Summary
Vurdering af EEG mu rytme giver en unik metode til at undersøge hjernens aktivitet og når det kombineres med adfærdsmæssigt baserede assays, kan være et effektivt redskab til at belyse aspekter af social kognition, såsom imitation, i kliniske populationer.
Abstract
Electroencefalografi (EEG) er en effektiv, effektiv og ikke-invasiv metode til vurdering og registrering hjernens aktivitet. I betragtning af den fremragende tidsmæssige opløsning, kan EEG bruges til at undersøge de neurale respons relateret til specifikke adfærd, stater eller eksterne stimuli. Et eksempel på dette værktøj er vurderingen af spejlet neuron systemet (MNS) i mennesker gennem undersøgelse af EEG mu rytme. EEG mu rytme, oscillerende aktivitet i 8-12 Hz frekvensområde optaget fra centralt placerede elektroder, er undertrykt, når en person udført, eller blot bemærker, instrueret mål handlinger. Som sådan har det været foreslået at afspejle aktiviteten af MNS. Det er blevet teoretiseret, at dysfunktion i spejlet neuron systemet (MNS) spiller en medvirkende rolle i de sociale underskud autisme spektrum forstyrrelse (ASF). MNS kan derefter noninvasively undersøgt i kliniske populationer ved hjælp af EEG mu rytme dæmpning som et indeks for aktiviteten. Den beskrevne protocol giver en mulighed for at undersøge de sociale kognitive funktioner teoretisk knyttet til MNS i individer med typisk og atypisk udvikling, som ASF.
Introduction
Electroencefalografi (EEG) er en effektiv, effektiv og ikke-invasiv metode til vurdering og registrering hjernens aktivitet. Neuroner brand i hjernen, kan den resulterende spænding skal forstærkes, registreres og grafisk. Den tidsmæssige opløsning af EEG giver mulighed for analyse af selv kortvarige ændringer i svingningsmønstre i hjernen, såvel som analyse af hjernens respons på specifikke stimuli.
På trods af at den ældste brain imaging teknik, der går tilbage til slutningen af det 19. århundrede, EEG stadig har bred anvendelighed. Mens funktionel magnetisk resonans (fMRI) har fremragende rumlig opløsning, har det relativt dårlige tidsmæssige opløsning. Dette udgør en væsentlig begrænsning af fMRI vurdering givet den utrolige hastighed, hvormed processer forekommer i hjernen. EEG har evnen til at vurdere hjernens elektriske aktivitet på millisekund niveau, hvilket giver potentiale insight i faserne i hjernens forarbejdning.
Udviklende teknologier har også udvidet anvendeligheden af EEG. En stigning i tætheden af registreringssystemer har muliggjort udviklingen af kilde lokaliserings teknikker afbøde nogle af EEG begrænsninger med hensyn til rumlig opløsning. Derudover har moderne systemer reduceret den enkelte deltager set-up tid betydeligt, giver mulighed for vurdering af tidligere utilgængelige befolkningsgrupper, såsom spædbørn og kliniske prøver 1-3,28-30.
I betragtning af den fremragende tidsmæssige opløsning, kan EEG bruges til at undersøge de neurale respons relateret til specifikke adfærd, stater eller eksterne stimuli. Et eksempel på dette værktøj er vurderingen af spejlet neuron systemet (MNS) hos mennesker. Spejlneuroner blev oprindeligt identificeret i aber anvendes enkelt neuron optagelse 4, der dokumenterer en gruppe afneuroner, der responderede på både udførelse og observation af motoriske handlinger. Denne direkte optagelse metode til at placere elektroder i hjernen er sjældent brugt i mennesker, og kun i alvorlige kliniske tilfælde. EEG har givet en metode til vurdering af de MNS ved at overvåge EEG mu rytme. Denne svingning mønster i 8-12 Hz har vist sig at dæmpe EEG magt som svar på udførelse og observation af motoriske handlinger, svarende til aktivering mønster observeret i aber 5-7. Ligeledes stimulering af formodede MNS hjerneregioner gennem Transcranial magnetisk stimulation (f.eks ringere frontal gyrus) afskaffer EEG mu rytme 8 og EEG mu rytme undertrykkelse korrelerer med BOLD signaler fra fMRI i formodede spejl neuron regioner i fag 9, yde ekstra støtte, at denne rytme indekser, i det mindste delvist, MNS aktivitet. Vurdering af EEG mu rytme har tilladt for en noninvasiv vurdering af spejl neuron handlingivity hos mennesker.
EEG giver en unik metode til at undersøge hjernens aktivitet og når det kombineres med adfærdsmæssigt baserede assays, kan det være et effektivt redskab til at belyse aspekter af social kognition, såsom imitation, i kliniske populationer. Endvidere anvendeligheden af EEG til brug med befolkninger med kognitive eller sprogforstyrrelser giver mulighed for indsigt i evner af personer, for hvem andre billeddiagnostiske teknikker eller adfærdsmæssige paradigmer kan være mindre held udnytte. Den beskrevne protokol giver en mulighed for at undersøge de sociale kognitive funktioner teoretisk knyttet til spejlet neuron system individer med typisk og atypisk udvikling, såsom autismespektrumforstyrrelser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den vellykkede køb, forarbejdning, og analyse af elektrofysiologiske data relateret til mu rytme og ansøgningen til kliniske populationer kræver 1) anvendelsen af EEG metodiske redskaber, 2) omhyggelig artefakt opdagelse og reduktion af data, 3) nøjagtig identifikation af mu rytme, og 4) nøjagtig karakterisering af kliniske befolkning og identifikation af egnede kontrolgrupper.
Passende EEG metoden kræver velfungerende og integreret udstyr, passende lo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af en bevilling fra Simons Foundation (SFARI # 89638 til RB).
Materials
| Geodesic EEG System | EGI | N/A | Any EEG system, not only EGI based systems, is applicable for the described study |
| MATLAB software | MATLAB | N/A | Any mathematical, statistical software that can work with matrices is applicable |
| Netstation software | EGI | N/A | Any EEG acquisition software is applicable for the described study |
| Manipulandum | custom | N/A | Any object that is co-registered with data acquisition software to signal a successful grasp |
References
- 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).
- 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).
- 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 .
- Rizzolatti, G., Fadiga, L., Gallese, V., Fogassi, L. Premotor cortex and the recognition of motor actions. Brain Res. Cogn. Brain. 3, 131-141 (1996).
- 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 .
- Pineda, J. A. The functional significance of mu rhythms: translating "seeing" and "hearing" into "doing". Brain Res. Brain Res. Rev. 50, 57-68 (2005).
- Vanderwert, R. E., Fox, N. A., Ferrari, P. F. The mirror mechanism and mu rhythm in social development. Neurosci. Lett. 540, 15-20 (2013).
- Keuken, M. C., et al. The role of the left inferior frontal gyrus in social perception: an rTMS study. Brain Res. , 1383-13196 (2011).
- 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).
- Rogers, S., Cook, I., Greiss-Hess, L. . Mature Imitation Task. Unpublished coding manual. , .
- 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).
- 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).
- . American Psychiatric Association (APA). Diagnostic and statistical manual of mental. disorders, Edition. , .
- Gastaut, H. J., Bert, J. EEG changes during cinematographic presentation; moving picture activation. of the EEG. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 6, 433-444 (1954).
- Muthukumaraswamy, S. D., Johnson, B. W. Changes in rolandic mu rhythm during observation of a precision grip. Psychophysiology. 41, 152-156 (2004).
- 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).
- Pfurtscheller, G., Neuper, C., Andrew, C., Edlinger, G. Foot and hand area mu rhythms. Int. J. Psychophysiol. 26, 121-135 (1997).
- 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).
- 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).
- Babiloni, C., et al. Human movement-related potentials vs desynchronization of EEG alpha rhythm: a high-resolution EEG study. Neuroimage. 10, 658-665 (1999).
- 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).
- 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).
- 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).
- Cochin, S., Barthelemy, C., Roux, S., Martineau, J. Electroencephalographic activity during perception of motion in childhood. Eur. J. Neurosci. 13, 1791-1796 (2001).
- Martineau, J., Cochin, S. Visual perception in children: human, animal and virtual movement activates different cortical areas. Int. J. Psychophysiol. 51, 37-44 (2003).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Southgate, V., Johnson, M. H., Osborne, T., Csibra, G. Predictive motor activation during action observation in human infants. Biol. , 769-772 (2009).
- Oberman, L. M., et al. EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism spectrum disorders. Brain Res. Cogn. Brain Res. 24, 190-198 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Pfurtscheller, G., Lopesda Silva, ., H, F. Event-related EEG/MEG synchronization and desynchronization: basic principles. Clin. Neurophysiol. 110, 1842-1857 (1999).
- 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).
- Marshall, P. J., Meltzoff, A. N. Neural mirroring systems: Exploring the EEG mu rhythm in human infancy. Dev. Cogn. Neurosci. , 110-123 (2011).
- 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 .
