Abstract
Unilateral Cerebral Parese (CP) er en nevrologiske lidelse som er en svært vanlig årsak til uførhet i barndommen. Det er preget av ensidige motoriske vansker som ofte dominert i øvre lem. I tillegg til en redusert bevegelse kapasitet av de berørte øvre lem, flere barn med unilateral CP viser en redusert forståelse av den gjenværende bevegelse kapasiteten for denne lem. Dette fenomenet ser bort fra det bevarte kapasitet av de berørte øvre lem blir ofte referert til som Developmental Ignorering (DD). Ulike teorier har blitt postulert å forklare DD, hver tyder på litt forskjellige retningslinjer for terapi. Likevel, kognitive prosesser som kan i tillegg bidra til DD hos barn med unilateral CP har aldri vært direkte studert. Den nåværende protokollen ble utviklet for å studere kognitive aspekter involvert i øvre lem kontroll hos barn med unilateral CP med og uten DD. Dette ble gjort ved å registrere event-relatert potentials (ERP) hentet fra den pågående EEG under target-respons oppgaver som ber om en håndbevegelse respons. ERP bestå av flere komponenter, hver av dem forbundet med en veldefinert kognitiv prosess (f.eks., N1 med tidlig oppmerksomhet prosesser, N2 med kognitiv kontroll og P3 med kognitiv belastning og mental anstrengelse). På grunn av sin utmerkede tidsoppløsning, ERP teknikken gjør det mulig å studere flere hemmelige kognitive prosesser forut utilslørt motoriske responser og dermed lar innsikt i de kognitive prosesser som kan bidra til fenomenet DD. Ved hjelp av denne protokollen legger til et nytt nivå av forklaringen til eksisterende atferdsstudier og åpner nye veier til den bredere implementering av forskning på kognitive aspekter av utviklings restriksjoner på forflytning hos barn.
Introduction
Cerebral parese (CP) er definert som en gruppe av nevrologiske forstyrrelser relatert til bevegelse og holdning svekkelser som er forårsaket av forstyrrelser i den tredje fetal hjerne eller spedbarn 1. Selv om disse svekkelser er ikke-progressive, de er forbundet med livslang funksjonshemming 1,2. En av de vanligste subtyper av CP er unilateral CP, sto for mer enn en tredel av alle tilfeller 3. Den er kjennetegnet ved uttalt motoriske mangler på en side av kroppen som ofte er mer fremtredende i den øvre lem 1,3. Ved siden av redusert bevegelighet kapasitet av de berørte øvre lem, flere barn med unilateral CP også ser ut til å mislykkes i å spontant bruke den gjenværende kapasiteten på sine berørte hånden i hverdagen 4-8. Dette ignorering av den gjenværende kapasiteten til berørte øvre lem i unilateral CP har ofte blitt omtalt som Developmental Ignorering (DD) 4-11.
innhold "> Bortsett fra de tradisjonelle forklaringer på DD basert på atferdsforsterknings teorier 4, har nyere studier understreket viktigheten av kognitive faktorer for å forstå DD 5,9-11. Disse teoriene er basert på ideen om at visse motoriske mangler hos barn med unilateral CP faktisk skyldes dysfunksjonell kognitive prosesser som er nødvendige for vellykket målrettet motor oppførsel, snarere enn av bevegelsesrestriksjoner seg. I denne henseende DD har blitt sammenlignet fenomenet post-takts motor forsømmelse, noe som tyder på visuo-romlig oppmerksomhet underskudd 9, 11,12,. Alternativt er det foreslått at manglende bruk av det berørte hånden under viktige utviklings perioder ikke bare påvirke motorisk utvikling, men er også forbundet med en forsinkelse på kognitive prosesser knyttet til motor atferd 5, 10.Selv DD har blitt omfattende beskrevet i litteraturen ogulike teorier har lagt vekt på mulige bidrag av endrede kognitive prosesser 5,9-11, disse kognitive prosesser knyttet til målrettet motor oppførsel har aldri vært direkte studert i unilateral CP. Den nåværende protokollen ble utviklet for å vurdere kognitive aspekter knyttet til overekstremitet kontroll hos barn med unilateral CP. Protokollen beskrevet bruk av hendelsesrelaterte hjerne potensialer (ERP) trukket ut fra den løpende EEG under manuell target-respons oppgaver.
ERP tilbyr en unik mulighet til å måle nevrale responser som er tid låst til forskjellige behandlingstrinn knyttet til en utilslørt respons. Det vil si at de tillater å studere forskjellige kognitive prosesser relatert til mål rettet motorresponser, slik som valg respons, respons forberedelse, og respons hemming prosesser. Videre ERP bestå av flere komponenter, hver av dem i forbindelse med ulike kognitive prosesser (f.eks., N1 med tidlig attention prosesser, N2 med kognitiv kontroll og P3 med kognitiv belastning og mental anstrengelse). På samme måte, ved hjelp av ERP under en enkel manuell target-respons oppgave gjør oss i stand til å direkte studere ulike kognitive prosesser knyttet til ulike behandlings stadier av øvre lem kontroll hos barn med unilateral CP med og uten DD.
Protocol
Godkjenning for ulike eksperimenter med dette eksperimentell design ble hentet fra den lokale Etisk komité i Det samfunnsvitenskapelige fakultet (ECSW) fra Radboud University Nijmegen samt av den regionale medisinske forskningsetiske komité, CMO Arnhem-Nijmegen (Registreringsnummer: 2012 / 049, NL nr .: 39607.091.12).
1. Deltakere
- Omfatter kun barn som er diagnostisert med unilateral CP som diagnostisert av en medisinsk spesialist (dvs. nevrolog, barnelege).
MERK: ERP-protokollen for å vurdere kognitive aspekter underliggende overekstremitet motorkontroll er utviklet for barn med unilateral CP, men er ikke begrenset til denne gruppen bare. - Omfatter kun barn eldre enn 5 år gamle 10,11.
MERK: Yngre barn kan ikke være i stand til å ta hensyn til oppgaven under hele prosedyren. - Ekskludere barn med alvorlige visuelle og auditive svekkelser.
NOTATDet anbefales å ta med barn som kun har små visuelle og auditive svekkelser hvis de er i stand til å utføre oppgaven, og viser ingen forskjeller med hensyn til respons hastighet eller nøyaktighet i forhold til barn som deltar uten synshemmede. Men mulige nedskrivninger må spesifiseres i en senere rapport og eventuelt kontrollert for i de endelige analysene. - Endelig ekskludere barn som ikke klarer å overholde til oppgaven på grunn av mulige kognitive svekkelser og / eller atferdsforstyrrelser.
- Forut for EEG måling, har en trenet ergoterapeut og / eller fysioterapeut vurdere barna i forhold til den manuelle evne (MACS) i den berørte hånden 13, så vel som den mulige tilstedeværelse av DD.
- For å vurdere DD, beregne en indeks som sammenligner den typiske mengden av bruk av berørte hånden og armen under spontane daglige aktiviteter (performance) med kvaliteten på hånd / arm ferdighet under ideelle forhold (kapasitet) 14,15 16. Anbefaling: Bruk indekser som tidligere har vært brukt og helst validert 14,15. Bruken av VOAA-DDD-R for å bestemme DD er sterkt anbefalt, som psykometri av denne oppgaven har blitt publisert 14.
- Siden manual evne samt DD kan endre seg over tid (f.eks., På grunn av behandlingsresultater), planlegge denne vurderingen kort tid før eller etter EEG måling (fortrinnsvis innen samme uke).
- Videre samle demografiske data av barna (f.eks., Alder, kjønn, medisinering og beslag historie) for å kunne ta disse variablene i betraktning (f.eks. Når matchende grupper eller tolke resultater).
2. Utvikling av Visual Target-respons Task
- Skrive et manus for den datastyrte visuell target-respons oppgave. Se Opplysning KodeFiler for et eksempel script.
- Å presentere de visuelle stimuli på en dataskjerm, kan du bruke en stimulans levering og eksperimentelle kontrollprogram som er tiden nøyaktig nok til å sende tids låst markører til EEG-signalet når en stimulus blir presentert. For å registrere svar, bruke en enhet som registrerer tid nøyaktige (1 ms) knappetrykk og leverer tilhørende tiltaks markører til EEG datamaskinen (se tabell for material).
- For visuelle stimuli bruke klare former som presenteres på en hvit bakgrunn som er lett å kjenne igjen (eksempler er figurer eller enkle objekter) og lett å skille (f.eks., Basert på farge, form, størrelse). Anbefalt er enkle grafiske design i stedet for komplekse stimuli som fotografier.
- Følg anbefalingene nedenfor for å designe ERP eksperimenter for barn. Merk: Designe ERP eksperimenter for barn er ofte utfordrende, fordi barn kan ha en begrenset kapasitet til å følge til lange gjentatte eksperimenter.
- Presentere stimuli som er store nok til å være lett gjenkjent av barn (anbefalt størrelse: 7 x 7 cm).
- Videre helst bruke stimuli som er attraktive for barna å holde barnas oppmerksomhet til oppgaven (f.eks smiley-tallet). Figur 1 viser en eksperimentell protokoll som kan brukes i små barn til å studere ulike kognitive prosesser i løpet av enkle håndbevegelser.
- Sørg for å ta tydelig ulike stimuli for høyre vs venstre bevegelse innvielse. Dette gjør sammenligne de forskjellige behandlingstrinn involvert i bevegelsene til både berørte og mindre berørte hånden hos barn med unilateral CP. Denne innen-faget design gjør deltakende barn til å tjene som sin egen kontroll deltaker (påvirket vs. mindre berørte hånden).
- Anbefaling: Presenter stimuli til venstre eller høyre side av skjermen for å henholdsvis indusere venstre eller høyre håndbevegelser. Å control for stimulans lateralization, inkluderer en bakgrunn-stimulans til den andre siden av skjermen.
- Presentere den samme mengden stimuli til de berørte som til mindre berørte side. Bruk minimum 20 repetisjoner per stimulus-kategori for å tillate gjennomsnittsberegning av hendelsesrelaterte potensialer 11. Imidlertid sørge for at lengden av forsøket ikke overstiger 10 min som barn ikke kan være i stand til å delta på en lengre oppgave prosedyre. Tidligere ERP studier av barn med CP rapport protokoller mellom 4,5 og 10 min 10,11,17,18. Hvis det blir brukt en lengre protokollen, la barnet til å ta en pause etter 10 min og fortsette etterpå.
- For registrering av svarene på de presenterte stimuli, gir to store svarknapper (anbefalt: diameter: 9,5 cm, høyde: 5,5 cm) med svært lave innsatsstyrke krav for å sikre at også barn med betydelige restriksjoner på forflytning er lett i stand til å svare.
- ADAPt studien paradigmet å måle kognitive prosesser av interesse og utelukke mulige alternative forklaringer av data.
- Eksempel på eksperimentell design: spolt Go / Nogo Task (figur 1)
- For en cued go / Nogo oppgave å studere seleksjonsrespons, respons forberedelse samt respons hemming, presentere fire ulike typer visuelle stimuli: background-stimuli (implementert som en baseline mål på visuell stimulus behandling), cue-stimuli for venstre og høyre side (iverksatt for å studere stimulans utvelgelsesprosesser), gå / target-stimuli for venstre og høyre side (iverksatt for å studere responsen forberedelse prosesser) og Nogo-stimuli for venstre og høyre side (iverksatt for å studere responsen hemming prosesser ).
- Anbefaling: Present background- og cue-stimuli for 1000 msek. Present target-stimuli til et svar er gjort. Present Nogo-stimuli for 1500 msek. Hold inter-stimulus intervall (ISI) mellom cue- og target / Nogo-stimuli faste (Anbefalt: 1000 ms). Hold ISI etter hvert riktig svar etter mål eller gå stimuli tilfeldige (anbefalt: mellom 1.000-1.500 msek).
- For å unngå confounding underlig aktivitet, nåtid målkonfigurasjon og Nogo-stimuli i en equiprobable måte.
MERK: Selv om dette paradigmet reduserer effekten av hemming på Nogo-stimuli 19, gir det en mer direkte sammenligning av ERP utløst av både målkonfigurasjon og Nogo-stimuli. - Etter hvert riktig svar på en target-stimulus eller en korrekt hemmet reaksjon på en Nogo-stimulus, presentere noen form for motiverende tilbakemeldinger (f.eks., En kort latter lyd).
3. Data Acquisition System
MERK: For målinger med barn en mobil EEG lab er sterkt anbefalt. En mobil lab lar gjennomføre studien i et miljø som er kjent for barnet (f.eks., Skole, rehabiliteringssenter, hjemme).Hvis en mobil EEG oppsett ikke er tilgjengelig, sikre at barnet er komfortabel med testing miljø. Under EEG forberedelse er det anbefalt å ha noen distraksjon / underholdning for barn (f.eks., Ser en film).
- Bruk to datamaskiner: én presentere stimuli og en annen datamaskin for å registrere og digitalisere EEG. Koble datamaskiner slik at hendelseskoder kan sendes til EEG digitalisering datamaskinen når en hendelse av noe slag oppstår (f.eks., Stimulus, respons).
- Ved valg av elektrode-forsterkersystemet bruker en aktiv elektrodesystem (anbefales) for å redusere signal-til-støy-forholdet.
MERK: Aktive elektroder forbedre signal-til-støy-forhold, fordi det første trinnet av amplifisering blir utført på stedet av elektroden, og dermed minimere virkningen av intervenerende støysignaler. En stor fordel med dette systemet er aktiv elektrode at en elektrisk isolert kammer er ikke nødvendig i løpet av EEG opptak tillater åmåle i nesten alle omgivelser.- Selv med en aktiv elektrode system, være forsiktig med å måle nær elektriske eller mekaniske enheter.
- Velg antall elektrodene basert på forskningsspørsmålet og studiepopulasjonen. En 32-kanals elektrodesystem (sammen med en 32-kanals EEG forsterker) er tilstrekkelig for å studere de kognitive prosesser knyttet til ulike behandlings stadier av øvre lem kontroll hos barn.
4. Elektro Recordings
- Start med å rense huden på posisjon hvor referansen elektrode plasseres for å redusere impedansen (anbefaling: sted referansen elektrode på venstre mastoid bein og en annen aktiv elektrode på høyre mastoid bein for offline re-refererer til koblede mastoids).
- Rengjør huden på referanseelektrodeplasseringen ved å forsiktig påføre skrubbekrem for å fjerne døde hudceller og rengjør den med alkohol for å fjerne fet substandpunkter.
- I tillegg rengjøre pannen og huden rundt øynene for EOG (elektro-oculogram) elektroder (mer informasjon om EOG opptak i trinn 4.6). Vær forsiktig når du skrubber ansiktet, kan huden her er veldig følsom.
- Før du setter lokket på deltakerne hodet, måle hodeomkrets å bestemme cap størrelse. For å bestemme omkretsen, plassere et målebånd rundt den bredeste delen av hodet, like over ørene.
- Påfør cap med tilsvarende størrelse og sjekke om det er i riktig posisjon.
- For å gjøre dette, måle avstanden mellom Inion (svulmende del av occipital bein på baksiden av skallen) og Nasion (punkt der toppen av nesen møter ryggen av pannen) og mellom venstre og høyre inter-aural fordypninger . Plasser Cz elektroden på nøyaktig 50% av disse avstandene. Ved hjelp av en cap sikrer at hvis Cz er korrekt plassert over den sentrale toppunkt, alle de andre electrodes blir automatisk plassert på standardplasseringene i henhold til det internasjonale 10-20 systemet 20.
- Plasser elektrodene ifølge International 10-20 systemet 20 ved hjelp av tallene på hetten og elektroder.
- Finn elektroder på fem midtlinje nettsteder (Fz, FCZ, CZ, Pz og Oz) og 24 side nettsteder (FP1 / 2, F7 / 8, F3 / 4, FC5 / 6, FC1 / 2, C3 / 4, CP5 / 6, CP1 / 2, P7 / 8, P3 / 4, T7 / 8, O1 / 2) for å gi estimater av hodebunnen distribusjoner for å finne romlig maksima av ERP komponentene av interesse under frakoblet databehandlingen (se figur 2).
- Hvis referanseelektroden er plassert på venstre mastoid ben, plasseres en elektrode mer på høyre mastoid benet for bundet referanse-opptak. Plasser Ground elektrode på AFZ (se figur 2 for skjematisk av elektrodeplassering).
- Fyll elektrodene med ledende gel ved å sette inn en stump nål gjennom elektrodene. Than gel maksimerer hudkontakt og fungerer som en formbar forlengelse av elektrodene. For å senke impedansen, forsiktig slipes huden under elektroden. Vær forsiktig med å ikke bruke for mye gelé som gel kan komme i kontakt med gel av en tilstøtende elektrode, og dermed forvrenge signalet.
- Samtidig registrerer en EOG å korrigere EEG-signalet for øyebevegelser under offline databehandling.
MERK: Spesielt med barn er det vanskelig å unngå øye bevegelse gjenstander gjennom instruksjon bare. Co-registrering denne EOG signal til senere å korrigere for den elektriske aktiviteten produsert av øynene, derfor anbefales for disse deltakerne.- For dette formålet, plasserer EOG elektroder rundt øynene til barna.
- Som barnas hud er svært følsom, prøv å unngå plassering av fire EOG elektroder. I stedet sted bare to EOG elektroder ved å benytte ett av de aktive elektroder under høyre øye og en på den ytre bokssåledes fra høyre øye. Når du søker en okulær korreksjon i løpet av offline databehandling, bruke F7 og FP2 elektroder som referanse elektroder for EOG opptak.
- Hold elektrodeimpedans under 20 kohm ved hjelp av en impedans meter, mens feste elektrodene.
MERK: Det anbefales å bruke en forsterkning system som har dette som en innebygd funksjon. - Bruk digitalisering programvare for å digitalisere og registrere EEG signal i henhold til produsentens instruksjoner. Bruk følgende anbefalte innstillinger for opptak: digitalisere på 1000 samples / sek og online filter mellom 0,016 og 250 Hz.
5. Gjennomføring Target-respons Task Under EEG opptak
- Plasser den bærbare eller dataskjermen ca 40 cm foran barnet. Finn de to røde knappene ved siden av laptop-tastatur, en på høyre side og en på venstre side. Hold avstand mellom knappene på 30 cm for å overflødig possbilitet at feil hånd blir brukt til å trykke på knappen. Finn barnas hender litt over de to røde knappene med albuene på bordet.
- Instruere barnet til å svare så raskt som mulig til målet-stimuli ved å trykke på den røde knappen på siden av målet-stimulus (høyre knapp for riktig stimulans presentasjon, venstre knapp for venstre stimulus presentasjon). Hvis Nogo-stimuli er inkludert, instruere barnet til å hemme deres reaksjon når en Nogo-stimulus presenteres.
- Gjennomføre en kort prøvetime. Sørg for at alle stimuli som er brukt i forsøket vises minst én gang i løpet av denne prøvetime. Imidlertid holder denne prøvesesjon så kort som mulig (ca. 1 min uten unødvendige gjentagelser) for å hindre fremkalle tretthet senere i protokollen.
6. Offline Data Processing
- Behavioral databehandling
- Definere atferdsvariabler (for eksempel feil, REACsjons ganger) før behandlingen av EEG data. Det er viktig at ERP data tilsvarer de adferdsdata (for eksempel, at bare forsøk med riktige svar brukes for gjennomsnitts ERP).
- Anbefalinger: Definer feil som falske treff, mangler følgende target-stimuli (f.eks, respons følgende cue- og Nogo-stimuli i 2000 msek.) (Anbefales: ingen respons innen 2000 msek) samt feilaktige svar (feil knapp eller begge knappene trykkes samtidig). Avhengig av problemstilling, kan forskerne ønsker å utelukke disse feilene i RT-og ERP-data.
- Elektro databehandling for ERP-analyser (anbefalte trinn)
MERK: Velg en dataanalyse system som er egnet for å analysere data som tar sikte på å besvare konkrete problemstillingen. Ulike systemer er bedre egnet for ulike analyser formål (f.eks., Analyser ERP vs. frekvensanalyser). Det er mulig å uavhengigly program denne programvaren samt bruke en kommersiell EEG analysesystem. Anvisningene nedenfor er spesifikk for BrainVision Analyzer. Bruke BrainVision Analyzer er bare en av mange tilgjengelige alternativer for å analysere ERP data.- Hvis en koblet referanse-opptak ble valgt (referanseelektrode som er plassert på en av de ben bak ørene, og en annen aktiv elektrode som er plassert på den andre mastoid benet), re-referanse signalet til hver elektrode til EEG koblede mastoids. Velg kanalen plasseres på høyre mastoid bein som en ny referansekanal og inkluderer implisitt referanse i beregningen av den nye referansen (Transformations -> Kanal Forbehandling -> New Reference).
- Påfør en okulær korreksjon ved hjelp av signal registrert fra de vertikale og horisontale EOG kanaler (f.eks., Gratton & Coles 21). Dersom ble brukt bare to EOG kanaler, bruke F7 og FP2 elektroder som referanse elektroder til EOG kanaler (Transformations -> Ocular Correction).
- Påfør en passende filter (Transformations -> Datafiltrering -> IIR filter). For ERP registrert hos barn anbefales det å bruke et high-pass filter med en cutoff på 0,5 Hz og et lavpassfilter som ikke overstiger 40 Hz.
- Segment signalet knyttet til de ulike stimuli i like segment epoker basert på de ulike markør stillinger (transformasjoner -> segmentet analysefunksjoner -> Segmentering -> Opprett nye segmenter basert på en markør posisjon). For ERP etter presentasjonen av visuelle stimuli bruke segmenter fra 250 msek før stimulans til minst 750 ms etter stimulus (anbefales). Videre utelukker epoker av uriktige forsøk (falske treff og utelatelser) ved hjelp av boolsk utvalg.
- Detrend signalet for å korrigere for fonner i signalet (Transformation -> Segment analyse funksjoner -> DC Detrend).
- Påfør en gjenstand avvisning til skjermen hvert segment for motorog okulær gjenstander som høy frekvens muskelaktivitet og fjerne segmenter som inneholder gjenstander som overstiger ± 150 uV. Anbefaling: Bruk halvautomatisk modus for å få mer innsikt i hva dataene er fjernet (Transformations -> Artifact Avslag -> halvautomater Segment Selection).
- Påfør en passende baseline korreksjon (Transformations -> Segment analyse funksjoner -> Baseline Correction). Anbefaling: For ERP etter presentasjonen av visuelle stimuli bruke en baseline korreksjon fra -250 msek til presentasjonen av stimulus.
- Gjennomsnittlig segmentene per stimulus type og hånd (påvirket vs. mindre berørt) (Transformations -> Segment analysefunksjoner -> Gjennomsnittlig).
- Endelig eksport mener amplituder for ulike toppene av interesse (Export -> Information Area). Anbefaling: Hvis du vil tillate blind score, definere gjennomsnitt verdi innenfor et fast ventetid vindu. For å finne riktig latency vinduet forstuderte gruppen, finne det maksimale av toppen av interesse i grand-gjennomsnitt ERP av alle barn og definere et vindu å nå 50% av denne verdien før og etter toppen. Bruk dette vinduet til å eksportere den gjennomsnittlige verdien av denne komponenten vinduet for alle individuelle deltakere 22.
- Anbefaling: Som dagens forskning protokollen er rettet mot å studere forskjeller i informasjonsbehandling og kognitive evner, inkludere data fra midtlinje elektroder. Endogene komponenter som gjenspeiler forskjeller i informasjonsbehandling og kognitive evner er godt synlig og identifiserbar over toppunktet på grunn av den utbredte aktiviteten og smurte hodebunnen topografi av signalene.
MERK: I tidligere studier med denne protokollen ble data fra Fz, FCZ, og Cz elektroder brukes for dataanalyser 10,11.
Representative Results
Den beskrevne protokollen har blitt brukt i tidligere publisert forskning som har studert de underliggende kognitive faktorer som bidrar til fenomenet Developmental Ignorering (DD) hos barn med unilateral Cerebral Parese (CP) 10,11. To litt forskjellige protokoller har blitt brukt i disse publikasjonene å skille ulike kognitive prosessene som er involvert i et mål-rettet hånd respons mot et mål. I begge artiklene ble funnet signifikante forskjeller i kognitive prosesser mellom grupper (DD og noDD) i reaksjon å målrette-stimulus presentasjon på midtlinje elektroder (Fz, FCZ, Cz). De representative Resultatene viser derfor hendelsesrelaterte hjerne potensialer (ERP) utløst av target-stimuli (utløst i en go / Nogo-oppgave som vist i figur 1) hos barn med unilateral CP med og uten DD. Tallene som presenteres er basert på opptak av 24 barn med unilateral CP mellom 5 og 11 år gammel.
Gjennomsnitt over prøvelser og deltakerne produserer et ERP-bølgeform som består av en rekke positive og negative nedbøyninger. ERP komponenter I Figur 3 viser grand-gjennomsnitt ERP av 24 barn med unilateral CP respons på visuelle target-stimuli (som presentert i figur 1). Figur 3A viser grand-gjennomsnitt ERP på FCZ elektrode posisjon for en detaljert oversikt over de forskjellige potensialer. Det viser separate potensialer for stimulus presentasjon til de berørte side (AS) og til mindre berørte side (LAS). Figur 3B viser en fremstilling av potentialsacross hodebunnen. Disse grand-gjennomsnitt ERP viser gjennomsnitts reaksjon på stimuli presentert for begge sider, de berørte (AS) og mindre berørte side (LAS). Grand-gjennomsnitt som er vist på figur 3A og 3B inneholde en klar N1 og P2 komponent. I stedet for en klassisk P3, en late latency negativ komponent (NC) er observert ved fronto-sentral skalp stilling etter Target-stimuli. Dette fronto-sentral negativ bølge hos barn ble rapportert tidligere for å kunne sammenlignes med den klassiske P3 bølge på voksne 20 og har gjentatte ganger blitt observert i target-respons oppgaver hos barn med unilateral CP 10,11.
Figur 4 viser gruppeforskjeller i ERP mellom barn med unilateral CP med og uten DD. Figur 4A viser grand-gjennomsnitt ERP for begge gruppene (DD og noDD) og hver side (påvirket og mindre berørte side) separat. For begge grupper N1 og P2 komponenter samt sen latens negativ komponent kan observeres. Imidlertid er den negative bølge i P3 domene betydelig større i DD-gruppen (p <0,05). Videre kan betydelige forskjeller mellom amplituden av N1-komponenten bli observert mellom gruppene. For statistiskanalyserer gjennomsnittsverdier innenfor faste ventetid vinduer ble analysert. For å skildre signifikante forskjeller, er stolpediagrammer som ofte brukt som vist i figur 4B. For å tolke forskjellene mellom de to gruppene, er det rikelig litteratur som angår hver ERP komponent i en bestemt kognitiv operasjon. Når signifikante gruppeforskjeller finnes eksisterende litteratur bør brukes for riktig tolkning av betydningen av disse forskjellene. Hvordan resultatene av disse representative resultatene har blitt tolket relatert til de problemstillinger er dokumentert i de tilsvarende publikasjoner 10,11.
I tillegg til de data som er avledet fra den ERP-opptak, de forskjellige target-respons oppgaver også generere adferdsdata som kan brukes for ytterligere analyser. Reaksjonstider (tid fra målet presentasjon til knappetrykk) og feil (f.eks., Utelatelser følgende target-stimulere tilli) kan brukes som separate ytterligere avhengige variabler. Når man studerer barn med unilateral CP, forskjeller i reaksjonstider mellom begge hender (berørte vs. mindre affisert) kan forventes 10,11 som vist i figur 5. Men selv om forskjellene på ERP er observert, er det mulig at atferdsmessige målinger viser ingen forskjeller mellom gruppene 10.
En annen mulighet til å bruke reaksjonstider og feil score som separate dimensjoner er å bruke en kombinert poengsum ved å beregne den inverse effektivitet Poeng (er). IES er bestemt av den midlere reaksjonstiden dividert med den andelen av riktige svar uttrykt i millisekunder 23. Denne metoden er ansett å være spesielt nyttig i oppgavene med lav (<10%) feilrater 2 3. Som det aktuelle protokoll antyder meget enkle target-respons prosedyrer, blir en lav feilrate forventet, og har vært dokumented i tidligere publiserte arbeider 10,11.
Figur 1. Eksempel på en target-respons oppgave eksperimentere egnet for en bred aldersgruppe. Eksempelet består av visuelle stimuli av par av smilefjes tallene som presenteres mot en hvit bakgrunn. To forskjellige typer studier er vist: target-studier for høyre hånd (venstre) og Nogo-studier for høyre hånd (høyre). Begge studiene inkluderer background- og cue- stimuli. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Skjematisk av elektrodeplasseringen basert på den internasjonale 10-20 systemet. De hvite elektroder representerer de anvendte gelsestidspunktett av de 32 aktive elektroder med knyttet ørebensknute henvisning plassering og to aktive elektroder som brukes til EOG måling. Den orange elektrode representerer referanseelektrode. Den grå elektrode representerer jordelektroden. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Representative grand-gjennomsnitt ERP følgende target-stimuli. Grand-gjennomsnitt ERP bølgeformer av 24 barn med unilateral CP tid låst til å målrette-stimuli. (A) i Grand-gjennomsnitt ERP på FCZ elektrode posisjon. Den heltrukne linjen representerer ERP følgende target-stimulus presentasjon til mindre berørte side (LAS). Den stiplede linjen representerer ERP følgende target-stimulus presentasjon til den berørte side (AS). Tidsvinduer around maxima av de ulike komponentene av interesse (N1, P2 og P3 / Nc) er uthevet. (B) Den representasjon av grand-gjennomsnitt ERP over hele hodebunnen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Representative grand-gjennomsnitt ERP følgende target-stimuli som viser forskjellene mellom to grupper. (A) i Grand-gjennomsnitt ERP bølgeformer av samme 24 barn med unilateral CP som presenteres i figur 3, tid låst til å målrette-stimuli. Tolv barn ble klassifisert som å ha DD. De blå linjene representerer ERP av barn med unilateral CP uten DD (noDD; N = 12). De oransje linjene representerer ERP for barn med DD (DD; N = 12). De kontinuerlige linjene representererden ERP følgende target-stimulus presentasjon til mindre berørte side (LAS). De stiplede linjene representerer ERP følgende target-stimulus presentasjon til den berørte side (AS). Tidsvinduer rundt maxima av de ulike komponentene av interesse (N1, P2 og P3 / Nc) er uthevet. (B) P3 / Nc amplituder (gjennomsnitt ± SEM uV) for å målrette-stimuli som vist i figur 3A. De blå søylene representerer gjennomsnittsverdiene av P3 / Nc amplitude for barn uten DD. De oransje søylene representerer gjennomsnittsverdiene av P3 / Nc amplitude for barn med DD. De åpne søyler representerer resultater av mindre berørte side (LAS). De stripete søylene representerer resultatene av de berørte side (AS). Stjernen indikerer en signifikant (p <0,05) forskjell mellom begge gruppene om P3 / Nc amplitude. Klikk her for å se en større versjon av denne figur.
Figur 5. Representative reaksjonstid data som viser forskjellene mellom berørte og mindre berørte hånden. Avbildet er gjennomsnitt ± SEM. Den grå linjen viser gjennomsnittet reaksjonstiden til å målrette-stimuli av 24 barn med unilateral CP med sine mindre berørte hånden. Den svarte linjen viser gjennomsnittet reaksjonstiden til å målrette-stimuli av de samme barna med deres berørte hånden. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Discussion
Denne artikkelen presenterer en protokoll utviklet for å vurdere kognitive prosesser knyttet til bevegelse kontroll under enkle øvre beinbevegelser hos barn med unilateral Cerebral Parese (CP) og utviklings Ignorering (DD) direkte. Unilateral CP er en ikke-progressiv neurodevelopmental lidelse som kjennetegnes ved bevegelse underskudd på en side av kroppen, først og fremst påvirker den øvre lem 1,3. Barn med DD viser en ignorering av bevart kapasiteten deres berørte hånden under spontane daglige aktiviteter 5. Den nåværende protokollen ble utviklet for å løse de relaterte kognitive mekanismer som kan bidra til fenomenet DD med mål om å forbedre eksisterende rehabiliteringsprosedyrer for disse barna. Ved å bruke denne protokollen verdifull ny innsikt ble oppnådd om de underliggende kognitive prosesser knyttet til enkle øvre beinbevegelser hos barn med DD 10,11.
Kritisk til denne protocol er bruken av hendelsesrelaterte hjerne potensialer (ERP) i løpet av en meget enkel kjørbar target-respons oppgave. Enkelheten av å utføre oppgaven tillater inkludering av små barn med bevegelsesrestriksjoner. Opptaks ERP i løpet av oppgaven blir brukt som et kraftig ikke-invasiv neuroimaging teknikk som måler neural aktivitet med en høy tidsmessig oppløsning. Ved hjelp av denne protokollen åpner for studiet av kognitive aspekter knyttet til forskjellige behandlingsfasen av øvre lem kontroll hos barn med unilateral CP. Som sådan, strekker det atferdsundersøkelse til den nevrofysiologiske nivå. Videre kan protokollen enkelt tilpasses ved å presentere ulike stimuli (f.eks., Cue-stimuli, Nogo-stimuli) eller tilpasse stimulus presentasjon tids samt inter-stimulans intervaller. Det er derfor mulig å vurdere ulike kognitive prosesser involvert i overekstremitet kontrollen direkte (f.eks., Respons forberedelser vs. respons hemming).
Ved siden av ideen om at visse motoriske mangler hos barn med unilateral CP er faktisk forårsaket av dysfunksjonelle kognitive prosesser, et annet viktig aspekt som kan bidra til de observerte motoriske mangler hos barn med DD er en mulig sensorisk underskudd 18. På grunn av skade til bestemte thalamocortical og corticocortical trasé noen barn med unilateral CP ikke får nøyaktig sensorisk feedback fra sine bevegelser 24. Dette i sin tur er blitt foreslått for å lede til et underforbruk av det berørte hånden, dvs., DD. Den nåværende protokollen ikke direkte vurdere dette mulig sensoriske underskudd. For detaljert vurdering av ulike sensoriske behandling hos barn med bevegelsesvansker, henviser vi til arbeidet med Maitre og Key (2014) 25.
For å sikre nøyaktige og gyldige resultater, er det noen viktige punkter å huske på. Før man starter en EEG eksperiment, er det først og fremst viktig å forstå den tilhørende limitations av denne teknikken. Den relativt dårlig romlig oppløsning samt vanskeligheten dedusere subcortikal aktivitet er viktige spørsmål å vurdere. Hvis problemstillingen er rettet mot nevro-anatomisk lokalisering spesifikke prosesser under øvre lem kontroll, bør alternative bildediagnostiske metoder vurderes (f.eks., (F) MRI). Imidlertid bør det komme tydelig frem at den ikke-invasivitet av EEG, samt muligheten for å bruke et mobilt laboratorium for å måle på steder som er kjent for barnet har en enorm fordel fremfor andre teknikker.
Ved siden av dårlig romlig oppløsning på EEG-målinger, støy er innført av blinker og muskelaktivitet også ufordelaktig. Spesielt hos barn er det svært vanskelig å gi riktige instruksjonene for å redusere disse gjenstandene. Det er derfor svært viktig å bruke en protokoll som holder barnas oppmerksomhet og ikke tar for lang.
Den nåværende protocol tilbyr nye empiriske innsikt i de underliggende kognitive prosesser som bidrar til fenomenet DD hos barn med unilateral CP 10,11. Denne innsikten kan være av stor verdi, ikke bare for ytterligere forståelse av DD, men også for individualisering de nåværende terapier. Videre til evnen til denne protokollen vurdere direkte underliggende kognitive faktorer av overekstremitet kontroll kan gi opphav til en eventuell bredere implementering for forskning på kognitive aspekter knyttet til bevegelse utvikling hos barn.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| "Presentation" stimulus delivery and experimental control program for neuroscience | NeuoBehavioralSystems | company web address: http://www.neurobs.com/index_html Alternate stimulus presenation software can be used |
|
| Button Box, for time accurate(1ms) button press registration | TSG, Radboud University Nijmegen | company web address: http://tsgdoc.socsci.ru.nl/ index.php?title=ButtonBoxes Alternate button press registration device can be used |
|
| BrainAmp DC 32 channels EEG/EP system, with BUA 128 USB interface S/N: AMP13061963DC, BUA128-1302289, EIB13010349 |
MedCaT B.V. | BP-01100 | company web address: http://www.medcat.nl/Research/acticap.htm For measurements with children a mobile EEG lab is highly recommended |
| Acticap 32 channel standard cap set S/N: aCAP11101664, aEB13032942 |
MedCaT B.V. | BP-04200 | company web address: http://www.medcat.nl/Research/acticap.htm It is highly recommended to use an active electrode system |
| BrainVision Recorder Software license USB Dongel: UR11471 & BrainVision Analyzer Software license USB Dongel: U12512 |
Brain products | BP00020 & BP00120 |
company web address: http://www.brainproducts.com/ Alterante recording and analyzing software can be used |
| NuPrep | MedCatSupplies | 10-30 | company web address: http://www.medcat.nl/supplies/ Alternate skin preparation exfoliants can be used |
| Skin Conductance Electrode Paste | MedCatSupplies | TD-246 | company web address: http://www.medcat.nl/supplies/ Alternate EEG conductive electrode gel can be used |
| Blunt needle and syringe kit |
MedCatSupplies | JG161.5 & 30xxxx |
company web address: http://www.medcat.nl/supplies/ Needle and syringe kit is used to apply conductive gel to electrode embedded in the EEG cap |
| Acticap Holder for Active Electrodes and stickers |
MedCatSupplies | BP-04244 & Z85-10x |
company web address: http://www.medcat.nl/supplies/ Acticap Holders and stickers are used for fixating EOG electrodes |
References
- Rosenbaum, P., et al. A report: the definition and classification of cerebral palsy April 2006. Dev Med Child Neurol. Supplement. 109, 8-14 (2007).
- Aisen, M. L., et al. Cerebral palsy: clinical care and neurological rehabilitation. Lancet Neurol. 10, 844-852 (2011).
- Odding, E., Roebroeck, M. E., Stam, H. J. The epidemiology of cerebral palsy: incidence, impairments and risk factors. Disabil Rehabil. 28, 183-191 (2006).
- Taub, E., Ramey, S., DeLuca, S., Echols, K. Efficacy of constraint-induced movement therapy for children with cerebral palsy with asymmetric motor impairment. Pediatrics. 113, 305-312 (2004).
- Houwink, A., Aarts, P., Geurts, A., Steenbergen, B. A neurocognitive perspective on developmental disregard in children with hemiplegic cerebral palsy. Res Dev Disabil. 32, 2157-2163 (2011).
- Deluca, S., Echols, K., Law, C., Ramey, S. Intensive pediatric constraint-induced therapy for children with cerebral palsy: randomized, controlled, crossover trial. J Child Neurol. 21, 931-938 (2006).
- Hoare, B., Wasiak, J., Imms, C., Carey, L. Constraint-induced movement therapy in the treatment of the upper limb in children with hemiplegic cerebral palsy. Cochrane Database Syst Rev. (2), (2007).
- Boyd, R., et al. INCITE: A randomised trial comparing constraint induced movement therapy and bimanual training in children with congenital hemiplegia. BMC Neurol. 10, 4 (2010).
- Sutcliffe, T., Logan, W., Fehlings, D. Pediatric constraint-induced movement therapy is associated with increased contralateral cortical activity on functional magnetic resonance imaging. J Child Neurol. 24, 1230-1235 (2009).
- Zielinski, I. M., Jongsma, M. L., Baas, C. M., Aarts, P. B., Steenbergen, B. Unravelling developmental disregard in children with unilateral cerebral palsy by measuring event related potentials during a simple and complex task. BMC Neurol. 14, 6 (2014).
- Zielinski, I. M., Steenbergen, B., Baas, C., Aarts, P., Jongsma, M. Neglect-like characteristics of developmental disregard in children with cerebral palsy revealed by event related potentials. BMC Neurol. 14, 221 (2014).
- Saevarsson, S. Motor Response Deficits of Unilateral Neglect: Assessment, Therapy, and Neuroanatomy . Appl Neuropsychol Adult. , (2013).
- Eliasson, A. C., et al. The Manual Ability Classification System (MACS) for children with cerebral palsy: scale development and evidence of validity and reliability. Dev Med Child Neurol. 48, 549-554 (2006).
- Houwink, A., Geerdink, Y., Steenbergen, B., Geurts, A., Aarts, P. Assessment of upper-limb capacity, performance, and developmental disregard in children with cerebral palsy: validity and reliability of the revised Video-Observation Aarts and Aarts module: Determine Developmental Disregard (VOAA-DDD-R). Dev Med Child Neurol. 55, 76-82 (2013).
- Sutcliffe, T., Logan, W., Fehlings, D. Pediatric constraint-induced movement therapy is associated with increased contralateral cortical activity on functional magnetic resonance imaging. J.Child Neurol. 24 (10), 1230-1235 (2009).
- Klingels, K., Jaspers, E., Van de Winkel, A. A systematic review of arm activity measures for children with hemiplegic cerebral palsy. Clin Rehabil. 24 (10), 887-900 (2010).
- Maitre, N. L., et al. Feasibility of event-related potential methodology to evaluate changes in cortical processing after rehabilitation in children with cerebral palsy: a pilot study.J Clin Exp Neuropsyc. 36 (7), 669-679 (2014).
- Maitre, N. L., Barnett, Z. P., Key, P. F. Novel Assessment of Cortical Response to Somatosensory Stimuli in Children With hemiparetic Cerebral Palsy. J Child Neurol. 27 (10), 1276-1283 (2012).
- Lavric, A., Pizzagalli, D. A., Forstmeier, S. When 'go' and 'nogo' are equally frequent: ERPcomponents and cortical tomography. Eur J Neurosci. 20, 2483-2488 (2004).
- Sharbrough, F., et al. American Encephalographic Society guidelines for standard electrode position nomenclature. J Clin Neurophysiol. 8, 200-202 (1991).
- Gratton, G., Coles, M., Donchin, E. A new method for off-line removal of ocular artifact. Electroen Clin Neuro. 55 (4), 468-484 (1983).
- Picton, T. W. The P300 wave of the human event-related potential. J Clin Neurophysiol. 9, 456-479 (1992).
- Bruyer, R., Brysbaert, M. Combining Speed and Accuracy in Cognitive Psychology: Is the Inverse Efficiency Score (Ies) a Better Dependent Variable Than the Mean Reaction Time (Rt) and the Percentage of Errors (Pe)? Psychol Belg. 51, 5-13 (2011).
- 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 (2012).
- Maitre, N. L., Key, A. P. Quantitative assessment of cortical auditory-tactile processing in children with disabilities. J Vis Exp. 29 (83), (2014).
