Методическая статья

ЭЭГ Му Ритм в типичных и нетипичных развития

DOI:

10.3791/51412

⸱

9 апреля 2014 г.

 ,  , 
1Department of Psychiatry, University of Washington, 2Department of Educational Psychology, University of Washington

В этой статье

Краткое содержание

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

Оценка ЭЭГ мю ритма предоставляет уникальную методику изучения активности мозга и в сочетании с анализами поведенчески основе, может стать мощным инструментом для выяснения аспектов социального познания, такие как имитация, в клинических популяциях.

Аннотация

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

Электроэнцефалография (ЭЭГ) является эффективной, и неинвазивный метод оценки и регистрации активности головного мозга. Учитывая превосходное временное разрешение, ЭЭГ может быть использован для изучения нервный ответ в связи с конкретными поведения, состояний, или внешние раздражители. Примером этой утилиты является оценка зеркало нейронов системы (МНБ) в организме человека в результате рассмотрения в ЭЭГ мю ритма. На ЭЭГ му ритм, колебательная активность в диапазоне 8-12 Гц частоты, записанного с центрально расположенными электродами, подавляется, когда индивид выполняется, или просто наблюдает, целенаправленного действия. Таким образом, было предложено, чтобы отразить активность МНБ. Было предположение, что дисфункция в зеркало нейронов системы (МНБ) играет пишущим роль в социальных дефицитов расстройства аутистического спектра (ASD). МНБ то можно неинвазивно рассмотрены в клинических популяций с помощью ЭЭГ му ослабление ритм как индекс для своей деятельности. Описанный протocol обеспечивает бульвар для изучения социальных когнитивных функций теоретически, связанные с МНБ у лиц с типичной и атипичной развития, таких, как ASD.

Введение

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

Электроэнцефалография (ЭЭГ) является эффективной, и неинвазивный метод оценки и регистрации активности головного мозга. Как нейроны пожара в головном мозге, в результате чего напряжение может быть усилен, записаны, и графически. Временное разрешение ЭЭГ позволяет для анализа даже кратких изменений в колебательных моделей мозга, а также при анализе реакции мозга на определенные раздражители.

Несмотря на то, старейший метод визуализации головного мозга, начиная с конца 19-го века, ЭЭГ-прежнему имеет широкомасштабное применение. В то время как функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) имеет отличную пространственное разрешение, он имеет относительно низкий временное разрешение. Это представляет собой значительное ограничение оценки МРТ учитывая невероятная скорость, с которой происходят процессы в головном мозге. ЭЭГ имеет возможность оценить электрическую активность мозга на уровне миллисекунд, обеспечивая потенциальную INsight в фазах обработки мозга.

Развитие технологий также расширили применимость ЭЭГ. Увеличение плотности систем записи позволило для развития методов локализации источников, смягчения некоторых ограничений ЭЭГ относительно пространственным разрешением. Кроме того, современные системы снизили индивидуальный участник время настройки значительно, что позволяет для оценки ранее недоступных населения, таких как младенческой и клинических образцов 1-3,28-30.

Учитывая превосходное временное разрешение, ЭЭГ может быть использован для изучения нервный ответ в связи с конкретными поведения, состояний, или внешние раздражители. Примером этой утилиты является оценка зеркало нейронов системы (МНБ) в организме человека. Нейроны зеркала были первоначально определены в обезьян с помощью одного запись нейронов 4, что свидетельствует группунейроны, которые ответили на оба исполнения и соблюдения двигательного действия. Этот прямой способ записи размещении электродов в мозге редко используются в организме человека, и только в тяжелом клинических случаев. ЭЭГ предложен способ оценки МНБ путем мониторинга ЭЭГ му ритм. Это колебание шаблон в диапазоне 8-12 Гц, как было показано для ослабления власти ЭЭГ в ответ на казни и наблюдения двигательных действий, подобных образцу активации наблюдается у обезьян 5-7. Точно так же, стимулирование предполагаемых областей мозга МНБ через транскраниальной магнитной стимуляции (например, нижняя лобная извилины) отменяет ЭЭГ му ритм 8 и пресечение ЭЭГ му ритм коррелирует со смелыми сигналов от МРТ в предполагаемых районах зеркало нейронных внутри субъектов 9, обеспечивая дополнительную поддержку, что этот ритм индексы, по крайней мере частично, МНС активность. Оценка ЭЭГ мю ритма позволило для неинвазивной оценки зеркало нейрона актаivity в организме человека.

ЭЭГ дает уникальную методологию для изучения активности мозга и в сочетании с анализами поведенчески основе, он может стать мощным инструментом для выяснения аспектов социального познания, такие как имитация, в клинических популяциях. Кроме того, применимость ЭЭГ для использования с населения с когнитивными или языковых нарушений позволяет понимание способностей лиц, для которых другие методы визуализации или поведенческие парадигмы могут быть менее успешно использовать. Описанный протокол обеспечивает бульвар для изучения социальных когнитивных функций теоретически, связанные с зеркальной системы нейронов у людей с типичной и атипичной развития, например аутизма спектра расстройства.

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

Протокол

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

Следующий протокол придерживается руководящих принципов Вашингтонского университета биомедицинской этике.

1. Электрофизиологический Оценка

  1. Подготовка сессии
    1. Подготовка помещения: поместите manipulandum (см. рисунок 1), деревянный блок с датчиком прилагается, который посылает с временной отметкой маркер приобретения программного обеспечения, когда он захвачен, на столе в течение схватив охват участника. Активируйте программное обеспечение ЭЭГ приобретения и начать "новую сессию" (Рисунок S1).
    2. Чистая подготовка: теплый раствор дистиллированной воды (1 л), хлорид калия (1 столовая ложка), и детского шампуня (1 чайная ложка) до 104 ° F. Замочите 128-электрода плотной массива системы ЭЭГ в утепленной солевым раствором.
    3. Подготовка Участник: гарантировать, что участник сидит комфортно примерно 75 см от монитора стимул презентации и полностью в связи с видео-камерыЭпоха. Найти и отметьте вершину на голове участника с маркером кожи. Измерьте вершину, находя пересечение посередине между Насьон и затылочного бугра и посередине между preauriculars.
    4. Чистая применение: Установите крышку ЭЭГ на голове участника таким образом, чтобы вершина электрод помещается непосредственно над вершиной марки. Проверка сопротивления и обеспечить, чтобы полное сопротивление ниже порога подходит для системы ЭЭГ в использовании (рис. S2).
    5. Начните видео съемка сессии.
  2. Запись установки: Опорный сигнал к вершине электрода. Аналоговый фильтр от 0,1 до 100 Гц, усилить сигнал и оцифровывать на 500 выборок / сек.
  3. Стимул презентация: присутствует участник с 3 условиях: соблюдать, исполнять и отдыха, адаптированных из парадигмы, разработанной Muthukumaraswamy и коллегами 5.
    1. Соблюдайте условия: Поручить участника сидеть тихо и смотретьвидео человека схватив manipulandum. Каждое испытание должно длиться 6 сек. Время в предварительно записанном видео для наблюдать испытаний именно для того, чтобы наблюдаемое понимание наступает точно в 3 сек. Монитор визуальное внимание участника во время задания, и отметьте испытания в течение которого они не посещают на экран, чтобы быть отброшен в пост-обработки.
    2. Выполнить условие: Поручить участника сидеть тихо с правой отдыха руки чуть ниже manipulandum и, услышав предварительно записанного слуховой кий, подражать manipulandum захватить с наблюдать состояние видеоклипа. Каждое испытание должно длиться 6 сек. Убедитесь, что слуховая кий представлена ​​ровно в 3 сек на предварительной записи слуховой трек, который поддерживает постоянно приурочен выполнить кий и между пробную интервал. Использование датчика на manipulandum точно записывать время, что происходит Возьмитесь за участника (Рисунок S3).
    3. Отдых Состояние: Поручить участника сидеть QuieTLY с открытыми глазами и пассивно наблюдать небольшое перекрестие на стимул монитора. Запись непрерывный ЭЭГ при состоянии покоя в течение 3 мин.
    4. Для обоих наблюдать и выполнить условия, присутствующие рандомизированных блоков десяти испытаний, в общей сложности сорок испытаний на каждое условие. Убедитесь, что образ manipulandum остается на экране в течение наблюдать и выполнять блоков, в том числе между испытаниями. Администрирование состояние покоя в завершении наблюдать и выполнять условиях.
  4. Обработка данных
    1. После сбора данных, проверьте сопротивления. Обратите внимание на любые изменения в уровнях сопротивления. End запись приобретение программного обеспечения.
    2. Последующая обработка: сигнал Rereference ЭЭГ в среднем. Сегмент непрерывные данные ЭЭГ в сорока 6-сек испытаний для каждого условия (рис. S4).
    3. Провести автоматическое обнаружение артефактов. Используйте автоматизированные алгоритмы для проверки сегментов для артефактов движения путем выявления быстрые средние амплитуды exceedinг 200 мкВ, дифференциал средние амплитуды, превышающие 100 мкВ, и нулевой дисперсии по данному суду (рис. S5).
    4. Проведение ручного обнаружения артефактов на визуальном осмотре данных и подтверждения с видео-обзор сессии, чтобы удалить все испытания в состоянии наблюдения, загрязненной любое движение артефакт и всех испытаниях в состоянии выполнения загрязненных любого движения артефакт, не связанной с Хватка жест. Исключить испытания со значительным артефактом из анализа. Откажитесь от любых испытаний, которые были выделены во время сбора, как не присутствовал. Осмотрите и обратите внимание скорость пробного отказа для каждой группы диагностической под анализа.
  5. Анализ данных
    1. За Muthukumaraswamy соавт. 5, сегмент очищенные испытания в 2 сек эпох, состоящих из 1 сек данных до рук и 1 сек после как для наблюдать (как отмечено фотоэлемента) и выполнить (как отмечено датчика manipulandum) условиях. Сегмент снаклонился 2 сек эпохи из состояния покоя.
    2. Быстрое преобразование Фурье (БПФ) каждый сегмент. Выберите кластер из восьми электродов на каждом полушарии окружающей стандартные С3 и С4 позиции в течении статистического анализа (следующие Muthukumaraswamy др.. 5 и Берниер соавт. 3) (рис. 2). Для каждого условия, в среднем питание через включенных исследований для расчета спектров мощности.
    3. Рассчитать ослабление му, исследуя среднюю мощность во время или исполнения или наблюдения моторного действия, по отношению к средней мощности в течение отдыха состоянии, во всем диапазоне 8-13 Гц. Используйте журнал этого отношения для определения степени ослабления. Примечание: отрицательное значение представляет ослабление во время выполнения или наблюдения, в то время как положительное значение представляет увеличение. Эта методология учитывает изменчивость счета через лиц, а также не-нормальность ценностей, выраженных в соотношении формы. <бр /> Примечание: Этот протокол был разработан с использованием 128-электрода плотной массива системы ЭЭГ с программным обеспечением Net Station версии 4.1. В то время как основные шаги похожи между системами ЭЭГ, протоколы сбора и анализа могут различаться.

2. Пример Характеристика

  1. Определить потенциальную популяции пациентов для участия в парадигме через исследовательские реестров, предыдущих списков участников, или направления от клиник области и клиницистов.
  2. Экран потенциальных участников для вероятности встречи диагностические критерии для клинической конструкции (например, расстройства аутистического спектра) и для выявления любых запретов, критерии, такие как травмы головы, опухоли, истории ареста, или использование анти-судорожного или барбитуратами лекарства, которые могут исказить электрофизиологические сигнал.
  3. Подтвердите диагностический статус популяции пациентов с помощью золотых стандартных диагностических инструментов (например, аутизм диагностическое интервью-Reвизируется (ADI-R 11) и аутизм Диагностика Наблюдение Расписание-Generic (ADOS-G, 12) в ведении экспертов врача следующей Диагностического и статистического руководства - 5-е издание (DSM-5) критерии 13.
  4. Определить контрольный образец соответствовал по соответствующим переменных, представляющих интерес, таких как возраст, пол, когнитивные способности и т.д.

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

Результаты

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

Типичные взрослых, детей и младенцев, последовательно демонстрировали му ритм, как во время исполнения и наблюдения за действиями в различных парадигм и стимулов 5, 14-30. Ослабление в этой полосе частот последовательно локализован через центральных электродов (рис. 3) с указанием, что это не сокращение альфа власти, которая записана в других регионах кожи головы. Аналогичным образом, затухание в этой частоте при наблюдении движения ограничивается наблюдением биологически основе движения и по...

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

Обсуждение

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

Успешное сбора, обработки и анализа электрофизиологических данных, относящихся к мю ритма и приложения к клиническим населения требуется 1) применение ЭЭГ методологических инструментов, 2) обнаружение осторожны артефакт и обработки данных, 3) точная идентификация мю ритма, и 4) точную характеристику клинической населения и выявления соответствующих контрольных групп.

Соответствующее методология ЭЭГ требуется функционирует нормально и комплексного оборудования, соо...

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

Раскрытие информации

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

Авторы заявляют каких конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

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

Эта работа была поддержана грантом Фонда Саймонса (SFARI # 89638 в РБ).

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

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Геодезическая системаЭЭГEGI N/AЛюбая система ЭЭГ, не только системы на основе EGI, применима для описываемого исследования
Программное обеспечение MATLABMÄTLABN/AЛюбое математическое, статистическое программное обеспечение, которое может работать с матрицами, является
применимым программным обеспечением NetstationEGIN/AЛюбое программное обеспечение для сбора данных ЭЭГ применимо для описываемого исследования
ManipulandumcustomН/ДЛюбой объект, который зарегистрирован совместно с программным обеспечением для сбора данных для сигнализации об успешном захвате

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kuhl, P. K., Coffey-Corina, S., Padden, D., Dawson, G. Links between social and linguistic processing of speech in preschool children with autism: behavioral and electrophysiological. 8, (2005).
  2. McPartland, J., Dawson, G., Webb, S. J., Panagiotides, H., Carver, L. J. Event-related brain potentials reveal anomalies in temporal processing of faces in autism spectrum disorder. J. Child Psychol. Psychiatry. 45, 1235-1245 (2004).
  3. Bernier, R., Dawson, G., Webb, S., Murias, M. EEG mu rhythm and imitation impairments in individuals with autism spectrum disorder. Brain Cogn. 64, 228-237 Forthcoming.
  4. Rizzolatti, G., Fadiga, L., Gallese, V., Fogassi, L. Premotor cortex and the recognition of motor actions. Brain Res. Cogn. Brain. 3, 131-141 (1996).
  5. Muthukumaraswamy, S. D., Johnson, B. W., McNair, N. A. Mu rhythm modulation during observation of an object-directed grasp. Brain Res. Cogn. Brain Res. 19, 195-201 Forthcoming.
  6. Pineda, J. A. The functional significance of mu rhythms: translating "seeing" and "hearing" into "doing". Brain Res. Brain Res. Rev. 50, 57-68 (2005).
  7. Vanderwert, R. E., Fox, N. A., Ferrari, P. F. The mirror mechanism and mu rhythm in social development. Neurosci. Lett. 540, 15-20 (2013).
  8. Keuken, M. C., et al. The role of the left inferior frontal gyrus in social perception: an rTMS study. Brain Res. , 1383-13196 (2011).
  9. Braadbaart, L., Williams, J. H., Waiter, G. D. Do mirror neuron areas mediate mu rhythm suppression during imitation and action observation. Int. J. Psychophysiol. , 99-105 (2013).
  10. Rogers, S., Cook, I., Greiss-Hess, L. Mature Imitation Task. Unpublished coding manual. , M.I.N.D. Institute, University of California - Davis. Forthcoming.
  11. Lord, C., Rutter, M., Le Couteur, A. Autism Diagnostic Interview-Revised: a revised version of a diagnostic interview for caregivers of individuals with possible pervasive developmental disorders. J. Autism Disord. 24, 659-685 (1994).
  12. Lord, C., et al. The autism diagnostic observation schedule-generic: a standard measure of social and communication deficits associated with the spectrum of autism. J. Autism Dev. Disord. 30, 205-223 (2000).
  13. American Psychiatric Association (APA). Diagnostic and statistical manual of mental. disorders, Edition. , Forthcoming.
  14. Gastaut, H. J., Bert, J. EEG changes during cinematographic presentation; moving picture activation. of the EEG. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 6, 433-444 (1954).
  15. Muthukumaraswamy, S. D., Johnson, B. W. Changes in rolandic mu rhythm during observation of a precision grip. Psychophysiology. 41, 152-156 (2004).
  16. Chatrian, G. E., Petersen, M. C., Lazarte, J. A. The blocking of the rolandic wicket rhythm and some central changes related to movement. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 11, 497-510 (1959).
  17. Pfurtscheller, G., Neuper, C., Andrew, C., Edlinger, G. Foot and hand area mu rhythms. Int. J. Psychophysiol. 26, 121-135 (1997).
  18. Arroyo, S., et al. Functional significance of the mu rhythm of human cortex: an electrophysiologic study with subdural electrodes. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 87, 76-87 (1993).
  19. Babiloni, C., et al. Human cortical electroencephalography (EEG) rhythms during the observation of simple aimless movements: a high-resolution EEG study. Neuroimage. 17, 559-572 (2002).
  20. Babiloni, C., et al. Human movement-related potentials vs desynchronization of EEG alpha rhythm: a high-resolution EEG study. Neuroimage. 10, 658-665 (1999).
  21. Babiloni, C., et al. Transient human cortical responses during the observation of simple finger movements: a high-resolution EEG study. Hum. Brain. 20, 148-157 (2003).
  22. Cochin, S., Barthelemy, C., Lejeune, B., Roux, S., Martineau, J. Perception of motion and qEEG activity in human adults. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 107, 287-295 (1998).
  23. Cochin, S., Barthelemy, C., Roux, S., Martineau, J. Observation and execution of movement: similarities demonstrated by quantified electroencephalography. Eur. J. Neurosci. 11, 1839-1842 (1999).
  24. Cochin, S., Barthelemy, C., Roux, S., Martineau, J. Electroencephalographic activity during perception of motion in childhood. Eur. J. Neurosci. 13, 1791-1796 (2001).
  25. Martineau, J., Cochin, S. Visual perception in children: human, animal and virtual movement activates different cortical areas. Int. J. Psychophysiol. 51, 37-44 (2003).
  26. Lepage, J. F., Theoret, H. EEG evidence for the presence of an action observation-execution matching system in children. Eur. J. Neurosci. 23, 2505-2510 (2006).
  27. Marshall, P. J., Bar-Haim, Y., Fox, N. A. Development of the EEG from 5 months to 4 years of age. Clin. Neurophysiol. 113, 1199-1208 (2002).
  28. Southgate, V., Johnson, M. H., El Karoui, I., Csibra, G. Motor system activation reveals infants' on-line prediction of others' goals. Psychol. Sci. 21, 355-359 (2010).
  29. Nystrom, P., Ljunghammar, T., Rosander, K., von Hofsten, C. Using mu rhythm desynchronization to measure mirror neuron activity in infants. Dev. Sci. 14, 327-335 (2011).
  30. Southgate, V., Johnson, M. H., Osborne, T., Csibra, G. Predictive motor activation during action observation in human infants. Biol. , 769-772 (2009).
  31. Oberman, L. M., et al. EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism spectrum disorders. Brain Res. Cogn. Brain Res. 24, 190-198 (2005).
  32. Martineau, J., Cochin, S., Magne, R., Barthelemy, C. Impaired cortical activation in autistic children: is the mirror neuron system involved. Int. J. Psychophysiol. 68, 35-40 (2008).
  33. Oberman, L. M., Ramachandran, V. S., Pineda, J. A. Modulation of mu suppression in children with autism spectrum disorders in response to familiar or unfamiliar stimuli: the mirror neuron hypothesis. Neuropsychologia. 46, 1558-1565 (2008).
  34. Raymaekers, R., Wiersema, J. R., Roeyers, H. EEG Study of the Mirror Neuron System in Children with High Functioning Autism. Brain Res. , 113-121 (2009).
  35. Fan, Y. T., Decety, J., Yang, C. Y., Liu, J. L., Cheng, Y. Unbroken mirror neurons in autism spectrum disorders. J. Child Psychol. Psychiatry. 51, 981-988 (2010).
  36. Bernier, R., Aaronson, B., McPartland, J. The role of imitation in the observed heterogeneity in EEG mu rhythm in autism and typical development. Brain Cogn. 82, 69-75 (2013).
  37. Pfurtscheller, G., Lopesda Silva,, H, F. Event-related EEG/MEG synchronization and desynchronization: basic principles. Clin. Neurophysiol. 110, 1842-1857 (1999).
  38. Marshall, P. J., Young, T., Meltzoff, A. N. Neural correlates of action observation and execution in 14‐month‐old infants: An event‐related EEG desynchronization study. Dev. Sci. , 474-480 (2011).
  39. Marshall, P. J., Meltzoff, A. N. Neural mirroring systems: Exploring the EEG mu rhythm in human infancy. Dev. Cogn. Neurosci. , 110-123 (2011).
  40. Oberman, L., McCleery, J., Hubbard, E., Bernier, R., Pineda, J. Developmental changes in mu suppression to observed actions in individuals with autism spectrum disorders. Soc. Cogn. Affective Neurosci. 8, 300-304 Forthcoming.

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