Abstract
Ensidig Cerebral pares (CP) är en neurologisk sjukdom som är en mycket vanlig orsak till funktionshinder i barndomen. Det kännetecknas av ensidiga motoriska funktionsnedsättningar som ofta domineras i övre extremiteten. Förutom en minskad rörelseförmåga i den drabbade övre extremiteterna, flera barn med unilateral CP visar en minskad medvetenhet om återstående rörelseförmåga i den lem. Detta fenomen att bortse bevarade kapacitet drabbade övre extremiteten regelbundet kallas Develop Bortse (DD). Olika teorier har antagits för att förklara DD, var tyder något olika riktlinjer för behandling. Ändå kognitiva processer som dessutom kan bidra till DD hos barn med unilateral CP har aldrig varit direkt studerats. Den nuvarande protokollet har utvecklats för att studera kognitiva aspekter på övre extremiteterna kontroll hos barn med unilateral CP med och utan DD. Detta gjordes genom att spela in händelserelaterad potentials (ERP) som utvinns ur den pågående EEG under mål-responsuppgifter ber om en handrörelse svar. ERP-system består av flera komponenter, var och en av dem i samband med en väl definierad kognitiv process (t ex., N1 med tidiga uppmärksamhet processer, N2 med kognitiv kontroll och P3 med kognitiv belastning och mental ansträngning). På grund av dess utmärkta tidsupplösning, ERP-tekniken gör det möjligt att studera flera hemliga kognitiva processer som föregår uppenbara motoriska svar och därmed gör det möjligt inblick i de kognitiva processer som kan bidra till fenomenet DD. Med hjälp av detta protokoll läggs en ny nivå av förklaring till befintliga beteendestudier och öppnar nya vägar till bredare genomförande av forskning på kognitiva aspekter av utvecklings restriktioner för förflyttning hos barn.
Introduction
Cerebral pares (CP) definieras som en grupp av nervsystemets sjukdomar relaterade till förflyttning och hållning försämringar som orsakas av störningar till det utvecklande foster eller spädbarn hjärna 1. Även om dessa nedskrivningar är icke-progressiv, är de förknippade med livslånga funktionshinder 1,2. En av de vanligaste subtyper av CP är ensidig CP, står för mer än en tredjedel av alla fall 3. Det kännetecknas av utpräglade motoriken på ena sidan av kroppen som är ofta mer framträdande i den övre extremiteten 1,3. Bredvid den minskade rörelse kapacitet drabbade övre extremiteterna, flera barn med unilateral CP verkar också misslyckas med att spontant använda återstående kapacitet sin påverkade hand i det dagliga livet 4-8. Detta åsidosättande av återstående kapacitet den drabbade övre extremiteten i unilateral CP har ofta kallats Develop Bortse (DD) 4-11.
innehåll "> Förutom de traditionella förklaringar av DD baserat på beteendeförstärkningsteorier 4, har nyare studier betonat vikten av kognitiva faktorer för att förstå DD 5,9-11. Dessa teorier är baserade på tanken att vissa motoriken hos barn med unilateral CP faktiskt orsakas av dysfunktionella kognitiva processer som är nödvändiga för en framgångsrik målinriktad motorik, snarare än av restriktioner för förflyttning själv. I detta avseende DD har jämförts med fenomenet efter stroke motor försummelse, vilket tyder på visuo-spatial uppmärksamhet underskott 9, 11,12,. Alternativt har det föreslagits att bristen på användning av den drabbade handen under viktiga utvecklingsperioder inte bara påverkar motorisk utveckling, men är också förknippat med en försening på kognitiva processer relaterade till motorik 5, 10.Även om DD har beskrivits utförligt i litteraturen ocholika teorier har betonat möjliga bidrag förändrade kognitiva processer 5,9-11, dessa kognitiva processer relaterade till målinriktad motorik har aldrig varit direkt studerats i unilateral CP. Den nuvarande protokollet har utvecklats för att bedöma kognitiva aspekter som rör övre extremiteterna kontroll hos barn med unilateral CP. Protokollet beskriver användningen av händelserelaterade hjärnpotentialer (ERP) som utvinns ur den pågående EEG under manuella mål-respons uppgifter.
ERP erbjuder en unik möjlighet att mäta neurala svar som är tids låst till olika bearbetningssteg i samband med en öppen respons. Det vill säga, de tillåter att studera olika kognitiva processer relaterade till målinriktad motoriska gensvar, såsom urval svar, förberedelse svar, och svar hämningsprocesser. Dessutom ERP består av flera komponenter, var och en av dem i samband med olika kognitiva processer (t ex., N1 med tidig attention processer, N2 med kognitiv kontroll och P3 med kognitiv belastning och mental ansträngning). På samma sätt, med hjälp av ERP-system under en enkel manuell mål-svars uppgift ger oss möjlighet att direkt studera olika kognitiva processer relaterade till olika stadier av övre extremiteterna kontroll hos barn med unilateral CP med och utan DD bearbetning.
Protocol
Godkännande av olika experiment med denna experimentella designen erhölls från den lokala Etiska kommittén för Samhällsvetenskapliga fakulteten (ECSW) från Radboud University Nijmegen, liksom av den regionala medicinska forskningsetiska kommittén, CMO Arnhem-Nijmegen (Registreringsnummer: 2012 / 049; NL nr .: 39607.091.12).
1. Deltagare
- Omfattar endast barn som diagnostiserats med unilateral CP som diagnostiseras av en medicinsk specialist (dvs, neurolog, barnläkare).
OBS: ERP-protokollet för att bedöma kognitiva aspekter underliggande övre extremiteten motorstyrning har utvecklats för barn med unilateral CP, men är inte begränsad till enbart denna grupp. - Omfattar endast barn äldre än 5 år 10,11.
OBS: Yngre barn kanske inte kan uppmärksamma uppgiften under hela proceduren. - Uteslut barn med svåra syn- och hörselnedsättningar.
NOTERA: Det rekommenderas att inkludera barn som bara har små visuella och auditiva nedskrivningar om de har möjlighet att utföra uppgiften och visar inga skillnader med avseende på svarshastighet eller noggrannhet jämfört med barn som deltar utan synskador. Men eventuella nedskrivningar måste anges i ett senare rapport och eventuellt kontrolleras i de slutliga analyserna. - Slutligen utesluta barn som inte kan följa med uppgift på grund av eventuella kognitiva funktionsnedsättningar och / eller beteendestörningar.
- Före EEG mätningen har en utbildad arbetsterapeut och / eller sjukgymnast bedöma barnen i förhållande till den manuella förmåga (MACS) av de drabbade handen 13 samt eventuell förekomst av DD.
- För att bedöma DD, beräkna ett index som jämför den typiska mängd användning av de drabbade hand och arm under spontana dagliga aktiviteter (prestanda) med kvaliteten på handen / armen skicklighet under ideala förhållanden (kapacitet) 14,15 16. Rekommendation: Använd index som tidigare har använts och helst validerad 14,15. Användningen av VOAA-DDD-R för att bestämma DD rekommenderas starkt, eftersom psykometri för denna uppgift har publicerats 14.
- Eftersom manuell förmåga samt DD kan förändras över tid (t ex. På grund av terapi resultat), schemalägga denna bedömning strax före eller efter EEG mätningen (företrädesvis inom samma vecka).
- Dessutom samla demografiska data för barn (exempelvis., Ålder, kön, medicinering och beslag historia) för att kunna ta dessa variabler hänsyn (t.ex.. Vid att matcha eller tolka resultat).
2. Utveckla Visual Target-respons Task
- Skriv ett manus för det datoriserade visuella mål-svar uppgift. Se Supple kodFiler för ett exempelskript.
- Att presentera de visuella stimuli på en datorskärm, använd en stimulans leverans och experimentell kontrollprogram som är tids exakt nog att skicka tids låsta markörer EEG-signalen när en stimulus presenteras. För registrering av svar, använda en enhet som registrerar tid korrekta (1 ms) knapptryckningar och ger därmed stimulans markörer till EEG datorn (se tabell of Materials).
- För visuella stimuli använda tydliga former presenteras på en vit bakgrund som är lätta att känna igen (exempel former eller enkla föremål) och lätt att skilja (t ex., Som bygger på färg, form, storlek). Rekommenderat är enkla grafiska mönster istället för komplexa stimuli som fotografier.
- Följ rekommendationerna nedan för att utforma ERP experiment för barn. Obs: Designing ERP experiment för barn är ofta utmanande, eftersom barn kan ha en begränsad förmåga att fullfölja till långa upprepade experiment.
- Nuvarande stimuli som är tillräckligt stor för att vara lätt att känna igen med barnet (rekommenderad storlek: 7 x 7 cm).
- Dessutom företrädesvis använda stimuli som är attraktiva för barnen att hålla barnens uppmärksamhet för uppgiften (t.ex. smiley s). Figur 1 visar en experimentell protokoll som kan användas i små barn att studera olika kognitiva processer under enkla handrörelser.
- Se till att innehålla tydligt olika stimuli för höger kontra vänster handrörelse initiering. Detta gör det möjligt att jämföra de olika processteg involverade i förflyttning av både den drabbade och mindre drabbade handen hos barn med unilateral CP. Detta inom individer designen möjliggör deltagande barn att fungera som sin egen kontroll deltagare (påverkas vs. mindre påverkade hand).
- Rekommendation: Presentera stimuli till vänster eller höger sida av skärmen för att respektive inducera vänster eller höger handrörelser. Till control för stimulans lateraliza, inkluderar en bakgrund-stimulus till den andra sidan av skärmen.
- Presentera samma mängd av stimuli till det drabbade som till mindre drabbade sidan. Använd minst 20 repetitioner per stimulans kategori för att möjliggöra utjämning av händelserelaterade potentialer 11. Men se till att längden av experimentet inte överstiger 10 min som barn inte skulle kunna sköta en längre uppgift förfarande. Tidigare ERP studier på barn med CP rapportprotokoll mellan 4,5 och 10 min 10,11,17,18. Om en längre protokoll används, göra det möjligt för barnet att ta en paus efter 10 minuter och fortsätter därefter.
- För inspelning svaren på de presenterade stimuli, ger två stora svarsknapparna (rekommenderas: diameter: 9,5 cm; höjd: 5,5 cm) med mycket låga krav på svars kraft att se till att även barn med betydande restriktioner för förflyttning lätt kan svara.
- ADAPt studien paradigm för att mäta kognitiva processer av intresse och utesluta möjliga alternativa förklaringar till uppgifterna.
- Exempel på experimentell design: cued Go / Nogo Uppgift (Figur 1)
- För en cued go / Nogo uppgift att studera val svar, förberedelse svar samt svarshämning, nuvarande fyra olika typer av visuella stimuli: bakgrund-stimuli (förs som en baslinje mått på visuell stimulans bearbetning), cue-stimuli för vänster och höger sida (genomförts för att studera stimulans urvalsprocesser), gå / målgrupp-stimuli för vänster och höger sida (genomförts för att studera förberedelse svar processer) och Nogo-stimuli för vänster och höger sida (genomförts för att studera svarshämningsprocesser ).
- Rekommendation: Nuvarande bakgrundsT och cue-stimuli för 1000 ms. Nuvarande målarter-stimuli tills ett svar görs. Nuvarande Nogo-stimuli för 1500 ms. Håll inter-stimulus intervall (ISI) mellan Cue och mål / Nogo-stimuli fasta (rekommenderas: 1000 ms). Håll ISI efter varje rätt svar efter mål eller gå stimuli slump (rekommenderas mellan 1000-1500 msek).
- För att undvika confounding kuf aktivitet, nuvarande mål- och Nogo-stimuli på ett equiprobable sätt.
OBS: Även om detta paradigm minskar effekterna av inhibering på Nogo-stimuli 19, gör det en mer direkt jämförelse av ERP som framkallas av både mål- och Nogo-stimuli. - Efter varje rätt svar på en mål-stimulus eller en korrekt hämmad svar på en Nogo-stimulus, presentera någon form av motiverande feedback (t ex. En kort skrattande ljud).
3. Data Acquisition System
OBS: För mätningar med barn en mobil EEG lab rekommenderas starkt. En mobil arbetskraft tillåter genomför studien i en miljö som är bekant för barnet (t.ex.., Skola, rehabiliteringscenter, hem).Om en mobil EEG inställning inte är tillgänglig, se till att barnet är bekväm med testmiljö. Under EEG beredning rekommenderas att ha någon distraktion / underhållning för barn (t.ex.., Tittar på en film).
- Använd två datorer: en presenterar stimuli och en andra dator för att spela in och digitalisera EEG. Ansluta datorerna så att händelsekoder kan sändas till EEG digitalisering dator när en händelse av något slag inträffar (t ex., Stimulus, svar).
- Vid val av elektrod-förstärkarsystemet använda ett aktivt elektrodsystem (rekommenderas) för att minska signalbrusförhållandet.
OBS: Aktiva elektroder förbättrar signal-brusförhållandet, eftersom det första steget av amplifiering genomföres vid stället av elektroden, vilket minimerar effekten av mellanliggande brussignaler. En stor fördel med denna aktiva elektrodsystem är att en elektriskt isolerad kammare är inte nödvändigt under EEG inspelning gör det möjligt attmätning i nästan alla miljöer.- Även med ett aktivt elektrodsystem, vara noga med att inte mäta nära elektriska eller mekaniska anordningar.
- Välj antal elektrod baserade på forskningsfråga och studiepopulationen. En 32-kanals elektrodsystemet (tillsammans med en 32-kanals EEG förstärkare) är tillräcklig för att studera de kognitiva processer relaterade till olika stadier av övre extremiteterna kontroll hos barn bearbetning.
4. elektrofysiologiska inspelningar
- Börja med att rengöra huden på den plats där referenselektrod placeras för att minska impedansen (rekommendation: plats referenselektroden på vänster mastoid ben och en annan aktiv elektrod på rätt mastoid ben för offline åter refererar till länkade mastoids).
- Rengör huden vid referenselektrodplacering genom att försiktigt applicera skrubba grädde för att ta bort döda hudceller och rengör den med alkohol för att avlägsna fet subämnen.
- Dessutom rengör pannan och huden runt ögonen för EOG (elektro oculogram) elektroder (mer information om EOG inspelningar i steg 4.6). Var försiktig när du skrubba ansiktet, kan huden här vara mycket känslig.
- Innan du sätter locket på deltagarnas huvudet, mäta huvudomfång för att bestämma den gemensamma jordbrukspolitiken storlek. För att bestämma omkretsen, placera en måttband runt den bredaste delen av huvudet, strax ovanför öronen.
- Applicera locket med motsvarande storlek och kontrollera om den är i rätt position.
- För att göra detta, mäta avståndet mellan Inion (utbuktande del av pannben på baksidan av skallen) och Nasion (punkt där toppen av näsan möter åsen i pannan) och mellan vänster och höger mellan aurala fördjupningar . Placera Cz elektroden vid exakt 50% av dessa avstånd. Med hjälp av en lock säkerställer att om Cz är korrekt placerad över den centrala vertex, alla andra ELectrodes automatiskt placeras på standardplatserna enligt den internationella 10-20 systemet 20.
- Placera elektroderna enligt International 10-20 systemet 20 genom att använda siffrorna på locket och elektroderna.
- Leta elektroder på fem mittlinjen platser (Fz, FCZ, CZ, Pz och Oz) och 24 sido platser (FP1 / 2, F7 / 8, F3 / 4, FC5 / 6, FC1 / 2, C3 / 4, CP5 / 6, CP1 / 2, P7 / 8, P3 / 4, T7 / 8, O1 / 2) för att tillåta uppskattningar av hårbotten fördelningar för att finna rumslig maxima av ERP-komponenter av intresse under offline databehandling (se figur 2).
- Om referenselektrod placeras på vänster mastoid ben, placera ytterligare en elektrod på rätt mastoid ben för länkade referens inspelning. Placera jordelektroden på AFZ (se Figur 2 för schema över elektrodplacering).
- Fyll elektroderna med ledande gel genom att sticka in en trubbig nål genom elektroderna. Than gel maximerar hudkontakt och fungerar som en formbar förlängning av elektroderna. För att sänka impedansen försiktigt skava huden under elektroden. Var noga med att inte tillämpa alltför mycket ledande gel som gel kan komma i kontakt med gel av en intilliggande elektrod, vilket snedvrider signalen.
- Co-registrera ett EOG att korrigera EEG-signalen för ögonrörelser under offline databehandling.
OBS: Speciellt med barn är det svårt att undvika ögonrörelseartefakter genom undervisning endast. Co-registrering denna EOG signal att därefter korrigera för den elektriska aktiviteten som produceras av ögonen, därför rekommenderas starkt för dessa deltagare.- För detta ändamål placerar EOG elektroder runt barns ögon.
- Som barns hud är väldigt känslig, försök att undvika placering av fyra EOG elektroder. Istället plats endast två EOG elektroder genom att använda en av de aktiva elektroderna under höger öga och en på den yttre burkensålunda av det högra ögat. Vid tillämpning av en okulär korrigering under offline databehandling, använd F7 och FP2 elektroder som referenselektroder för EOG inspelning.
- Håll elektrodimpedansen under 20 kW med hjälp av en impedans mätare samtidigt fästa elektroderna.
OBS: Det rekommenderas att använda ett förstärkningssystem som har detta som en inbyggd funktion. - Använd digitalisering programvara för att digitalisera och spela in EEG-signalen i enlighet med tillverkarens instruktioner. Använd följande rekommenderade inställningar för inspelningen: digitalisera på 1000 prover / sek och online filter mellan 0,016 och 250 Hz.
5. Exekvera Target-svar Task Under EEG-inspelning
- Placera den bärbara eller datorskärmen cirka 40 cm framför barnet. Lokalisera de två röda knapparna bredvid laptop tangentbord, en på höger sida och en på vänster sida. Hålla avståndet mellan knapparna på 30 cm för att undanröja möjlbilitet att fel hand används för att trycka på knappen. Lokalisera barns händer något över de två röda knappar med armbågarna vilande på bordet.
- Instruera barnet att svara så snabbt som möjligt för målgrupp-stimuli genom att trycka på den röda knappen på sidan av målet-stimulus (högra knappen för höger stimulans presentation, vänstra knappen för vänster stimulans presentation). Om Nogo-stimuli ingår, instruera barnet att hämma deras svar när en Nogo-stimulus presenteras.
- Genomföra en kort rättegång session. Kontrollera att alla stimuli som används i experimentet visas åtminstone en gång under denna försöksperiod. Dock hålla denna rättegång session så kort som möjligt (ca 1 min utan onödiga upprepningar) för att förhindra att framkalla trötthet i protokollet.
6. Offline Data Processing
- Behavioral databehandling
- Definiera beteendevariabler (t.ex. fel, REACtions gånger) innan en behandling av EEG-data. Det är viktigt att ERP-data motsvarar de beteendemässiga data (t.ex. att endast försök med korrekta svar används för medelvärdes ERP).
- Rekommendationer: Definiera fel som falska träffar, utelämnanden målgrupp-stimuli (t.ex., svar efter Cue och Nogo-stimuli inom 2000 msek.) (Rekommenderas: inget svar inom 2000 msek) samt felaktiga svar (fel knapp eller båda knapparna trycks samtidigt). Beroende på forskningsfrågan, kan forskarna vill utesluta dessa fel i uppgifterna RT och ERP.
- Elektro databehandling för affärssystem analyser (rekommenderat steg)
OBS: Välj ett analyssystem som är lämpligt för att analysera de uppgifter som syftar till att besvara den specifika frågeställningen. Olika system är bättre lämpade för olika analyser ändamål (t.ex.., ERP analyser vs. frekvens analyser). Det är möjligt att oberoendely programmet denna programvara samt använda ett kommersiellt EEG analyssystem. Instruktionerna nedan är specifika för BrainVision Analyzer. Använda BrainVision Analyzer är bara ett av många alternativ för att analysera ERP-data.- Om ett länkat referens inspelning valdes (referenselektrod placerad på en av de mastoideus ben och en annan aktiv elektrod placerad på den andra mastoid ben), re-referens signalen från varje EEG elektrod till länkade mastoids. Välj kanal placerad på höger mastoid ben som en ny referenskanal och inkluderar implicit hänvisning i beräkningen av den nya referens (Transformationer -> Kanal Preprocessing -> New Reference).
- Applicera en okulär korrigering med hjälp av signal som är inspelad från vertikal och horisontell EOG kanaler (t.ex.., Gratton & Coles 21). Om endast två EOG kanaler användes, använd F7 och Fp2 elektroder som referenselektroder för EOG kanaler (Transformationer -> Ocular Correction).
- Tillämpa ett lämpligt filter (Transformationer -> Data Filtrering -> IIR filter). För ERP-system som registrerats hos barn rekommenderas det att använda en högpassfilter med en cutoff av 0,5 Hz och lågpassfilter som inte överstiger 40 Hz.
- Segment signalen relaterad till de olika stimuli i lika segment epoker som grundar sig på de olika markörlägen (Transformationer -> Analys Segment funktioner -> Segmentering -> Skapa nya segment baserade på en markörposition). För ERP efter presentationen av visuella stimuli använder segment från 250 msek före stimulans till minst 750 ms efter stimulus (rekommenderas). Dessutom utesluta epoker felaktiga prövningar (falska träffar och utelämnanden) med hjälp av Boolean val.
- Detrend signalen för att korrigera för drift i signalen (Transformation -> Analys Segment funktioner -> DC Detrend).
- Applicera en artefakt avvisande att screena varje segment för motoroch okulära artefakter såsom hög frekvens muskelaktivitet och ta bort segment som innehåller artefakter som överstiger ± 150 μV. Rekommendation: använd halvautomatiska läget för att få mer insikt i vilka data tas bort (Transformationer -> Artifact Avslag -> Semiautomatic Segment Selection).
- Applicera en lämplig baslinjekorrigering (Transformationer -> Analys Segment funktioner -> Baseline Correction). Rekommendation: För ERP efter presentationen av visuella stimuli använder en baslinjekorrigering från -250 msek till presentationen av stimulans.
- Genomsnitt segmenten per stimulans typ och handen (påverkas vs. mindre påverkade) (Transformationer -> Analys Segment funktioner -> Genomsnittlig).
- Slutligen menar export amplituder för olika toppar av intresse (Export -> Områdesinformation). Rekommendation: Att tillåta blinda poäng, definiera det genomsnittliga värdet inom en fastställd latens fönster. För att bestämma den lämpliga latens fönstret förstuderade gruppen, hitta maximalt toppen av intresse i grand-genomsnitt ERP av alla barn och definiera ett fönster når 50% av detta värde före och efter toppen. Använd det här fönstret för att exportera den genomsnittliga värde denna komponent fönster för alla enskilda deltagare 22.
- Rekommendation: Eftersom den nuvarande forsknings protokollet är inriktad på att studera skillnader i informationsbehandling och kognitiva förmågor, bland annat uppgifter från mittlinjen elektroder. Endogena komponenter avspeglar skillnaderna i informationshantering och kognitiva förmågor är klart synliga och identifierbara över vertex grund av den utbredda verksamheten och smort hårbotten topografi av signalerna.
OBS: I tidigare studier med detta protokoll, data från Fz, FCZ och Cz elektroder användes för dataanalyser 10,11.
Representative Results
Den beskrivna protokollet har använts i tidigare publicerad forskning som studerat de underliggande kognitiva faktorer som bidrar till fenomenet utvecklings Bortse (DD) hos barn med unilateral cerebral pares (CP) 10,11. Två något olika protokoll har använts i dessa publikationer att särskilja olika kognitiva processer som ingår i ett målinriktat handen svar mot ett mål. I båda artiklarna signifikanta skillnader i kognitiva processer mellan grupperna (DD och noDD) återfanns i reaktion att rikta-stimulus presentation på mittlinjen elektroder (Fz, FCZ, CZ). De representativa resultat visar därför händelserelaterade hjärnpotentialer (ERP) framkallade av målgrupp-stimuli (framkallade i en go / Nogo-uppgift som visas i fig 1) hos barn med unilateral CP med och utan DD. De siffror som presenteras baseras på inspelningar av 24 barn med unilateral CP mellan 5 och 11 år gamla.
Genomsnitt i studierna och deltagare ger en ERP vågform som består av en rad positiva och negativa deformationer. ERP komponenter Figur 3 visar den grand-genomsnitt ERP av 24 barn med unilateral CP som svar på visuella rikt-stimuli (enligt figur 1). Figur 3A visar de stora medelvärdes ERP på FCZ elektrod läge för en detaljerad vy av de olika potentialer. Det visar separata potentialer för stimulans presentation till den drabbade sidan (AS) och de mindre drabbade sidan (LAS). Figur 3B visar representationen av potentialsacross hårbotten. Dessa stora medelvärdes ERP visar den genomsnittliga reaktionen stimuli presenteras för båda sidor, som påverkas (AS) och mindre drabbade sidan (LAS). Stor medelvärden som visas i figurerna 3A och 3B innehålla en tydlig N1 och P2 komponent. I stället för en klassisk P3, en late latens negativ komponent (NC) observeras vid fronto-central hårbotten läge efter målgrupp-stimuli. Detta fronto-central negativa våg hos barn rapporterades tidigare för att vara jämförbar med den klassiska P3 vågen hos vuxna 20 och har vid upprepade tillfällen observerats i mål-responsuppgifter hos barn med unilateral CP 10,11.
Figur 4 visar gruppskillnader i ERP-system mellan barn med unilateral CP med och utan DD Fig. 4A visar grand-genomsnitt ERP för båda grupperna (DD och noDD) och varje sida (påverkas och mindre drabbade sidan) separat. För båda grupperna kan observeras N1 och P2 komponenter samt den sena latens negativ komponent. Emellertid är den negativa vågen i P3-domän signifikant större i DD-gruppen (p <0,05). Vidare kan observeras betydande skillnader mellan amplituden hos N1 komponenten mellan grupper. För statistiskanalyserar de genomsnittliga värden inom fasta latens fönster analyserades. Att skildra signifikanta skillnader, är stapeldiagram som ofta används såsom visas i fig 4B. Att tolka skillnaderna mellan de två grupperna, finns det rikligt litteratur som relaterar varje ERP komponent till en specifik kognitiv funktion. När betydande skillnader grupp finns befintlig litteratur bör användas för lämplig tolkning av innebörden av dessa skillnader. Hur resultaten av dessa representativa resultat har tolkats relaterad till forskningsfrågorna dokumenteras i motsvarande publikationer 10,11.
Förutom de uppgifter som härrör från ERP inspelningar de olika mål-respons uppgifter genererar också beteendemässiga data som kan användas för ytterligare analyser. Reaktionstider (tid från målet presentation till knapptryckning) och fel (till exempel., Försummelser efter mål-stimuli) kan användas som separata ytterligare beroende variabler. När man studerar barn med unilateral CP, skillnader i reaktionstider mellan båda händerna (påverkas vs. mindre påverkade) kan förväntas 10,11 som visas i Figur 5. Men även om skillnader på ERP observeras, är det möjligt att beteende mätningar visar inga skillnader mellan grupperna 10.
En annan möjlighet att med hjälp av reaktionstider och värderingar fel som separata dimensioner är att använda en kombinerad poäng genom att beräkna inversa Effektivitets Scores (IES). IES bestäms av medelvärdet reaktionstiden dividerad med andelen korrekta svar uttrycks i millisekunder 23. Denna metod anses vara särskilt användbar i uppgifter med låg (<10%) felprocent 2 3. Eftersom det nuvarande protokollet tyder mycket enkla mål-responsförfaranden, är en låg felfrekvens förutses och har dokumented i tidigare publicerat arbete 10,11.
Figur 1. Exempel på mål-svars uppgift experimentera lämpar sig för en bred åldersgrupp. Exemplet består av visuella stimuli av par av smiley siffror som presenteras mot en vit bakgrund. Två olika typer av försök visas: target-studier för höger (vänster) och Nogo-prövningar för höger hand (till höger). Båda studierna inkluderar bakgrundsT och Cue stimuli. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Schematisk av elektrodplacering baserad på den internationella 10-20 systemet. De vita elektroderna representerar de tillämpade placement av de 32 aktiva elektroder med länkade mastoid referensplacering och två aktiva elektroder som används för EOG mätning. Den orangefärgade elektroden representerar referenselektrod. Den grå elektroden representerar jordelektroden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3. Representativa stora medelvärdes ERP målgrupp-stimuli. Grand-medelvärdes ERP vågformer av 24 barn med unilateral CP tid låst till mål-stimuli. (A) Grand-genomsnitt ERP på FCZ elektrodposition. Den heldragna linjen representerar ERP följande mål-stimulus presentation till mindre drabbade sidan (LAS). Den streckade linjen representerar ERP följande mål-stimulans presentation på den påverkade sidan (AS). Tids fönstren around maxima av de olika komponenterna av intresse (N1, P2 och P3 / Nc) är markerade. (B) representation av de stora medelvärdes ERP över hårbotten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4. Representativa stora medelvärdes ERP målgrupp-stimuli visar skillnader mellan två grupper. (A) Grand-genomsnitt ERP vågformer av samma 24 barn med unilateral CP som presenteras i Figur 3, tid låst till mål-stimuli. Tolv barn klassificerades ha DD. De blå linjerna representerar ERP av barn med unilateral CP utan DD (noDD, N = 12). De orange linje avser ERP för barn med DD (DD, N = 12). De kontinuerliga linjerna representerarden ERP följande mål-stimulus presentation till mindre drabbade sidan (LAS). De streckade linjerna representerar ERP följande mål-stimulus presentation till den drabbade sidan (AS). De tidsfönster runt maxima av de olika komponenterna av intresse (N1, P2 och P3 / Nc) är markerade. (B) P3 / Nc amplituder (medelvärde ± SEM μV) till mål-stimuli såsom visas i fig 3A. De blå staplarna representerar medelvärden av P3 / Nc amplitud för barn utan DD. De orangefärgade staplarna representerar medelvärden av P3 / Nc amplitud för barn med DD. De klara staplarna representerar resultaten av den mindre drabbade sidan (LAS). De randiga staplarna representerar resultaten av den drabbade sidan (AS). Asterisken indikerar en signifikant (p <0,05) skillnad mellan de båda grupperna om P3 / Nc amplitud. Klicka här för att se en större version av denna figure.
Figur 5. Representativa reaktionstidsdata som visar skillnader mellan drabbade och mindre drabbade handen. Depicted är medelvärden ± SEM. Den grå stapeln visar den genomsnittliga reaktionstiden till mål-stimuli av 24 barn med unilateral CP med sina mindre drabbade handen. Den svarta stapeln visar den genomsnittliga reaktionstiden till mål-stimuli av samma barn med sin påverkade hand. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
I denna artikel presenteras ett protokoll som utvecklats för att direkt bedöma kognitiva processer relaterade till rörelsekontroll under enkla övre benrörelser hos barn med unilateral cerebral pares (CP) och utvecklings Bortse (DD). Ensidig CP är en icke-progressiv neuroutvecklingsstörning som kännetecknas av rörelse underskott på en sida av kroppen, i första hand påverkar den övre extremiteten 1,3. Barn med DD visar ett åsidosättande av bevarade kapaciteten i sin påverkade handen under spontana dagliga aktiviteter 5. Den nuvarande protokollet har utvecklats för att reda ut de relaterade kognitiva mekanismer som kan bidra till fenomenet DD med målet att förbättra befintliga förfaranden rehabilitering för dessa barn. Genom att använda detta protokoll värdefulla nya insikter erhölls om de bakomliggande kognitiva processer relaterade till enkla övre extremiteterna rörelser hos barn med DD 10,11.
Avgörande för detta protocol är användningen av händelserelaterade hjärnpotentialer (ERP) under en mycket lätt körbar mål-respons uppgift. Enkelheten att genomföra uppgiften gör det möjligt att inkludera barn med restriktioner för förflyttning. Inspelning ERP under uppgiften används som ett kraftfullt icke-invasiv neuroimaging teknik som mäter neural aktivitet med en hög tidsupplösning. Med hjälp av detta protokoll gör det möjligt för studier av de kognitiva aspekter som rör olika stadier av övre extremiteterna kontroll hos barn med unilateral CP bearbetning. Som sådan, sträcker den beteendeundersökningar till neurofysiologisk nivå. Dessutom kan protokollet enkelt anpassas genom att presentera olika stimuli (t ex., Cue-stimuli, Nogo-stimuli) eller anpassa stimulans presentation tid samt interstimulans mellanrum. Det är därför möjligt att direkt bedöma olika kognitiva processer som ingår i övre extremiteterna kontroll (t.ex.. Beredningar svar kontra svar inhibition).
Bredvid tanken att vissa motoriken hos barn med unilateral CP faktiskt orsakas av dysfunktionella kognitiva processer, är en möjlig sensorisk underskott 18 en annan viktig aspekt som kan bidra till de observerade motoriken hos barn med DD. På grund av skador på särskilda thalamocortical och corticocortical vägar en del barn med unilateral CP inte få korrekt sensorisk feedback från sina rörelser 24. Detta i sin tur har det föreslagits att leda till en underutnyttjande av den påverkade handen, DD dvs.,. Den nuvarande protokollet inte direkt bedöma detta möjligt sensorisk underskott. För en detaljerad utvärdering av olika sensoriska behandling i barn med rörelsesvårigheter, hänvisar vi till arbete Maitre och Key (2014) 25.
För att säkerställa noggranna och giltiga resultat, finns det några kritiska punkter att tänka på. Innan du startar en EEG experiment, är det först och främst viktigt att förstå den tillhörande limitations av denna teknik. Den relativt dåliga rumslig upplösning samt svårigheten att dra slutsatser subkortikala aktivitet är viktiga frågor att tänka på. Om frågeställningen syftar till neuro-anatomiskt lokalisera specifika processer under övre extremiteterna kontroll, bör alternativa neuroradiologiska metoder övervägas (t ex., (F) MRI). Det bör dock tydligt framgå att de icke-invasivt i EEG liksom möjligheten att använda en mobil arbetskraft för att mäta på platser som är bekanta för barnet erbjuder en enorm fördel jämfört med andra tekniker.
Bredvid den dåliga rumsliga upplösningen i EEG-mätningar är också ofördelaktigt buller som införts genom blinkningar och muskelaktivitet. Särskilt hos barn är det mycket svårt att ge lämpliga instruktioner för att minska dessa artefakter. Det är därför mycket viktigt att använda ett protokoll som håller barnens uppmärksamhet och inte ta för lång tid.
Den nuvarande protocol erbjuder nya empiriska insikter i underliggande kognitiva processer som bidrar till fenomenet DD hos barn med unilateral CP 10,11. Dessa insikter kan vara av högt värde, inte bara för ytterligare förståelse av DD, men också för individualisering av befintliga behandlingar. Dessutom förmåga detta protokoll för att direkt bedöma underliggande kognitiva faktorer i övre extremiteten kontroll kan ge upphov till en möjlig bredare tillämpning för forskning om kognitiva aspekter relaterade till förflyttning utveckling 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).
