Quantitative Bewertung der kortikalen Auditory-taktile Verarbeitung bei Kindern mit Behinderungen
Summary
Ziel und einfache Messung der sensorischen Verarbeitung ist extrem schwierig in nonverbal oder gefährdeten pädiatrischen Patienten. Wir entwickelten eine neue Methode zur quantitativen Bewertung Säuglinge und Kinder kortikale Verarbeitung von leichten Berührung, Geräusche Rede, und die multisensorische Verarbeitung der zwei Reize, ohne dass aktives Subjekt Beteiligung oder verursacht Unbehagen in gefährdeten Patienten.
Abstract
Ziel und einfache Messung der sensorischen Verarbeitung ist extrem schwierig in nonverbal oder gefährdeten pädiatrischen Patienten. Wir entwickelten eine neue Methode zur quantitativen Bewertung der Kinder kortikale Verarbeitung von leichten Berührung, Sprachlaute und die multisensorische Verarbeitung der zwei Reize, ohne dass aktives Subjekt Beteiligung oder was Kinder Unbehagen. Um dies zu erreichen haben wir ein Dual-Channel-, Zeit und Kraft kalibrierten Luftstoß-Stimulator, der sowohl taktile Stimulation und eine Schein-Steuerung ermöglicht. Wir kombinieren diese mit der Verwendung von ereignisbezogene Potential Methodik für die hohe zeitliche Auflösung der Signale von den primären und sekundären somatosensorischen Kortex sowie höhere Auftragsbearbeitung zu ermöglichen. Diese Methodik erlaubt es uns auch, eine multisensorische Reaktion auf auditiv-taktile Stimulation zu messen.
Introduction
Das Studium der Entwicklung kortikaler sensorischer Prozesse ist unerlässlich, um das Verständnis der Grundlage für die meisten Funktionen höherer Ordnung. Sinneserfahrungen sind für einen Großteil des Gehirns durch die Organisation der Kindheit verantwortlich, die Grundlagen für komplexe Prozesse wie Kognition, Kommunikation und motorische Entwicklung 3.1. Die meisten pädiatrischen Studien der sensorischen Prozesse konzentrieren sich auf auditive und visuelle Domains, vor allem weil diese Reize sind am einfachsten zu entwickeln, zu standardisieren und zu testen. Ist von besonderem Interesse bei Säuglingen und Kindern jedoch taktile Verarbeitung, da es das erste Sinn, in dem 4,5 Fötus entwickeln und somatosensorischen Informationen ist integraler Bestandteil der Funktion anderer kortikalen Systeme (z. B. Motor, Speicher, assoziativen Lernens limbischen) 6. Aktuelle Verfahren der Beurteilung somatosensorischen Verarbeitung werden durch die Wahl der taktilen Reiz begrenzt. Eine gemeinsame Wahl ist eine direkte elektrische Nervenstimulation Median 7,8 </sup>, Mit dem Potential für Unbehagen. Andere wirksame Methoden verwenden aktive Aufgaben wie Diskriminierung, Anerkennung und Lokalisierung der Reize, sowohl Aufmerksamkeit und ein hohes Maß an Verständnis 9 benötigt. Alle diese Verfahren sind daher in ihrer Verwendung bei kleinen Kindern und Säuglingen beschränkt.
Daher war unser Ziel, eine taktile Paradigma, dass diese Einschränkungen richtet, indem nicht-invasive und reduzieren die Notwendigkeit für eine aktive Beteiligung einer Person zu entwickeln. Darüber hinaus galt es, einen standardisierten Niveau der Stimulation und eine Schein-Kontrolle zu haben. Dafür haben wir den "Kugelfisch"-System, ein Dual-Channel-, zeitgesteuert, und kalibrierte Luftstoß-Liefersystem entwickelt, so dass wir die Auswirkungen der leichten Berührung in den Kindern und anderen gefährdeten Bevölkerungsgruppen zu messen.
Funktionelle MRI-Studien zeigten, dass die Stimulation durch Luftstöße aktiviert sensorischen Kortex, obwohl die Länge und Herausforderungen solcher Studien, wie Immobilisierung Kieldein Sitzungen und angstauslösenden Einstellungen machen sie schwer in den jungen Kindern durchzuführen. Deshalb kombinieren wir unsere neue Liefersystem mit Event-Related Potential (ERP)-Methode, um die zeitliche Auflösung der sensorischen Verarbeitung von leichten Berührung in einem kurzen, kinderfreundliches Test-Session zu liefern.
Dieses neue Paradigma bietet die nötige Flexibilität, um die sensorische Verarbeitung in verschiedenen Bevölkerungsgruppen, Altersgruppen und klinischen Umgebungen zu studieren. Es hat auch den Vorteil, dass mit auditiven Reize kompatibel, so dass für multisensorische Einschätzungen. Bis jetzt hat genaue und zuverlässige taktile Beurteilung nicht bei Kleinkindern oder bei Kindern, die nicht zuverlässig durch geistige / Sprachstörungen reagieren, sind möglich. Diese Methode zielt darauf ab, diese Lücke, um in einem Zeitraum von maximal Plastizität des Gehirns in der frühen Identifizierung der sensorischen Verarbeitung Defizite und Intervention unterstützen zu füllen. Verbesserungen in der sensorischen Verarbeitung in der Kindheit kann die Kaskade beeinflussenvon der Entwicklung des Nerven
Die folgenden Verfahren sind alle enthalten in Vanderbilt Institutional Review Board genehmigt Protokolle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese neuartige Kombination von Luftstoß-und ERP-kortikale Verarbeitung von leichten Berührung und taktile-auditive Reaktionen zu messen (die als "Puffer-System" genannt) ist gut mit kleinen Kindern mit Behinderungen und von Kindern gut vertragen. Dies gilt für unisensory und multisensorischen Versionen, und ob sich das beobachtete Komponente im Falle von kleinen Kindern aufgenommen wird oder nicht. Die Gründe für den Erfolg dieser Methode bei der Beurteilung eines jungen und empfindlichen Bevölkerung si…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Das beschriebene Projekt wurde durch das National Center for Research Resources, Grant UL1 RR024975-01 unterstützt und ist jetzt in der National Center for Advancing Translational Sciences, Grant 2 UL1 TR000445-06. Der Inhalt ist ausschließlich der Verantwortung der Autoren und nicht notwendigerweise die offizielle Meinung des 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).
