Behavior

المعالجة السمعية الرضع والمتعلقة الحدث التذبذبات الدماغ

Published: July 1, 2015 doi: 10.3791/52420

Gabriella Musacchia^1,2,3, Silvia Ortiz-Mantilla¹, Teresa Realpe-Bonilla¹, Cynthia P. Roesler¹, April A. Benasich¹

¹Center for Molecular & Behavioral Neuroscience, Rutgers University, State University of New Jersey, Newark, ²Department of Audiology, University of the Pacific, ³Department of Otolaryngology, Head & Neck Surgery, Stanford University

Abstract

المعالجة السمعية السريع والصوتية قدرات الكشف التغيير تلعب دورا حاسما في السماح الرضع الإنسان لمعالجة الطيفية ما يرام والتغيرات الزمانية التي هي سمة من اللغة البشرية بكفاءة. هذه القدرات تكمن أساسا لاكتساب اللغة الفعال؛ الرضع والسماح لشحذ على أصوات لغتهم الأم. وتشير الإجراءات الغازية في الحيوانات وإمكانات سجلت فروة الرأس من البالغين البشري الذي في وقت واحد، والنشاط الإيقاعي (التذبذبات) بين وداخل مناطق الدماغ أساسية في التنمية الحسية. تحديد القرار الذي يتم تحليل المحفزات واردة. في هذا الوقت، لا يعرف الكثير عن ديناميات متذبذبة في التنمية البشرية الرضع. ومع ذلك، توفر البيانات الفسيولوجيا العصبية الحيوانية والكبار EEG أساس فرضية قوية على أن يتم بوساطة المعالجة السمعية السريع في الرضع عن طريق التزامن متذبذبة في نطاقات التردد المنفصلة. من أجل تحقيق هذا، و 128 قناة، وارتفاع densi-تم فحص ردود تاي EEG من الرضع بعمر 4 أشهر لتغيير التردد في أزواج لهجة، وقدمت في ظروف معدل اثنين (300 مللي ثانية ISI السريع: 70 مللي ثانية ISI والتحكم). لتحديد نطاق التردد وحجم النشاط، أثار السمعية وكانت معدلات استجابة تسجيل المشارك الأول مع قوالب الدماغ التي تتناسب مع أعمارهم. بعد ذلك، تم تحديد المكونات الرئيسية للاستجابة والمحلية باستخدام نموذج يومين ثنائي القطب من نشاط الدماغ. أظهر الوحيدة المحاكمة تحليل السلطة متذبذبة مؤشر قوي لمعالجة تغير التردد في رشقات نارية من ثيتا الفرقة (3-8 هرتز) النشاط في كل من قشرات السمعية اليمنى واليسرى، مع تفعيل الأيسر أكثر بروزا في حالة السريعة. هذه الأساليب قد أنتجت البيانات التي ليست فقط بعض من أول ذكرت أثار التذبذبات يحلل عند الرضع، ولكن أيضا والأهم، والمنتج لطريقة راسخة من تسجيل وتحليل نظيفة، والتي تم جمعها بدقة والرضع EEG ونظم تخطيط موارد المؤسسات. في هذه المقالة، وصفنا لدينا وسيلة لطnfant صافي تطبيق EEG، وتسجيل، ودينامية تحليل استجابة الدماغ، ونتائج ممثل.

Introduction

عبر طيف واسع من اضطرابات النمو، أصبح من الواضح بشكل متزايد أن مفتاح الكشف المبكر والمعالجة في النهاية يكمن في فهم آليات الأولى التي تلعب دورها كما الدماغ النامي يجمع الشبكات الوظيفية. وبالتالي، هناك اهتمام متزايد في فهم ديناميات الزمنية من أنماط العصبية التي الإدراك تأثير. على وجه الخصوص، وظائف معرفية محددة لتكون مرتبطة بشكل مختلف مع النشاط متذبذبة في نطاقات تردد محددة (على سبيل المثال، التقلبات الدورية خلية واحدة أو الغشاء السكان الإمكانيات) ^1. وقد أثبتت الدراسات السابقة أن الديناميات متذبذبة تلعب دورا حاسما في تعتمد على النشاط والتنظيم الذاتي للشبكات النامية ^2-4، تتحكم استثارة الخلايا العصبية ^5،6 ودمج المدخلات الحسية ^7،8. ويعتقد أن نشاط الدماغ متذبذبة أن يكون مفيدا في عملية الأيض ^9،10، وزيادة كفاءة مركباتariety من وظائف معالجة الحسية وتنسيق وظائف ذات مستوى أعلى مثل الإدراك واللغة. ومع ذلك، لم يتم بعد إنجاز التحقيق المنهجي لدور التزامن العصبي عبر العمر والروابط مع النتائج السلوكية عند الرضع الإنسان. خطوة هامة نحو هذا الهدف هو تحقيق فهم أعمق للظهور ونضوج ديناميات الزمنية والآليات التذبذبية التي تدعم تطوير العمليات المعرفية بما في ذلك اللغة في وقت مبكر.

وثمة عنصر حاسم في تطور اللغة هو القدرة على معالجة بدقة وتصنيف الإشارات الصوتية التي تتغير بسرعة: في كثير من الأحيان بناء على أمر من أقل قدر عشرات من ميلي ثانية. على سبيل المثال، وديناميات الصوتية عبارة "أبي" و "سيئة" تختلف سمعيا فقط على ميللي ثانية 40 الأولى من المقطع، ولكن لهما من المعاني وجمعيات مختلفة جدا. وتشير دراسات سابقة مسار النضج من receptiلقد القدرة على الاختلافات الصوتية واللغوية. في وقت مبكر من 2 أشهر من العمر، تظهر الرضع القدرة على تمييز التغييرات التردد السريع (على سبيل المثال، <100 مللي ثانية)؛ مما يشير إلى أن "الأجهزة" للكشف عن الفرق بين مقطعين مشابهة صوتيا في المكان. خلال الأشهر القليلة المقبلة، يمكن الرضع تميز الخلافات على نحو متزايد أصغر، ووضع تصور القاطع، ويحمل التخصص القشرية للأصوات المقاطع الأم ^11-14. لأن معقدة التصور الصوت يعتمد على وظيفة آليات المعالجة الأساسية، ويعتقد أن العجز في القدرة على إدراك المتغيرة بسرعة الاختلافات الصوتية - حتى للأصوات بسيطة مثل نغمات - قد تكون مؤشرات مبكرة على انخفاض ¹⁵ لغة في وقت لاحق.

العمل السابق من تشودري وBenasich في هذا المختبر تدعم بقوة هذه الفرضية، وتبين أن قدرة الرضيع لمعالجة جداالتغيرات السريعة في الأصوات البسيطة (على سبيل المثال، نغمات) يمكن التنبؤ 3- و4 سنوات بالقدرات اللغوية والمعرفية ^16،17. التحقق من هذه البيانات أن ردود الدماغ الرضع قبل اللغات يمكن أن توفر مؤشرا للقياس الكمي من المعالجة السمعية والتقدم التنموي. الدراسة والأساليب المقدمة هنا مسبار الجوانب الرئيسية لآلية الكامنة وراء هذه العلاقة. عدة أسطر من الأبحاث تشير الآن أن ذروة الكمون والسعة من موجات ERP تنشأ من الجمع ديناميات spectrotemporal في التذبذبات EEG المولدات متعددة ^18-23. كما يسمح تحليل Spectrotemporal الفصل بين المرحلة والسلطة المعلومات. يعكس النشاط مرحلة غير الساحلية جزء من استجابة الخلايا العصبية التي حركها التحفيز. هذا النوع من المعلومات هو مماثل لما يمكن استخراجه من تخطيط موارد المؤسسات، حيث أن متوسط استجابات النسبي لحدث غير الساحلية الوقت. ومع ذلك، فإن توقيت بعض نشاط الخلايا العصبية قد تختلف من المحاكمة إلى المحاكمة. في تحليل ERP، ثيالصورة النشاط هو "متوسط خارج". ولكن في تحليل التغيرات الطاقة من المحاكمة إلى المحاكمة، ويمكن استعادة هذه المعلومات وتحليلها. ولذلك، تحليل spectrotemporal المرحلة والسلطة قد يعطي معلومات إضافية حول استجابة الخلايا العصبية، نسبة إلى ERP التقليدية. فيما يتعلق بالتنمية الرضع، وهناك أدلة كثيرة على أن التذبذبات تساهم في تطوير الدوائر العصبية في النماذج الحيوانية ^2،3 ولكن هذه الآليات هي بداية فقط ليتم التحقيق في البشر. وقد أظهرت عمل من هذا المختبر ثيتا وغاما متذبذبة يرتبط التخصص لغتهم الأم في 6 أشهر ^24. هذا يسلط الضوء على وظيفة من التسلسلات الهرمية متذبذبة في سن الطفولة.

فرضية العالمية، استنادا إلى الأدلة المقدمة أعلاه، هو أن التزامن من التذبذبات أثار في قشرات السمعية يدعم نمو الدماغ الرضع. كخطوة أولى في اختبار هذه الفرضية، وهو "خط الأساس221؛ المعالجة في مرحلة الطفولة المبكرة والتي تم الحصول عليها. وهي 4 أشهر من العمر، والتي يعتقد حاليا أن تسبق "تضييق الإدراك الحسي" للغة الأم التخصص ^25،26. وفقا لذلك، أجرينا احد للمحاكمة تحليل التردد على البيانات EEG الرضع المسجلة خلال الاستماع السلبي لالملعب البديل والملعب ثابتة أزواج لهجة قدمت في "نموذج غريب الاطوار" التي تتألف من الظروف معدل اثنين (Control حالة: 300 مللي ثانية الفاصلة بين التحفيز. حالة السريعة: 70 مللي ثانية بين التحفيز الفاصلة).

نحن هنا توضيح هذا الأسلوب باستخدام المحفزات من الدراسات التي تركز على المعالجة السمعية السريع. في هذه الدراسات، وهو "نموذج غريب الاطوار"، تم استخدامها لتقييم نشاط الخلايا العصبية للا يمكن التنبؤ بها، ولكن الأحداث المعروفة. في هذا النموذج، واستجابة الدماغ ل"المنحرف" استجابات غير متوقعة أو في كثير من الأحيان تسمى المثيرات "غريبة"، في حين أن الاستجابة للتحفيز يمكن التنبؤ به، قدم موسطن من الوقت، وعادة ما تسمى "القياسية" استجابة الدماغ. الردود على المحفزات المقدمة في نموذج غريب الاطوار يمكن أثارت تلقائيا دون تركيز الانتباه، مما يجعل هذا النموذج وسهلة الاستخدام مع الأطفال الصغار جدا. يتم عرض جميع المنبهات السمعية عبر مكبرات الصوت الحقل خالية على فترات، والتي تختلف تبعا للدراسة. كما ذكر سابقا، في الدراسة الحالية يبدو أنه تم استخدام مؤشر السريع المعالجة السمعية (RAP) قدرات: هذا هو، يبدو تحتوي على عشرات من بين الالف التغيير الصوتية ^{16،17،27،28.} وتجدر الإشارة إلى أن العديد من أنواع التحفيز أخرى مفيدة لاختبار التمييز العصبي، بما في ذلك الساكن-حرف العلة (CV) يبدو كذلك المنحرفين تعكس التغيرات في التردد أو المدة، مع وجود فجوة موسط، و / أو تصاعدي أو تنازلي اعتقالات تردد. وأخيرا، فإننا نوصي أيضا تسجيل EEG عفوية أثناء "اللعب هادئ" التي يتم فيها تقديم أي حافز السمعي. قد يكون ثم هذه البياناتتستخدم لقياس اقتران متذبذبة والتماسك في غياب التحفيز المتكرر.

تسجيل النشاط الدماغي من السكان الرضع يطرح مجموعة من التحديات الفريدة. على سبيل المثال، بالتعاون مع وضع الأقطاب وتركهم في مكان لمدة التجربة، والتقليل من الحركة لمنع القطع الأثرية EEG، والحفاظ على الطفل تشارك ويصرف مع الدمى الصامتة تمثل كل التحديات. بالإضافة إلى ذلك، بيانات الرضع لا تقرض بسهولة أنفسهم إلى التطبيقات مباشرة من البروتوكولات وضعها مع الكبار / بيانات الأطفال الأكبر سنا. في كثير من الحالات العلاقة بين المكونات التي لوحظت في الرضع EEG وإمكانات ذات الصلة بالحدث (نظم تخطيط موارد المؤسسات) ليست واضحة المعالم ولا الخريطة دائما إلى ما هو مقبول في الكبار. في حين يحمل البحوث التنموية إمكانات قوية لفهم نشأة وظيفة المخ المعتادة والمختلين، تسجيل استجابات الدماغ موثوقة والتأويل من الرضع الإنسان تتطلب آهمستوى IGH الكفاءة في الدارين الفنية والشخصية. هذه التحديات، ومع ذلك، يمكن التغلب عليها ويمكن تسجيل البيانات EEG وتخطيط موارد المؤسسات الموثوقة من الأطفال من مختلف الأعمار باستخدام مجموعة متنوعة من النماذج. نحن هنا تصف طريقة عامة لتحليل الاستفادة متاحة تجاريا تسجيل ERP وبرامج التحليل في توليفة مع ومفتوحة المصدر-ERP حزمة تحليل الحرة التي تعمل في بيئة MATLAB ^29.

تطبيق أساليب التحليل متذبذبة إلى تسجيلات استجابة الدماغ الرضع يسمح استكشاف المزيد من الأسئلة الميكانيكية للتنمية التزامن العصبية فيما يتعلق باكتساب اللغة والآليات الكامنة وراء المفترضة عند الشبهة أن التزامن. الجهود المتعلقة باستخدام المنبهات الأخرى، مثل خطاب المقاطع ^24، وتحليل الاهتزازات عفوية أو "يستريح" ¹ في التحليلات الطولية أو بالاشتراك مع نماذج التدريب في وقت مبكر، وتقديم النوافذ في رemporal والمكانية، وديناميات الطيفية من المسارات التنموية النموذجية والمختلين. ومن المؤمل أن تؤدي هذه الجهود إلى زيادة فهمنا للأسس التنمية السمعية واللدونة، وتساعد في استراتيجيات تحديد ومعالجة لاضطرابات اللغة التنموية.

Protocol

كل عمل على الإنسان يتطلب موافقة مجلس المراجعة المؤسسية والرقابة. طرق ذكرت هنا، عندما تستخدم في الأبحاث، تم مراجعتها والموافقة عليها من قبل الموضوعات البشرية برنامج الحماية من خلال الفنون والعلوم جنة المراجعة المؤسساتية روتجرز (IRB).

1. إعداد

جدولة طفل لمدة 1 ساعة الاختبار في غرفة-الموهن سليمة ومحمية كهربائيا. بروتوكول الدراسة التي قدمت في هذه المقالة التي أنتجت البيانات التمثيلية التي تضم 20 - 30 دقيقة من اختبار EEG.
تخصيص ثلاثة أشخاص في كل دورة الاختبار: "اختبار الأولية" واحد "، مساعد صافي" واحدة و "الفنان" واحد.
لعالي الكثافة الرضع EEG تسجيل، استخدام ما لا يقل عن شبكة 64 قناة. للبيانات تمثيلية المعروضة هنا، تم استخدام شبكة استشعار 128 قناة.

2. صافي التطبيق

إعداد الإمدادات التالية في تسجيل شامنوفمبر: كوبان ملتصقة النفس الشريط التفاف، شريط قياس، بمناسبة القلم، 2 المناشف، والماصات. معايرة يبدو أن مستوى الاختبار (على سبيل المثال، ديسيبل SPL، HL، وما إلى ذلك).
جعل حل بالكهرباء (الماء المقطر، كلوريد البوتاسيوم وشامبو الأطفال) جيدا قبل يقدر وقت وصول الأسرة. للتأكد من أن الشبكة ليس باردا جدا على رأس الطفل، دافئة 8 أونصات من الماء التي يمكن ان تضاف الى حل عادل قبل التطبيق.
عند وصول الأسرة، الحصول على موافقة مع أشكال IRB المعتمدة.
في غرفة الاختبار، والجلوس الرضيع في اللفة مقدم الرعاية، ويكون الفنان تبدأ للعب مع الأطفال. إذا كانت هذه الزيارة الأولى، وشرح إجراءات التقديم الصافي.
قياس محيط رأس الجنين في أوسع نقطة من الرأس واختيار حجم صافي بناء على هذا القياس. للحصول على أفضل مناسبا، واختيار شبكة أصغر الحجم إذا كان محيط قريب من الحد الأدنى للحجم لعمر واحد. غمر الشبكة المختار في كهربائيحل trolyte.
قياس الأنيفى للinion ووضع علامة على فروة الرأس في ½ القياس الكلي. تفعل الشيء نفسه بالنسبة للقياس الأذن إلى الأذن. العلامة النهائية هي تشيكوسلوفاكيا (قمة الرأس).
الحل إزالة الزائدة من الشبكة عن طريق وضعها على منشفة جافة. مساعد لصافي عكس الشبكة وفهم القطب تشيكوسلوفاكيا. عقد الشبكة بحيث اختبار الابتدائي ويمكن وضع أصابعهم في الجزء الأمامي للمرمى.
الوجه الشباك مرارا ووضع شبكة على رأس الرضيع بعد أن تحرك مساعد صافي chinstrap والمواضيع الأمامية الملونة (ربط القطب ناسيون وchinstrap) خارج الشباك.
ضبط الموقف الصافي على رأس الرضيع، وضع تشيكوسلوفاكيا في علامة قمة الرأس فروة الرأس. موقف / محاذاة كل من الأقطاب الكهربائية بدءا من الجزء الخلفي والعمل على الجبهة، والتأكد من أن هناك زاوية قائمة بين كل قطب كهربائي وسطح الرأس.
جمع الأسلاك، وضبط chinstrap، أسلاك آمنة مع الشريط كوبان، والمكونات في conne صافيالمنشئ.
قياس مقاومة القطب مع عتبة <50 KOhms، أو وفقا لتعليمات النظام. وإذا كان بعض أقطاب لديها مقاومة عالية، وإعادة نقع القطب مع ماصة مليئة بالكهرباء وتحرك بلطف على الشعر من تحت القطب.

3. المحفزات عرض وEEG تسجيل

المنبهات السمعية الموجودة في الحقل الحرة مع مكبرات الصوت على مسافة واحدة من رأس الرضيع.
ملاحظة: الدراسة التمثيلية كانت المعلمات التحفيز على النحو التالي: 70 ميللي ثانية لهجة أزواج مع تردد أساسي إما 800 أو تعرض 1200 هرتز و 15 التوافقيات (6 ديسيبل لفة قبالة في اوكتاف) في مبنيين (70 أو 300 مللي ثانية بين الوكالات فترة التحفيز). وتعرض ووصفوهم بأنهم ضالون (15٪ = 125 تجارب) بين (800 هرتز - 800 هرتز) منخفضة منخفضة - أزواج منخفضة عالية (1200 هرتز 800 هرتز) معايير (85٪ = 708 تجربة).
تسجيل EEG وفقا لتعليمات الأجهزة والبرمجيات. استخدام المعلمات التالية للبيانات تمثيلية: سامبدوريامعدل ينغ: 250 هرتز، وانخفاض تمرير مرشح الأجهزة: 100 هرتز، بيضاوي الشكل، وارتفاع تمرير مرشح: 0.1 هرتز، السيارات: تعيين نيكويست، وزيادة المجلس: 1.
توفير وهادئة، والبيئة إشراك أقل ما يقال الهدوء للطفل أثناء التسجيل. إشراك الأطفال عن طريق اللعب فيديو المناسبة للفئة العمرية صامت أو مع اللعب هادئة (على سبيل المثال، فقاعات ضربة، وأشر إلى الصور في الكتب واللعب دمية). توفير الرعاية مع سماعات الأذن للاستماع إلى الموسيقى يتجنب التدخل الرعاية غير مقصود مع استجابة الرضع. إذا كان الرضيع لا يهدأ، مما يؤثر على EEG، وقفة عرض الحوافز وتسجيل EEG حتى يمكن استعادة بيئة هادئة.
بعد اكتمال التجربة، وإزالة بلطف الشباك وتجفيف الشعر الرضيع والرأس.
حفظ والنسخ الاحتياطي الخام، والبيانات EEG التي لم تتم تصفيتها قبل أن يغلق البرامج في نهاية جلسة الاختبار.

4. معالجة البيانات - نظم تخطيط موارد المؤسسات

تفقد البصر البيانات EEG الخام ورفض شريحةالصورة مع قطعة أثرية عالية السعة.
ملاحظة: يجب رفض القنوات مع السعة العالية وأقحم. يجب تعيين الحد الأقصى في المئة من القنوات رفضت بنسبة 30٪. طرق بديلة (على سبيل المثال، ICA، PCA، انظر أيضا مرجع ³⁰⁾ يمكن استخدامها لتقليل أو رفض القطع الأثرية الموجودة في البيانات.

تصفية البيانات مع المعايير المحددة مسبقا والتي تتفق مع النشاط القشرية. بالنسبة للرضع، واستخدام عامل تصفية ممر الموجة خارج الخط من 1-15 هرتز.
شريحة البيانات المستمرة لخلق بيئات مختلفة حول "تايم 0" (بداية التحفيز) وفقا لتعليمات البرنامج. للتجزئة، وتشمل ما يكفي من الوقت قبل حافزا لإقامة النشاط وبعد التحفيز الأساسي الوقت لالتقاط الاستجابة بأكمله.
رفض العهود صاخبة وفقا لمعايير الرفض المناسبة (على سبيل المثال، +/- 200 μV للأطفال الرضع). تعيين الحد الأقصى في المئة من العهود رفضت بنسبة 30٪.
متوسط الحقب لكل فرد ولكل حالة والجمع بين هذه المتوسطق وفقا لمجموعة وشرط لالمتوسطات الكبرى.
وإذا كان عدد من العهود الواردة في كل المتوسط يتفاوت بين الموضوعات، وزن عدد من الحقب بحيث الموضوعات مع أكثر / أقل العهود وتقدر قيمة متساوية.
1. لوزن المتوسط الكبير، وحساب متوسط الفرد من كل شرط كما n مرة الموجي، حيث n يساوي عدد العهود التي تشكل في المتوسط، ثم مقسوما على العدد الكلي للحقب لجميع المواد الدراسية. هذا الأسلوب يعطي كل محاكمة وزنا متساويا في المتوسط النهائي.

5. تجهيز البيانات - التعريب المصدر

للبيانات الرضع، وشارك في تسجيل كل ملف متوسط ERP الفردي والكبير مع أي قالب MR-العمر المناسب أو المسح الضوئي MR الفردي (راجع المنشورات السابقة ^31،32).
ملاحظة: في عملية المشارك التسجيل، يتم تسجيل مواقف القطب ورئيس أعيد إلى تنسيق نظام واحد. ويمكن استخدام المتوسطات الكبرىلتحديد نموذج ثنائي القطب.

تقدير عدد وموقع مصادر الأساسية التي سيتم تركيبها على البيانات. للحصول على النموذج السمعي، استخدام اثنين من ثنائيات الاقطاب مع موقع مجاني ودوران.
ثم يتم الاسترشاد تقدير المصدر تلقائيا من خلال التقليل من وظيفة التكلفة التي هي مزيج المرجح ل4 معايير تناسب المتبقية للحصول على "الأنسب" موقع إلى إطار الوقت من الفائدة: ملاحظة.

جعل تستخدم المعلمات المناسبة للفئة العمرية أكيدة لسمك فروة الرأس، وسمك الجمجمة، والعرض من تحت العنكبوتية الموصلية الفضائية والعظام مع تغير هذه العوامل بسرعة خلال التنمية. للبيانات تمثيلية، المعلمات هي: الجمجمة: 1.5 مم؛ فروة الرأس: 2.5 مم؛ الفضاء تحت العنكبوتية: 1.7 مم؛ الموصلية العظام: 0.0581.
بدءا متوسط ERP الكبرى، اختر نافذة زمنية الاهتمام الموافق الذروة. معلمات المحافظة وعادة ما تكون +/- 20 ميللي ثانية حول ذروة الفائدة ^31.
التحقق من "صلاح فاير "من أجل حل ثنائي القطب باستخدام مخرجات البرامج التباين المتبقية. هذا هو مقدار إشارة التي لا تزال غير المبررة على النافذة وقت معين من التوافق من قبل نموذج ثنائي القطب الحالي. ضبط نافذة زمنية لتقليل التباين المتبقية. استخدام نموذج مصدر توزيع (كلارا) للتحقق من الحل في المنطقة الممتدة النشاط.
حفظ حل ثنائي القطب المصدر والطول الموجي لكل حالة والذروة.
كرر الإجراء لكل ملف على حدة متوسط.
للتحليل الإحصائي لموقع المصدر والقيم استخدام الكمون الذروة، والسعة، والمكان تنسق في X (وسطي الاطراف)، Y (الأمامي الخلفي)، وZ (أعلى-أدنى) توجيهات لكل ثنائي القطب من كل ملف على حدة متوسط الحل. في الحالة المعروضة هنا، تدابير 2X2 المتكررة ANOVA (التحفيز (قياسي، المنحرف) X نصف الكرة الأرضية (يسار، يمين) لسعة والكمون من المصادر يمكن أن تكون مفيدة للنظر في قوة وتوقيت المولدات. المصدريمكن تقييم الإحداثيات في نفس الطريق (للمراجعة، ^31،32).

6. معالجة البيانات - تحليل وقت التردد في الفضاء المصدر

تطبيق حل نموذج ثنائي القطب إلى الخام، فلتر، البيانات EEG المستمر.
1. تطبيق حل المصدر (بحفظه في الخطوة 5.6) إلى ملف البيانات EEG الخام باعتبارها القطب المونتاج الظاهري.
  ملاحظة: إن استخدام نموذج ثنائي القطب بهذه الطريقة تنطبق مرشح المكاني ثابت على قناة سطح تسجيل (مساحة استشعار) لتحويل المستمر EEG عالية الكثافة إلى الظاهري المونتاج 2-المصدر (الدماغ الفضاء المصدر).
تحويل الوقت مجال واحد للمحاكمة إشارة المصدر في وقت التردد المجال (الشكل 1).
ملاحظة: حاليا، عدة طرق يمكن استخدامها لتحويل البيانات واحد للمحاكمة في المجال الزمني التردد، بما في ذلك تحليل المويجات وتطبيق هيلبرت تحويل إلى البيانات التي تمت تصفيتها. في حين أن المقارنة بين هذه الأساليب هيخارج نطاق هذا المقال، مقالات عدة نشرت وصفت بدقة هذه الأساليب ^33-36. تحليل الوقت التردد باستخدام الإجراء الإستخلاص معقدة وجدت في المتاحة تجاريا البرنامج التماسك ^37، وحساب السعة المغلف لحظية والمرحلة كل نشاط الدماغ بوصفها وظيفة من التردد والوقت ^37-39. وتنتج هذه التدابير من تحولات السلطة لحظية (الزمني الطيفي تطور، TSE) والتخلص تأمين (انتر المحاكمة قفل المرحلة، ITPL).
1. استخدام المعلمات التالية: 1 هرتز صناديق تردد واسعة 2-80 هرتز و 50 قرار الوقت مللي ثانية من -1500 إلى 1500 ميللي ثانية. يجب أن يكون إطار الوقت الحقبة الطويلة بما يكفي للسماح التصفية أو المعالجة في أدنى تردد المطلوب دون تكبد التحف ^40،41.
تصور قمم تيرة النشاط في EEG من أجل تجنب تفسير ممكن زائفة متعلقة قطعة أثرية أو دائري صالتذبذبات معجبا ^41،42.
أداء اختبار التقليب والتحليل العنقودي لتحديد مناطق فروق ذات دلالة إحصائية في جميع أنحاء الشروط والجماعات ^24،43.

Representative Results

الإمكانيات المتعلقة الحدث الرضع

نظم تخطيط موارد المؤسسات الرضع تكون عادة أكبر من نظم تخطيط موارد المؤسسات الكبار، ويمكن أن يكون قمم أقل أو أكثر من التنشيط، قريب إلى أن تنضج الردود، اعتمادا على سن ^44. هنا، وتبين لنا متوسط استجابات التمثيلية الكبرى من ثلاثة وعشرين الرضع بعمر 4 أشهر ⁴³ (الشكل 2). نموذج غريب الاطوار يسمح لنا لتحديد ما إذا كان دماغ الرضيع يمكن التعرف على الفرق بين حدثين. في نتائج تمثيلية، نغمة البديل، استجابة المنحرفة (DEV، 800-1،200Hz، خط أحمر) يتسبب ذروة إضافية من التنشيط، قريبة أزواج نغمة ثابتة (STD، 800-800Hz، خط أسود). هذا الاستنتاج هو واضح في كل من معدل التحكم (300 مللي ثانية ISI، يسار) ورابيد معدل (70 مللي ثانية ISI، يمين) الظروف. (يمين وسط،) وترد C4 (وسط، يسار) ردود سبيل المثال من الأقطاب الكهربائية من فعز (خط الوسط أمامي)، C3. موجة الفرق المحسوبة (ناقص المنحرفيظهر قياسي) كما في خطوط رمادية. ذروة إضافية من تفعيل تشير إلى أن الدماغ الرضع في هذا العمر يمكن أن يميز الفرق بين النغمات في كل العروض معدل.

الطول الموجي مصدر الرضع

النشاط مصدر التباين المتبقي القليل يجب أن يتبعوا قمم ERP، مما يدل على "مناسبا" بين البيانات الأصلية والمترجمة مصدر البيانات المحولة. في بيانات تمثيلية، وتبين لنا موقع يومين ثنائي القطب نموذج مصدر أفضل مناسبا للطفل الكبير متوسط ERP لSTD حالة (ثابتة لهجة) على نموذج توزيع كلارا (الشكل 3). يظهر بوضوح حساب الأيمن والأيسر تفعيل السمعي في ظروف تحكم ورابيد أسعار.

قمم النشاط من طراز يومين ثنائي القطب (الشكل 4) يتفق مع استجابة ERP بشكل جيد للغاية. توقيت الذروة والتشكل من الطول الموجي تخطيط موارد المؤسسات، أظهرت طلوحة ن (ط)، تطابق توقيت والتشكل من الطول الموجي مصدر يظهر في لوحة (ب) (لمزيد من التفاصيل، انظر المادة الأصلية، ^43). وأوضح مصدر الطول الموجي من هذه التجربة 97.9٪ من التباين في النشاط أكثر من الأقطاب فروة الرأس. وأظهر التحليل الإحصائي للالإختفاء الذروة المصدر أن النشاط نصف الكرة المخية الأيمن كان أسرع من اليسار في كل الظروف، وكانت الردود في المعدل السريع في وقت لاحق في نصفي الكرة الأرضية مما كانت عليه في حالة السيطرة. لم يلاحظ وجود اختلاف في نصف الكرة الأرضية باستخدام البيانات تخطيط موارد المؤسسات، مما يشير إلى أن تقنيات تحديد الموقع المصدر تمكين استرجاع المعلومات الإضافية من الردود.

التذبذبات ذات الصلة بالحدث الرضع

بشكل عام، ويحلل الوقت التردد الكبار وتظهر البيانات الحيوان الذي المحفزات تثير نمط 1 / و التزامن العصبية (على سبيل المثال، وخفض قوة مع زيادة التردد). في بيانات تمثيلية، التي حركها ر السمعيواحد من أزواج، وتبين لنا أن الرضع أيضا التعبير عن هذا النمط (الشكل 5). هنا، بداية التحفيز يثير انفجارات متزامنة من ثيتا (5-6 هرتز)، بيتا (20-25) هرتز وغاما (35-45 هرتز) السلطة في كل من اليمين والمناطق السمعية الأيسر من الدماغ.

النماذج الحيوانية وتجارب الكبار تشير إلى أن التزامن متذبذبة، وخاصة في البلدان المنخفضة الدخل إلى التذبذبات منتصف تردد (على سبيل المثال، 08/01 هرتز) هم من المساهمين الرئيسيين في إمكانات أثار ^45. وأظهر تحليل تحولات السلطة لحظية (الزمني الطيفي تطور، TSE) في التذبذبات الرضع من وجهة نظرنا نشر السابق ⁴³ السلطة الناجم عن أكبر لهجة البديل في الفرقة ثيتا (6-8 هرتز)، نسبة إلى نغمة ثابتة. وقد لوحظ هذا التأثير في كل الظروف المعدل، وبخاصة على المنطقة السمعية المناسبة في حالة معدل التحكم (الشكل 6). عرض المعدل السريع أسفرت عن النشاط المتماثل أكثر على الصعيد الثنائي، مما يشير إلى تعزيز الجرد القشرية الأيسرolvement خلال المعالجة السمعية من المحفزات التي تحدث بسرعة وعلى وجه الخصوص أثناء معالجة تغير الصوتية.

ويتضح الشكل 1. خطوات من الزمن التردد التحليل. طريقة تحليل وقت التردد باستخدام المتوسط الكبرى (ن = 12) البيانات من الرضع بعمر 4 أشهر خلال 70 ميللي ثانية ISI حالة نغمة. وتظهر onsets التحفيز في السهام الحمراء تحت محور الزمن. خطوات التحليل: (1) بلغ متوسط نظم تخطيط موارد المؤسسات، كما هو موضح في تشيكوسلوفاكيا الكهربائي، يتم إنشاء لكل قناة (2) موقع المصدر المولدات ERP، كما هو موضح في الرأس رسم، يتم الحصول عليها باستخدام نموذج 2-ثنائي القطب في البيانات المعينة على أحد. قالب الرضع التصوير بالرنين المغناطيسي. (3) الفرد والكبرى متوسط الطول الموجي مصدر يتم الحصول عليها من نوبة من اليسار واليمين ثنائيات الاقطاب. وتشير نماذج الرأس الرضع الخرائط الجهد المقابلة لذروة المحدد (زراي). (يتم تطبيق 4) والمونتاج المصدر إلى بيانات القناة فروة الرأس 128، وتحسب سعة وحفظها للقنوات مصدر اثنين. (5) وتحسب الحدث المتعلقة التذبذبات من التجارب واحد وبلغ متوسط خلال الفترة الاستجابة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

(الخطوط الحمراء DEV،) الرقم 2. حدث ذات الصلة التشكل المحتملين. المتوسطات الكبرى (ن = 23) لالسريع (70 مللي ثانية ISI) والتحكم (300 مللي ثانية ISI) ردود معدل لمعيار (STD، خطوط سوداء) والمنحرف أزواج نغمة وتظهر في خط الوسط الأمامي واليسار المركزي وأقطاب اليمين. يتم رسم سلبية تصل. وتظهر onsets التحفيز في السهام الحمراء تحت محور الزمن في فعز. يظهر P1 في لوحة فعز مع السهم الأسود. من الرعايا الفرقوأظهرت ه (ردا على استجابة DEV الطرح STD) في خطوط رمادية (مقتبس من ^43). يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. المصدر النتائج توطين اثنان ثنائي القطب "الأنسب" نموذج مصدر يظهر مضافين على النشاط وزعت من طراز المصدر. ويمكن رؤية واضحة اليسار والنشاط اليمنى فوق مناطق الفص الصدغي الأيمن والأيسر. (مقتبس من ^43). يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

حدث ذات الصلة الرقم 4. إمكانية ومصدر الموجي مقارنة. (ط) مثال نظم تخطيط موارد المؤسسات من LEF الأمامي ر واليمين أقطاب (F3 و F4) تظهر قمم تفعيل لهجة أزواج مع الترددات الأساسية ثابتة والبديل (STD وDEV، على التوالي). تغيير في وتيرة يثير أكبر قمم ~ 400 مللي ثانية (DEV، خط أحمر)، نسبة إلى عند الترددات هي دون تغيير (STD، أسود). (ب) والكمون من قمم تفعيل مشابه لنشاط ثنائي القطب المترجمة المصدر، مما يشير إلى مباراة جيدة بين ERP والتحليل الموجي المصدر. ذروة كبيرة في 400 مللي ثانية يمكن ملاحظته بشكل خاص في النصف الأيمن مع البيانات المترجمة المصدر. للبساطة، وتظهر فقط الردود على حالة السريع من قيم، وقد لوحظ لكن مباراة مماثلة أيضا بين ERP ومصدر الطول الموجي للردود في حالة التحكم في معدل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

جوري 5 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 52420 / 52420fig5.jpg "/>
يتم التعبير عن خرائط الشكل 5. مجمع بورصة طوكيو من حيث التغير الطيفي في المئة على مدى حقبة من -1 إلى 1 ثانية من الوقت للمولدات الأيمن والأيسر. (ط) النغمات في التذبذبات ذات الصلة بالحدث 300 مللي ثانية ISI حالة حصول في نطاقات التردد متماسكة حول بداية التحفيز (على سبيل المثال، -1140 ميللي ثانية و 0 مللي ثانية). ويستخدم التحفيز الحقبة الطويلة من أجل رؤية المزيد من البيانات وتوفير عينة طويلة بما فيه الكفاية للتحلل تردد. وتظهر اللوحة اليمنى متوسط الطيف فوق ذروة المعالجة الأولية (150-300 ميللي ثانية). ويبين متوسط الطيف و1 / و الشامل الطيف مع وجود قمم منفصلة من التزامن في نطاقات التردد محددة. (ب) ويلاحظ وجود نمط مماثل ل70 ميللي ثانية حالة ISI. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

خيمة "FO: المحافظة على together.within صفحة =" دائما "> الشكل (6)

ويظهر الشكل 6. تحليل الوقت التردد من التذبذبات ذات الصلة بالحدث في الرضع بعمر الشهر-4. تغيير في السلطة متذبذبة inTemporal الطيفي تطور (TSE) الكبرى متوسط المؤامرات للرضع القديمة 4 أشهر في التحكم (A) ورابيد أسعار (B) الظروف. أشرطة سوداء على محور س توضح بداية والمدد لهجة. يشار إلى النشاط مصدر اليسار واليمين في أعلى الزاوية اليسرى من كل رسم بياني. الصف الأول: (أ) ردود على أزواج لهجة مع تردد ثابتة (STD) تظهر تغيرات الطاقة في مجموعة دلتا ثيتا. الصف الأوسط: (ب) ردود على أزواج لهجة مع تغيير التردد في النغمة الثانية (DEV) عرض محسنة دلتا ثيتا السلطة في لهجة الثانية، بالنسبة إلى الأمراض المنقولة جنسيا الردود، ولا سيما في المنطقة السمعية المناسبة في حالة التحكم. مؤامرات الفرق بين STD وDEV: الصف الثالثتظهر ردود زيادة الصحيحة lateralized في السلطة في معدل التحكم (A.iii) وفرق الطاقة بين البلدين في المعدل السريع (B.iii). وتظهر فروق ذات دلالة إحصائية بين STD والاستجابة DEV في المجال الزمني التردد في الخطوط العريضة السوداء. (مقتبس من ^43). يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

ويصف طريقة البحث وصفها هنا كيفية تسهيل فهم أعمق لديناميكية spectrotemporal والمكان التشريحي للذات الكثافة السكانية العالية، أثار السمعية EEG وتخطيط موارد المؤسسات ردود المخ عند الرضع. هناك أربع خطوات حاسمة في هذا البروتوكول التي تسهل تحليل. أولا، تطبيق صافي السليم وتحديد المواقع مع الحد الأدنى من الرعاية والضيق الرضع هو الأساس لتسجيل نظيف EEG في نماذج غير مخدرا. قياس الرأس السليم وصافي اختيار الحجم فضلا عن استخدام مساعد الصافي والفنان أثناء عملية التطبيق هو المفتاح لتحقيق هذه الخطوة. ثانيا، من المهم إنشاء جو من الهدوء وهادئة ومرحة للأسرة خلال جلسة الاختبار، وهي حالة يسرتها اختبار الابتدائي، صافي مساعد والترفيه والتسلية، الذي يشارك الطفل في اللعب هادئ. ثالثا، لتحليل البيانات، فمن الأهمية بمكان أن النماذج رئيس MRI المناسبة للفئة العمرية أن تستخدم لتوطين المصدر. حجم الرأس، بويجب أن تكون مساحة شمال شرق والجلد والنخاعي دقيق لعمر اختبار من أجل الحصول على نتائج الترجمة أدق. أخيرا، للاستجابات القشرية بشكل عام، فمن الأهمية بمكان أيضا أن شبكة عالية الكثافة استخدامها (على سبيل المثال، لا يقل عن 64 قنوات البيانات) من أجل تحسين فرص الحصول على تسجيلات منخفضة قطعة أثرية.

واحد الحد من هذه التقنية هو أن ترجمة مصدر البيانات EEG ليست هي المعيار الذهبي لموقع اختبارات النشاط. يجب على المرء أن نأخذ في الاعتبار أن النموذج المستقبلي لتوطين حتى مع أفضل النماذج الرأس وقياسات لا تزال تقديرات موقع آخر. وبالتالي، فمن الضروري تصميم التجربة في مثل هذه الطريقة أن المعلومات بشأن النشاط مصدر يمكن مقارنة عبر شروط أو المجموعات التجريبية. بالإضافة إلى ذلك، اختبار الرضع بشكل عام وعلى وجه الخصوص، دراسة طولية قد تكون محفوفة مجموعات البيانات ناقصة أو مفقودة. حلول لهذه المشكلة هي لأ) الحفاظ صelationships مع الأسر المشاركة؛ ب) تحسين هادئ، هادئ الجو تسجيل للطفل والرعاية. وج) المبالغة في تقدير بركة الموضوع. في أيدينا، مع فريق من الأطفال ذوي الخبرة، وحققنا التسرب منخفضة والحد الأدنى من معدلات فقدان البيانات. في عينة طولية من جلسات تسجيل 211 الرضع مع 57 مشاركا نظهر 98.6٪ الاحتفاظ بالبيانات (على سبيل المثال، 208 الدورات التي أسفرت عن بيانات قابلة للاستخدام)، كانت 6 مشاركين و 10٪ يتسربون معدل (على سبيل المثال غير قادر على الاستمرار بعد بداية التجربة). ميزة من EEG أكثر من غيرها من التقنيات، مثل MEG وتقارير قوائم الجرد الوطنية، هو أن النشاط منحازة subcortically يمكن الوصول إليه مع عصابات تصفية مختلفة. وبالإضافة إلى ذلك، فمن الأسهل للسيطرة على حركة السفر كما الأقطاب مع الرأس.

بمجرد يتقن هذا البروتوكول، والتطبيقات التجريبية من EEG ومتذبذبة ديناميات الرضع وفيرة. فمن الواضح أنه يجب علينا أن نفهم أولا النامية عادة netwo القشريةركس من أجل تحديد تلك التي يتم تنظيمها غير معتادة. وهذا يشير إلى الحاجة إلى إنشاء نموذج الذي سلامة آليات المعالجة السمعية المبكرة (بما في ذلك التذبذبات) تلعب دورا في توليد واللدونة من صحة التمثيل كما يتم دمج الخبرات السمعية و، من الناحية المثالية، وعلم. وفقا لهذا النموذج، قد تترافق العجز في العمليات غير اللغوية مع أعراض سنوات، أو في بعض الحالات عقود، قبل أن يحدث تشخيص رسمي.

وهناك حاجة إلى إجراء تحقيقات في المستقبل لفهم مزيد من التفاصيل، بما في ذلك وظيفة ديناميكية متذبذبة تردد الموجات محددة، عبر التردد مرحلة اقتران والأنماط الإقليمية المثبطة / مثير عبر التنمية في وقت مبكر. بالإضافة إلى ذلك، النشاط تحت القشرية والاختبار في ولايات مختلفة، مثل النوم، وهناك حاجة لإعطاء صورة أكثر اكتمالا للتنمية نموذجية. ونحن نعتقد أن البحث مع هذه التقنية توفر رؤية هامة في العملية التي حركتيح ديناميات 'neurotypical' ومتذبذبة غير نمطية تنظيم وتتفاعل مع المعرفية والمهارات اللغوية الناشئة.

Acknowledgments

والكتاب الامتنان الدعم لهذا البحث من قبل مركز إليزابيث H. سليمان للبحوث العصبية النمائية وجبهة الخلاص الوطني منحة # SMA-1041755 لالزمني ديناميات مركز التعلم، وهي علوم NSF مركز التعلم. شكر خاص أيضا بسبب لأسر الذين شاركوا، وإلى أعضاء مختبر دراسات الطفولة للمساهمات العملية والفكرية. شكر خاص ليارمو Hämäläinen لتطوير بروتوكول توطين مصدر ونسيم تشودري لها الإسهام الفكري.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
EEG Amplifiers	EGI	1301281
Sensor Nets	EGI	C-GSN-128-1011-110	Sizes of nets vary with age, by month
EEG Recording Software	Net Station	4604200
Presentation Computer	Dell	4608161
Presentation Software	Eprime	13102456-50
Baby bottle warmer	Avent		Target or any baby store
Electrolyte solutuion (Potassium Chloride dry)	EGI	A-A-CC-KLL-1000-000
Coban self-adherent wrap tape	Coban	595573
Measuring tape			Target or any baby store
Washable Markers			Target or any baby store
Pipettes			Comes with EGI amplifier setup
Analysis Computer	Dell
Analysis Software I	BESA	3955054	v5.3
Analysis Software II	Brain Voyager	3955054
Analysis Software III	EEGLAB/ERPLAB/ MassUnivariate Toolbox		Freeware MatLAB v2007b
Analysis Software IV	BESA Statistics	3956341