pediatr. 21 (6), 437-447 (2000).
  5. Lickliter, R. The integrated development of sensory organization. Clin. Perinatol. 38 (4), 591-603 (2011).
  6. Pleger, B., Villringer, A. The human somatosensory system: From perception to decision making. Prog. Neurobiol. 103, 76-97 (2013).
  7. Allison, T., McCarthy, G., Wood, C. C., Jones, S. J. Potentials evoked in human and monkey cerebral cortex by stimulation of the median nerve: a review of scalp and intracranial recordings. Brain. 114 (6), 2465-2503 (1991).
  8. Majnemer, A., Rosenblatt, B., Riley, P., Laureau, E., O'Gorman, A. M. Somatosensory evoked response abnormalities in high-risk newborns. Pediatr. Neurol. 3 (6), 350-355 (1987).
  9. Auld, M. L., Ware, R. S., Boyd, R. N., Moseley, G. L., Johnston, L. M. Reproducibility of tactile assessments for children with unilateral cerebral palsy. Phys. Occup. Ther. Pediatr. 32 (2), 151-166 (2012).
  10. Nakanishi, T., Shimada, Y., Toyokura, Y. Somatosensory evoked responses to mechanical stimulation in normal subjects and in patients with neurological disorders. J. Neuro. Sci. 21 (3), 289-298 (1974).
  11. Schubert, R., Blankenburg, F., Lemm, S., Villringer, A., Curio, G. Now you feel it-now you don't: ERP correlates of somatosensory awareness. Psychophysiology. 43 (1), 31-40 (2006).
  12. Hamalainen, H., Kekoni, J., Sams, M., Reinikainen, K., Naatanen, R. Human somatosensory evoked potentials to mechanical pulses and vibration: contributions of SI and SII somatosensory cortices to P50 and P100 components. Electroencephal. Clin. Neurophysiol. 75 (2), 13-21 (1990).
  13. Eimer, M., Forster, B. Modulations of early somatosensory ERP components by transient and sustained spatial attention. Exp. Brain Res. 151 (1), 24-31 (2003).
  14. Forster, B., Eimer, M. Covert attention in touch: Behavioral and ERP evidence for costs and benefits. Psychophysiology. 42 (2), 171-179 (2005).
  15. Tamura, Y., et al. Cognitive processes in two-point discrimination: an ERP study. Clin. Neurophysiol. 115 (8), 1875-1884 (2004).
  16. Fabrizi, L., et al. A shift in sensory processing that enables the developing human brain to discriminate touch from. 21 (18), 1552-1558 (2011).
  17. Putnam, L. E., Vanman, E. J. Startle Modification: Implications for Neuroscience, Cognitive Science. Google Books. Startle Modification: Implications for. , (1999).
  18. Maitre, N. L., Barnett, Z. P., Key, A. P. F. Novel assessment of cortical response to somatosensory stimuli in children with hemiparetic cerebral palsy. J. Child Neurol. 27 (10), 1276-1283 (2012).
  19. Molholm, S. Audio-Visual Multisensory Integration in Superior Parietal Lobule Revealed by Human Intracranial Recordings. J. Neurophysiol. 96 (2), 721-729 (2006).
  20. Molholm, S., Ritter, W., Murray, M. M., Javitt, D. C., Schroeder, C. E., Foxe, J. J. Multisensory auditory-visual interactions during early sensory processing in humans: a high-density electrical mapping study. Brain Res. 14 (1), 115-128 (2002).
  21. Foxe, J. J., Morocz, I. A., Murray, M. M., Higgins, B. A., Javitt, D. C., Schroeder, C. E. Multisensory auditory-somatosensory interactions in early cortical processing revealed by high-density electrical mapping. Brain Res.. 10 (1-2), 77-83 (2000).
  22. Gick, B., Derrick, D. Aero-tactile integration in speech perception. Nature. 462 (7272), 502-504 (2009).
  23. Stevens, K. N., Blumstein, S. E. Invariant cues for place of articulation in stop consonants. J. Acoust. Soc. Am. 64 (5), 1358-1368 (1978).
  24. Hari, R., Parkkonen, L., Nangini, C. The brain in time: insights from neuromagnetic recordings. Ann. NY Acad. Sci. 1191, 89-109 (2010).
  25. Key, A. P. F., Dove, G. O., Maguire, M. J. Linking Brainwaves to the Brain: An ERP. Dev. Neuropsychol. 27 (2), 183-215 (2005).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи