Kwantitatieve beoordeling van Corticale auditieve-tactiele verwerking bij kinderen met een handicap
Summary
Objectieve en eenvoudig meten van sensorische verwerking is uiterst moeilijk in non-verbale of kwetsbare pediatrische patiënten. We ontwikkelden een nieuwe methode om een kwantitatieve beoordeling van baby-en kinderkleding corticale verwerking van lichte aanraking, spraakklanken, en de multisensorische verwerking van de 2 stimuli, zonder dat actieve deelname van een proefpersoon of het veroorzaken ongemak in kwetsbare patiënten.
Abstract
Objectieve en eenvoudig meten van sensorische verwerking is uiterst moeilijk in non-verbale of kwetsbare pediatrische patiënten. We ontwikkelden een nieuwe methode om een kwantitatieve beoordeling van de kinderen corticale verwerking van lichte aanraking, spraakklanken en de multisensorische verwerking van de 2 stimuli, zonder dat actieve deelname van een proefpersoon of het veroorzaken van kinderen ongemak. Om dit te bereiken hebben we een dual channel, tijd en kracht gekalibreerd lucht bladerdeeg stimulator die zowel tactiele stimulatie en sham controle mogelijk maakt. We combineerden dit met het gebruik van event-related potentieel methodologie toe te staan voor hoge tijdsresolutie van de signalen van de primaire en secundaire somatosensorische cortex alsmede hogere orderverwerking. Deze methodologie ook ons toegestaan om een multisensorische reactie op auditieve-tactiele stimulatie te meten.
Introduction
De studie van ontwikkeling corticale sensorische processen essentieel voor het begrijpen van de basis voor de meeste hogere orde functies. Zintuiglijke ervaringen zijn verantwoordelijk voor veel van de organisatie van de hersenen door middel van de kindertijd, het leggen van de basis voor complexe processen zoals cognitie, communicatie, en motorische ontwikkeling 1-3. De meeste pediatrische studies van sensorische processen richten zich op auditieve en visuele domeinen, vooral omdat deze stimuli zijn het gemakkelijkst te ontwikkelen, te standaardiseren en te testen. Echter, tactiele verwerking van bijzonder belang bij zuigelingen en kinderen het eerste zintuig te ontwikkelen in de foetus 4,5 en somatosensorische informatie integraal onderdeel van de functie van andere corticale systemen (bijv. motor, geheugen, associatief leren, limbische) 6. Huidige werkwijzen beoordeling somatosensorische verwerking worden beperkt door de keuze van tactiele stimulus. Een gemeenschappelijke keuze is directe elektrische zenuw stimulatie 7,8 </sup>, Met de kans op ongemak. Andere effectieve methoden gebruiken actieve taken zoals discriminatie, erkenning, en lokalisatie van stimuli, waarbij zowel aandacht en een hoge mate van begrip 9. Al deze werkwijzen zijn daarom beperkt in hun gebruik bij jonge kinderen en zuigelingen.
Daarom is ons doel was om een tactiele paradigma dat deze beperkingen adressen door als niet-invasieve en het verminderen van de noodzaak van een actieve deelname van een proefpersoon te ontwikkelen. Daarnaast is het nodig om een gestandaardiseerd niveau van stimulatie en een sham-controle. Hiervoor ontwikkelden we de "puffer" systeem, een dual-channel, getimed, en gekalibreerd air-puff levering systeem, zodat we de effecten van lichte aanraking bij zuigelingen en andere kwetsbare bevolkingsgroepen te meten.
Functionele MRI studies toonden aan dat stimulatie door puffs lucht activeert sensorische cortex, maar de lengte en de uitdagingen van dergelijke studies, zoals immobilisatie, lengthy sessies en angstwekkende instellingen maakt ze moeilijk uit te voeren bij jonge kinderen. Daarom hebben we samen onze nieuwe levering systeem met Event Related Potential (ERP) methodiek om temporele resolutie van sensorische verwerking van lichte aanraking te bieden in een korte, kindvriendelijke testsessie.
Dit nieuwe paradigma biedt de nodige flexibiliteit om sensorische verwerking in diverse bevolkingsgroepen, leeftijden en klinische settings bestuderen. Het heeft ook het voordeel verenigbaar met auditieve stimuli, waardoor multisensory evaluaties. Tot nu toe is nauwkeurige en betrouwbare tactiele evaluatie onmogelijk geweest bij baby's of kinderen die niet in staat zijn om betrouwbaar te reageren vanwege intellectuele / taalstoornissen. Deze methode is bedoeld om deze leemte op te vullen, om te helpen bij de vroegtijdige identificatie van tekorten sensorische verwerking en interventie gedurende een periode van maximaal plasticiteit van het brein. Verbeteringen in sensorische verwerking in de kinderschoenen kan de cascade beïnvloedenvan neurologische
De volgende procedures zijn allemaal opgenomen in Vanderbilt Institutional Review Board goedgekeurde protocollen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze nieuwe combinatie van lucht bladerdeeg en ERP (aangeduid als de "Puffer systeem") om corticale verwerking van lichte aanraking en tactiele-auditieve reacties te meten wordt goed verdragen door jonge kinderen met een handicap en door zuigelingen. Dit geldt voor unisensory en multisensorische versies, en of de aandachtsproblemen component niet wordt toegevoegd of in het geval van jonge kinderen. De redenen voor het succes van deze werkwijze bij de beoordeling van een jonge en kwetsbare bevolking door zowel …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De beschreven project werd ondersteund door het National Center for Research Resources, Grant UL1 RR024975-01, en is nu in het Nationaal Centrum voor de bevordering van Translational Wetenschappen, Grant 2 UL1 TR000445-06. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en niet noodzakelijkerwijs het officiële standpunt van de NIH.
Materials
| Geodesic sensor net | EGI, Inc., Eugene, OR | depends on size | |
| Net Station EEG software v. 4.2 | EGI, Inc., Eugene, OR | NA | |
| E-Prime stimulus control application | PST, Inc. Pittsburgh, PA | NA | |
| Manometer (model 6” 0-60PSI) | H. O. Trerice Co, Oak Park, MI | ||
| Custom Puffer setup | Nathalie Maitre |
References
- Nelson, C. A. Neural plasticity and human development: the role of early experience in sculpting memory systems. Dev. Sci. 3 (2), 115-136, doi:10.1111/1467-7687.00104 (2000).
- Wallace, M. T. & Stein, B. E. Early experience determines how the senses will interact. J. Neurophysiol. 97 (1), 921-926, doi:10.1152/jn.00497.2006 (2007).
- Greenough, W. T., Black, J. E. & Wallace, C. S. Experience and brain development. Child Dev. 58 (3), 539-559 (1987).
- 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, doi:10.1097/00004703-200012000-00006 (2000).
- Lickliter, R. The integrated development of sensory organization. Clin. Perinatol. 38 (4), 591-603, doi:10.1016/j.clp.2011.08.007 (2011).
- Pleger, B. & Villringer, A. The human somatosensory system: From perception to decision making. Prog. Neurobiol. 103, 76-97, doi:10.1016/j.pneurobio.2012.10.002 (2013).
- 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).
- 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).
- 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, doi:10.3109/01942638.2011.652804 (2012).
- 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).
- 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, doi:10.1111/j.1469-8986.2006.00379.x (2006).
- 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).
- Eimer, M. & Forster, B. Modulations of early somatosensory ERP components by transient and sustained spatial attention. Exp. Brain Res. 151 (1), 24-31, doi:10.1007/s00221-003-1437-1 (2003).
- Forster, B. & Eimer, M. Covert attention in touch: Behavioral and ERP evidence for costs and benefits. Psychophysiology. 42 (2), 171-179, doi:10.1111/j.1469-8986.2005.00268.x (2005).
- Tamura, Y., et al. Cognitive processes in two-point discrimination: an ERP study. Clin. Neurophysiol. 115 (8), 1875-1884, doi:10.1016/j.clinph.2004.03.018 (2004).
- Fabrizi, L., et al. A shift in sensory processing that enables the developing human brain to discriminate touch from pain. Curr. Biol. 21 (18), 1552-1558, doi:10.1016/j.cub.2011.08.010 (2011).
- Putnam, L. E. & Vanman, E. J. Startle Modification: Implications for Neuroscience, Cognitive Science. Google Books. Startle Modification: Implications for … (1999).
- 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, doi:10.1177/0883073811435682 (2012).
- Molholm, S. Audio-Visual Multisensory Integration in Superior Parietal Lobule Revealed by Human Intracranial Recordings. J. Neurophysiol. 96 (2), 721-729, doi:10.1152/jn.00285.2006 (2006).
- 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).
- 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).
- Gick, B. & Derrick, D. Aero-tactile integration in speech perception. Nature. 462 (7272), 502-504, doi:10.1038/nature08572 (2009).
- Stevens, K. N. & Blumstein, S. E. Invariant cues for place of articulation in stop consonants. J. Acoust. Soc. Am. 64 (5), 1358-1368 (1978).
- Hari, R., Parkkonen, L. & Nangini, C. The brain in time: insights from neuromagnetic recordings. Ann. NY Acad. Sci. 1191, 89-109, doi:10.1111/j.1749-6632.2010.05438.x (2010).
- Key, A. P. F., Dove, G. O. & Maguire, M. J. Linking Brainwaves to the Brain: An ERP Primer. Dev. Neuropsychol. 27 (2), 183-215, doi:10.1207/s15326942dn2702_1 (2005).
