Summary
EEG 뮤 리듬의 평가는 뇌의 활동을 조사하기위한 독특한 방법을 제공하고 행동으로 기반의 분석과 결합 될 때, 임상 인구에서, 이러한 모방으로, 사회인지의 측면을 해명하기위한 강력한 도구가 될 수 있습니다.
Abstract
뇌파 (EEG)는 뇌의 활동을 평가하고 기록 효과적인 효율적이며 비 침습적 인 방법이다. 좋음 시간적 해상도 감안 EEG는 특정 동작, 상태, 또는 외부 자극에 관련된 신경 응답을 검사하는데 사용될 수있다. 이 유틸리티의 예는 EEG 뮤 리듬의 시험을 통해 인간의 거울 뉴런 시스템 (MNS)의 평가입니다. 단순히 개인이 실행, 또는, 목표 지향 행동을 관찰 할 때 EEG 뮤 리듬은 중앙에 위치한 전극에서 기록 된 8 ~ 12 Hz에서 주파수 범위에서 진동의 활동은 억제된다. 따라서, 그것은 MNS의 활동을 반영하도록 제안되어왔다. 그것은 거울 뉴런 시스템 (MNS)의 장애 자폐증 스펙트럼 장애 (ASD)의 사회적 적자에 기여하는 역할을 담당하고 있다고 가정하고있다. MNS는 간접적으로 그 활동에 대한 지표로 EEG 뮤 리듬의 감쇠를 사용하여 임상 인구에서 검사 할 수 있습니다. 설명 제자ocol는 이론적으로 같은 ASD 전형적인 비정형 개발과 개인의 MNS에 연결된 사회적인지 기능을 검사 할 수있는 수단을 제공합니다.
Introduction
뇌파 (EEG)는 뇌의 활동을 평가하고 기록 효과적인 효율적이며 비 침습적 인 방법이다. 뉴런은 뇌에서 발생으로 인해 발생하는 전압은, 증폭 된 기록 및 그래픽으로 표현 될 수있다. EEG의 시간 해상도는 심지어 간단한 뇌의 진동 패턴의 변화뿐만 아니라, 특정 자극에 대한 뇌의 반응의 분석의 분석을 허용한다.
후반 19 세기까지 거슬러 올라가는 가장 오래된 뇌 영상 기술에도 불구하고, EEG는 여전히 폭 넓은 적용 성을 가지고 있습니다. 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)는 우수한 공간 해상도를 가지고 있지만, 그것은 상대적으로 가난한 시간 해상도를 가지고 있습니다. 이 과정은 뇌에서 발생되는 놀라운 속도 주어진 fMRI를 평가의 주요 제한을 나타냅니다. EEG 잠재적 I를 제공 밀리 세컨드 수준에서 전기 뇌 활성을 평가할 수있는 능력을 가지고두뇌의 처리의 단계로 nsight.
진화하는 기술은 뇌파의 적용 가능성을 확장했다. 레코딩 시스템의 밀도의 증가는 공간 해상도에 대하여 EEG의 한계 중 일부를 완화 소스 위치 파악 기술의 개발을 허용했다. 또한, 현대적인 시스템은 유아 및 임상 샘플 1-3,28-30으로 이전에 사용할 수없는 인구의 평가를 허용, 크게 개별 참가자 셋업 시간을 단축했다.
좋음 시간적 해상도 감안 EEG는 특정 동작, 상태, 또는 외부 자극에 관련된 신경 응답을 검사하는데 사용될 수있다. 이 유틸리티의 예는 인간의 거울 뉴런 시스템 (MNS)의 평가입니다. 거울 뉴런은 원래의 그룹을 증명, 단일 신경 세포의 기록 4를 사용하여 원숭이에서 확인 된실행 및 모터 동작의 관찰에 모두 응답 뉴런. 뇌에 전극을 배치하는이 직접 녹음 방법은 거의 인간의, 오직 무서운 임상의 경우 사용하지 않습니다. EEG는 뇌파 뮤 리듬을 모니터링하여 MNS을 평가하기위한 방법을 제공하고 있습니다. 8 ~ 12 Hz에서 범위에서이 진동 패턴은 실행과 원숭이 5-7에서 관찰 된 활성화 패턴과 유사한 모터 행동의 관찰에 대응하여 EEG 전력을 감쇠하기 위해 표시되었습니다. 마찬가지로, 경 두개 자기 자극 (예를 들어, 하부 전두엽 이랑)를 통해 추정 MNS의 뇌 영역의 자극은 EEG 뮤 리듬 8을 폐지하고 EEG 뮤 리듬의 억제는 추가 지원을 제공하는 과목 9 내 상상 속 거울 신경 세포의 지역에서의 fMRI의 BOLD 신호와 상관 관계가이 리듬 인덱스, 적어도 부분적으로, MNS 활동. EEG 뮤 리듬의 평가는 거울 신경 세포 행동의 비 침습적 평가를 허용했다인간의 ivity.
EEG는 뇌 활동을 조사하기위한 독특한 방법을 제공하고 행동 적 기반 분석법과 결합 할 때, 임상 집단에서, 이러한 모방 같은 사회인지의 측면을 해명하기위한 강력한 도구가 될 수있다. 또한,인지 또는 언어 장애가있는 인구와 함께 사용하기위한 EEG의 적용은 다른 이미징 기술 또는 행동 패러다임이 덜 성공적으로 활용 될 수있다 누구를 위해 개인의 능력에 대한 통찰력 수 있습니다. 설명 프로토콜은 이론적으로 자폐증 스펙트럼 장애와 같은 전형적인 비정형 개발과 개인의 미러 뉴런 시스템에 연결된 사회적인지 기능을 검사 할 수있는 수단을 제공합니다.
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Protocol
다음 프로토콜은 워싱턴 대학 기관 평가위원회의 가이드 라인을 준수합니다.
1. 전기 생리 평가
- 세션의 준비
- 장소 준비 : 장소 조작기 (그림 1 참조),이 참가자의 손을 잡고 내 테이블에 파악 될 때 수집 소프트웨어에 타임 스탬프 마커를 보냅니다 부착 된 센서와 나무 블록을. EEG 수집 소프트웨어를 활성화하고 "새 세션"(그림 S1)를 시작합니다.
- NET 준비 : 104 ° F. 증류수 (1 L), 염화칼륨 (1 큰술), 베이비 샴푸 (1 작은 술)의 따뜻한 솔루션 가온 된 생리 식염수에 128 전극 고밀도 배열 EEG 시스템을 적신다.
- 참가자 준비 : 참가자가 비디오 캠보기에 편안 약 75 센티미터 자극 프레 젠 테이션 모니터와 완전히 장착되어 있는지 확인합니다시대. 찾기 및 피부 마커로 참가자의 머리에 정점을 표시합니다. nasion 및 inion와 preauriculars 사이의 중간 점 사이의 중간 점의 교차점을 찾아 정점을 측정합니다.
- NET 응용 프로그램 : 정점 전극이 정점 마크에 직접 배치 될 수 있도록 참가자의 머리에 뇌파 캡을 배치합니다. 임피던스를 확인하고 임피던스가 임계 값 이하로 사용 EEG 시스템 (그림 S2)에 적절한 지 확인합니다.
- 비디오 테이핑 세션을 시작합니다.
- 녹화 설정 : 정점 전극에 기준 신호. 0.1 Hz에서 100 사이의 아날로그 필터는 신호를 증폭 및 / 500 초 샘플을 디지털화.
- 자극 프레 젠 테이션 : 관찰, 실행 및 휴식, Muthukumaraswamy 및 동료 (5)에 의해 개발 패러다임에서 적응 : 3 조건을 현재 참가자.
- 조건을 준수 조용히 앉아서보고 참가자 지시조작기를 쥐고있는 사람의 영상. 각 시험은 6 초를 마지막으로해야합니다. 정확하게 관찰 파악이 정확히 3 초에 발생하는 것을 보장하기 위해 시간 준수 시험을위한 사전 녹화 된 비디오의 경우. 작업하는 동안 참가자의 시각적주의를 모니터링하고, 후 처리시 폐기하는 화면들이 참석하지 않는 동안 시험을 표시합니다.
- 실행 조건 : 그냥 조작기 아래 오른쪽 쉬고 조용히 앉아서, 미리 녹음 된 청각 신호를 들으면, 관찰 조건의 비디오 클립에서 조작기 횡령을 모방하기 위해 참가자를 지시한다. 각 시험은 6 초를 마지막으로해야합니다. 청각 신호가 유지 청각 트랙 사전 기록하여 정확히 3 초에 제시되어 있는지 확인 지속적으로 큐 간 시험 간격을 실행 시간이 초과되었습니다. 정확하게 참가자의 이해가 발생한 시간 (그림 S3)을 기록하는 조작기에 센서를 활용합니다.
- 나머지 조건 : quie을 앉아 참가자 지시TLY 눈이 열려 수동적 자극 모니터에 작은 십자선을 관찰로. 3 분 동안 휴식 상태 동안 기록 지속적인 EEG.
- 조건을 관찰하고 실행 모두에 대해, 상태 당 사십 시험의 총 열 시험의 현재 무작위 블록. 조작기의 이미지가 시험 사이를 포함하여 관찰하고 실행 블록에 걸쳐 화면에 남아 있는지 확인합니다. 관찰 및 실행 조건의 완료시 나머지 조건을 관리.
- 데이터 처리
- 데이터 수집 후, 임피던스를 다시 확인합니다. 임피던스 수준을 변경합니다. 수집 소프트웨어 녹화를 종료합니다.
- 포스트 - 프로세싱 : 평균 Rereference EEG 신호. 각 조건 (그림 S4)에 대한 사십 6 초 시험에 세그먼트 연속 EEG 데이터.
- 자동화 된 이슈 검색을 실시합니다. exceedin 빠른 평균 진폭을 식별하여 이동 유물에 대한 세그먼트를 검사하는 자동화 된 알고리즘을 사용하여G 200 μV는 100 μV를 초과하는 평균 진폭 차동, 주어진 시험 (그림 S5)에서 제로 분산.
- 데이터를 시각적으로 검사하고 파악 제스처와 관련이없는 움직임 유물로 오염 된 실행 조건의 움직임 유물 모든 시험에 오염 관찰 상태에있는 모든 시련을 제거하는 세션의 비디오 리뷰와 함께 확인하여 수동 이슈 검색을 실시합니다. 분석에서 중요한 이슈로 시험을 제외합니다. 참석하지로 취득하는 동안 플래그가 어떤 시련을 폐기하십시오. 검사 및 분석에 따라 각 진단 그룹에 대한 시험 거부의 속도를 확인합니다.
- 데이터 분석
- 당 Muthukumaraswamy 등. 5, 모두 관찰 (광전지에 의해 표시 등) 및 (조작기 센서에 의해 표시로) 실행 조건 후 잡고 1 초 전에 데이터를 1 초 구성된 2 초 신 (新) 시대에 세그먼트 청소 시험. 세그먼트 C나머지 상태에서 2 초 신 (新) 시대를 배웠어.
- 고속 푸리에 변환 (FFT에게) 각 세그먼트를 변환 할 수 있습니다. Muthukumaraswamy 등. 5 다음과 같은 통계 분석을위한 표준 C3과 C4의 위치를 (주변의 각 반구에 여덟 전극의 클러스터를 선택하고 Bernier의 등. 3) (그림 2). 각 조건의 경우, 전력 스펙트럼을 계산하는 데 포함 된 실험에 걸쳐 전력을 평균화.
- 8-13 Hz에서 범위에 걸쳐 휴면 상태 동안의 평균 전력을 기준으로 모터 동작의 실행 또는 관측 어느 동안의 평균 전력을 검사하여 MU 감쇠를 계산한다. 감쇠의 정도를 결정하기 위해이 비율의 로그를 사용합니다. 주 : 양의 값이 증가를 나타낸다 음의 값이, 실행 또는 관찰 중에 감쇠를 나타냅니다. 이 방법론은 개인 계정에 걸쳐 변동으로 소요되고, 비율 형태로 표현 된 값들의 비정규. <BR /> 참고 :이 프로토콜은 인터넷 스테이션 소프트웨어 버전 4.1의 128 전극 고밀도 배열 EEG 시스템을 사용하여 개발되었다. 기본 단계는 뇌파 시스템에서 유사하지만, 수집 및 분석 프로토콜이 다를 수 있습니다.
2. 샘플 특성
- 연구 레지스트리, 이전 참가자 명부, 또는 지역 병원 및 임상에서의 추천을 통해 패러다임에 참여하기 위해 잠재적 인 환자 인구를 식별합니다.
- 임상 구조 (예를 들어, 자폐증 스펙트럼 장애)에 대한 진단 기준을 충족하고 머리 부상, 종양, 발작의 역사, 또는 왜곡 될 수 항 경련제 또는 바르비 투르 산염 약물의 사용 유무와 같은 배제 기준을 식별하기 위해의 가능성에 대한 화면 잠재적 인 참가자 전기 생리학 신호.
- 금 표준 진단 도구 (예를 들어, 자폐증 진단 인터뷰 - 다시의 사용을 통해 환자 인구의 진단 상태를 확인vised (ADI-R 11)와 자폐증 진단 관찰 스케줄 - 일반 (ADOS-G, 12) 진단 및 통계 편람 다음 전문 임상의에 의해 관리 - 5 번째 판 (DSM-5) 기준 13.
- 등 연령, 성별,인지 능력, 같은 관심의 관련 변수에 일치하는 제어 샘플을 확인
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Representative Results
일반 성인, 어린이, 유아는 지속적으로 실행과 행동 관찰을 통해 다양한 패러다임과 자극 5, 14-30 둘 중에 뮤 리듬을 증명하고있다. 이 주파수 대역에서의 감쇠는 일관되게이 다른 두피 영역에 기록 된 알파 파워의 감소 아님을 나타내는 중심 전극 (그림 3)를 통해 지역화됩니다. 마찬가지로, 운동의 관찰 기간 동안이 주파수의 감쇠 등 (그림 4) 공을 수신 거부와 같은 시야를 통과 운동에서 간단하게 이끌어되지 생물학적 기반의 움직임과 억제의 관찰로 제한됩니다. 이러한 목표의 실행 또는 관찰 등의 이벤트에 대한 응답으로 뮤 억제는, 행동을 파악 감독 기준선 수준으로 복귀 (그림 5) 다음 스펙트럼 전력의 감소에 의해 입증된다.
이 있었다여덟 독립적 인 연구와 ASD 인구의 EEG 뮤 리듬과 사회인지의 하나 풀링 된 분석. 관찰과 행동의 실행을 모두 동안 뮤 억제의 연구 결과는 일관되게 일반적으로 개발하는 개인에서 관찰되었지만, ASD의 뮤 리듬에 관한 연구 결과는 변수가되고있다. EEG 뮤 리듬의 초기 연구 (31)는 나이, 성별에 6~46년 세 사이의 ASD에 비해 개인은 대조군과 일치. ASD 그룹은 관찰하는 동안 작업의 실행, 그리고 동안 무 감쇠를 보여 주었다. 이 같은 패턴은 전형적인 동료 일치 나이와 IQ의 그룹에 비해 ASD를 가진 성인 남성에 복제하고,이 그룹에 무 감쇠의 정도가 현저하게 모방 능력 3에 관련되었다. 마찬가지로 세 번째 연구는 ASD 가진 5-7 세 아동의 인간 수행 된 작업의보기 중 뮤 억제를 찾지 못했습니다 만, 나이, 성별 성냥에 한HED 전형적인 동료 32. Oberman 등. (33)에 의해 두 번째 연구는, 익숙한 사람 (어머니)에 의해 표시 행동의 관찰 기간 동안 ASD 13 8~12년 세 아동의 샘플에서 전형적인 뮤 억제를 찾을 수 있지만 익숙하지 않은에 의해 수행 된 작업의 관찰 기간 동안 사람들 33. 세 연구는 ASD 및 제어 그룹과 개인 간의 뮤 억제에 그룹의 차이를 발견하지 못했다. 인간의 손에 의해 수행 된 작업의 관찰 기간 동안, 무 감쇠의 차이는, 8~13년 된 ASD를 가진 어린이와 나이, 일반적으로 어린이 34 또는 ASD와 나이, 성별과 11~26년 된 개인 사이에 개발을 일치 IQ 사이에서 찾을 수 없습니다 그리고 IQ는 동료 35 일치.
마지막으로, Bernier의 동료 (36)는 고아의 관찰 기간 동안 뮤 감쇠에 금 표준 진단 기준 및 나이, 성별 일치하는 동료를 충족, ASD를 가진 아이들 사이의 차이를 찾을 수 없습니다내가 작업을 지시하지만, EEG 뮤 리듬과 행동으로 평가 모방 능력 사이에 상당한 관계를 발견했다. 이 관찰되었다 EEG 뮤 감쇠의 차이가 아니라 ASD (36)의 직접적인 결과 것보다, 모방 할 수있는 능력의 차이를 반영 할 수 있다는 것을 제안합니다.
이 실험은 EEG 뮤 리듬의 시험은 일반적인 임상 집단 모두에서 사회인지와 관련된 메커니즘을 해명하기위한 실용적인 도구입니다 좋습니다.
그림 1. 조작기. 정확하게 목표 지향적 이해의 관찰 및 검사를 실행하기 위해, 참가자 조작기의 간단한 손 이해를 실행하거나 조작기 파지 모델을 관찰하도록 지시된다. 조작기는, 타임 파악되면고정 신호는 각각의 시험 후에, 오프 - 라인 세그먼트 화를위한 데이터 수집 시스템에 전송된다.
뮤 리듬 활동을 캡처 그림 2. 밀도 전극 캡 리드를 선택합니다.
그림 3. 뮤 리듬의 감쇠 특성 지형 목표를 관찰하면서 전형적인 개발 (남성, 연령 9.2 세)와 개인에 의해 설명되는 것과 같이 행동을 파악 지시했다. 뮤 리듬 감쇠가 중앙에 위치한 전극을 통해 감소 된 진폭과 두피 지형에 반영됩니다.
. 11 어린이 생물의 움직임과 비 생물학적 운동의 관찰하는 동안 그림 4 분광 (평균 연령 10.8 세 (범위 = 8~15년;. 3 명, 여아 8 명) 뮤 주파수 평균값 분광 (8-13 Hz에서) 뮤 전원이 비 생물학적 움직임 (애니메이션 공)의 관찰 기간 동안 감쇠되지 않은 상태에서 생물의 움직임 (애니메이션 댄서)의 관찰 기간 동안 중앙에 위치한 전극에서 기록이베이스 라인을 기준으로 감쇠된다. 로그는 전력의 비율 (마이크로 볼트 2의 변환 ) 기준을 통해 각 조건에 대한 부정적인 전력 값을 통해 생물학적 동작 조건에서 권력의 큰 감소를 나타냅니다.
그림 5. 이벤트 다시lated 스펙트럼 감쇄. 뮤 전력 (중앙 리드에서 8-13 Hz에서)를 실행 (20 파 시험에 평균 전력)과 관찰 기간 동안베이스 라인에 상대적으로 약화 일반적으로 개발 육년 이전에 작업 (실험 관찰 30 개 이상의 전력을 평균) 남자.
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Discussion
임상 집단에 뮤 리듬 및 애플리케이션과 관련된 전기 생리 데이터의 성공적인 획득, 처리 및 분석에 필요한 1) EEG 방법 론적 전통의인가, 2)주의 이슈 검출 및 데이터 감소, 뮤 리듬 3) 정확한 식별, 및 4) 임상 집단 적절한 대조군의 식별을 정확하게 특성화.
적절한 뇌파 방법은 제대로 작동하고 신중하게 통합 된 장비, 적절한 캡 선택과 배치, 신호의 정확한 증폭 및 타이밍, 명확하고, 방해받지 않고, 잡티없는 신호, 제대로 참조 된 신호를 적절하게 분할 (있는 경우 이벤트 관련) 시험을 필요로 전력 변환, 자극에 대한 관심, 그리고 물론, 패러다임 조사에서인지 능력을 이끌어내는 자극을 산출.
14시 검토 할 때 = "jove_content"> 뮤 리듬이 일시적인 것으로 지적된다 17,37를 분석합니다. 노이즈 비율에 작은 신호를 감안할 때, 유물이 리듬 스펙트럼 전력에 쉽게 띄지 않는 변경을 할 수 있습니다. 결과적으로, 자동화 된 프로그램 또는 기여 전극 데이터의 수동 조사를 통해주의 이슈 검출 뮤 리듬의 식별을 위해 필요하다. 유물의 양 그룹 간의 차이가 관찰 된 그룹의 차이는 데이터 이슈 나 이슈 제거 프로세스의 결과로하지 않습니다 보장하기 위해 기록해야한다 관찰 및 제거. 최종 EEG 데이터 샘플은, 이벤트 관련의 경우 등이 프로토콜에 설명 된, 주어진 조건에 대하여, 그 부족 정확하게 감쇠의 정도를 캡처하는 아티펙트 무료 시험 및 시험의 충분한 수를 포함하거나해야로 분석한다.
개발의 고려 사항은 신경 생리 학적 작업에 중요합니다. 뮤 리듬의 감쇠 AG 8 개월에서 개인의 목표 지향 행동의 관찰에 대한 응답으로 기록되었습니다전자 28-29,38 성년합니다. 존재하면서 중요한 것은, 유아기와 아동기에서 관찰 감쇠의 정도는 성인 39 ~ 40에 기록보다 훨씬 작다. 이 패턴은 리듬에 신경 발달의 영향을 고려하고 발달 수준에 실험 그룹에 제어 인구 일치의 중요성을 강조한다.
마지막으로, 임상 인구에서이 작업을 수행하기 위해, 임상 인구의주의 깊은 평가는 그룹이 적절하게 정의되어 있는지 확인하는 것이 필요하다. 임상 및 비교 그룹에 대한 inclusionary 및 배제 기준을 명확하게 설명하고 신중하게 고려 될 필요가있다. 예를 들어, 금 표준 진단기구의 사용은 임상 개체군을 확립하기위한 필요가있다. 명확한 진단 프로토콜이 없으면, 이종 임상 집단에 대한 연구에서인지 구조는 느슨하게 정의 된 임상 그룹 내에서 크게 다를 수 있습니다. 티GHT, 진단 정의는 그 가능성을 줄일 수 있습니다. 임상 샘플의 특정 모집단을 제외하면, 그것이 미치는 영향 연구 결과의 일반화로 확인 될 필요가있다. ASD의 연구에서 간질과 개인의 배제가 동반 질환 발작과 개인의 포함에서 가려 질 수있는 EEG 신호를 청소하는 데 도움이 예를 들어, 이것은 개인의 발작의 높은 유병률과 관련 연구 결과의 일반화를 변경 ASD.
위에서 설명한 프로토콜은 비 침습적 인 방법으로 임상 인구의 미러 뉴런 시스템의 EEG 인덱스를 검사하는 수단을 제공합니다. 그것은하여 장애인 개인에게 응용 프로그램에 대한 수 있도록 약간의 의사 소통 능력을 필요로하고 쉽게 적용, 비 침습적이며, 사회적 능력과 관련된인지 적 구조를 이해하는 뛰어난 해상도를 제공합니다.
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Disclosures
저자는 더 경쟁 재정적 이익을 선언하지 않습니다.
Acknowledgments
이 작품은 시몬스 재단 (SFARI 번호 89638 RB에)에서 부여에 의해 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 coregistered with data acquisition software to signal a successful grasp |
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