EEG-metoder tillämpas för att extrahera biomarkörer för hjärnandysfunktioner. Fokus ligger på händelserelaterade potentialer med flera kanaler som registrerats i en cued GO/NOGO-aktivitet. Icke-hjärnartefakter korrigeras och ERPs jämförs med normativa data. Exempel avser biomarkörer för ADHD-diagnos och förutsägelse av medicinering svar.
Neuropsykiatriska diagnoser som ADHD är baserade på subjektiva metoder som intervjuer, betygsskalor och observationer. Det finns ett behov av mer hjärnbaserade kosttillskott. Stimulerande läkemedel är den vanligaste behandlingen för ADHD. Kliniskt användbara prediktorer för svar har hittills inte rapporterats. Syftet med detta dokument är att beskriva EEG-baserade metoder vi tillämpar för att extrahera potentiella biomarkörer för hjärndysfunktion. Exempel avser biomarkörer för pediatrisk ADHD, och förutsägelse av medicinering svar. Tyngdpunkten ligger på händelserelaterade potentialer.
En nitton kanal EEG registreras under en 3 min ögon-öppnade uppgift, en 3 min ögonslutna uppgift, och en 20 min cued visuella GO / NOGO uppgift (VCPT). ERPs registreras under den här aktiviteten. Målet med ERP-protokollet är att extrahera biomarkörer för förmodade hjärndysfunktioner som avsevärt skiljer mellan en patientgrupp och friska kontroller. Protokollet omfattar inspelning under standardförhållanden och artefaktkorrigering. ERP-vågor kan användas eller omvandlas till latenta komponenter. Komponenterna i patientgruppen jämförs med kontroller, empatikomponenter som, jämfört med jämförda, uppvisar relativt högeffektsstorlekar. Undergrupper av patienterna väljs på grundval av klusteranalysen inom komponenternas utrymme. Behandlingsförfarande (såsom medicinering, tDCS eller neurofeedback protokoll) kan tillämpas och förändringar i komponenter relaterade till behandling i undergrupperna observeras, utgör grunden för kliniska rekommendationer.
De metoder som beskrivs tillämpades i en studie av 87 pediatriska ADHD-patienter. Indexet för medicinering svar diskriminerade betydligt mellan responders och icke-responders med en stor, och kliniskt meningsfull effekt storlek (d = 1,84). I en pågående studie där ADHD-barn jämförs med matchade kontroller diskriminerar flera variabler signifikant mellan patienter och kontroller. Det globala indexet kommer att överstiga d = 0,8. De EEG-baserade metoder som beskrivs här kan vara kliniskt meningsfulla.
Under 2008, initierat av NIMH, publicerades projektet Research Domain Criteria (RDoC)1, i syfte att hitta ett biologiskt giltigt ramverk för förståelsen av psykiska störningar. I 2013, Us Food and Drug Administration (FDA) godkänt den första EEG-baserade biomarkör av ADHD för att bedöma ADHD hos patienter från 6 till 17 år. Det neuropsykiatriska EEG-baserade bedömningsstödet (NEBA) registrerar EEG i 15-20 min. Det är baserat på uträkningen av theta / beta förhållandet visar sig vara högre hos barn och ungdomar med ADHD än i typiskt utveckla barn2. Nyligen genomförda publikationer tycker att detta förhållande inte fångar alla ADHD3.
Ett stort antal publikationer inom klinisk neurovetenskap visar att nedsatt kognitiv kontroll representerar ett vanligt inslag i många psykiska störningar, inklusive ADHD, schizofreni, depression och OCD4,5. Teoretiskt består kognitiv kontroll av hypotetiska operationer som gör det möjligt för människor att anpassa flexibelt till mål och sammanhang. Två olika kategorier av kognitiv kontroll, proaktiv och reaktiv kontroll, har beskrivits6. Vårt primära fokus ligger på det reaktiva läget för kognitiv kontroll. Proaktiv kognitiv kontroll inkluderar arbetsminne (dvs. upprätthålla sensoriska och motoriska händelser i sekunder). Reaktiv kognitiv kontroll omfattar övervakning, detektion av konflikt7,,8, och åtgärdhämning (för granskning se9,10).
GO/NOGO-paradigmet är känsligt för kognitiv kontroll11,12,13,14,15. GO stimuli framkalla positiva fluktuationer från parietal hjärnområden. (P3 GO). De främre distribuerade positiva N2- och P3 NOGO-vågorna, som framkallas av NOGO stimuli, är förknippade med upptäckt av konflikt- och åtgärdshämning16,17,18,19. N2 vågen har förståtts som en indikator på hämning av åtgärder, men uppdaterad forskning visar att N2 vågen är associerad med sällsynta GO stimuli och upptäckt av konflikt20. Åtgärdhämning är kopplad till P3 NOGO-vågen vid frontcentraler.
N2/P3 dikotomi kanske inte är korrekt. Det har ifrågasatts av en uppfattning att ERP vågor, särskilt de som representerar kognitiv kontroll, är summor av flera källor som kan överlappa på platser och tid14,21.
För att skilja källorna till ERP vågor, flera metoder för blind källa separation har använts15,22,23,24. I studier vid Institutet för den mänskliga hjärnan, St Petersburg, N2d NOGO våg har förmultnat. Dolda komponenter upptäcktes. Dessa komponenter hade distinkta kretsmönster och funktionella betydelser. Endast en av dem var associerad med upptäckt av konflikt14,15,25,26. I de flesta vuxna studier av ADHD, P3 NOGO är mindre i jämförelse med matchade friska kontroller27,28,29,30,31,32.
Hjärnan operationer som äger rum under uppgifter kognitiv kontroll verkar inte vara korrekt förklaras av N2/P3 dikotomi när ERPs i GO / NOGO paradigm analyseras14,15. Flera metoder som syftar till att skilja dolda komponenter från ERP vågor har använts (för granskning se21). Vissa studier har använt oberoende komponentanalys (ICA) för ERPs i patientgrupper som patienter med schizofreni29, och vuxna med ADHD33,34, försöker diskriminera patienter från kontroller utan diagnoser.
I (Yeredor, 2010,25 p.75) föreslås och anpassas en ny metod för erp. Det är en metod för blind källseparation, baserad på ett förfarande för gemensam diagonalisering av korsvariansmatriser. För att studera de funktionella betydelserna av sådana latenta komponenter som tillämpar denna metod i cued GO / NOGO paradigm, en studie från Institute of the Human Brain genomfördes nyligen26. I denna studie manipulerades åtgärdshämningsåtgärderna och konfliktdetekteringsoperationerna oberoende av ändringar av go/NOgo-uppgiften. En dold komponent, som tros återspegla upptäckt av konflikter, hittades. En N2-liknande respons och fronttopografi kännetecknas denna komponent35. I försök som kräver hämning av förberedda åtgärder sågs en central topografi och P3-liknande svar.
I denna publikation har de rapporterade studierna använt den traditionella ERP-metoden. Tillämpningen av ICA, eller förfarandet för gemensam diagonalisering av korsvariansmatriser25 (sidan 75) har hittills inte gjorts. I allmänhet, resultaten bygger på de olika metoderna håller med varandra, men metoderna för att upptäcka latenta komponenter verkar vara mer rent förknippade med distinkta neuropsykologiska funktioner. Syftet med detta dokument är att erbjuda en detaljerad beskrivning av WinEEG-metoden. Fokus ligger på ERPs, men EEG-spektra och beteendedata från GO/NOGO-uppgiften ingår också i de studier som beskrivs för att illustrera WinEEG-metoden.
Diagnoser inom psykiatrin bygger på observerat beteende. I de flesta fall måste ett visst antal symtom observeras i olika inställningar i 6 månader eller mer. En viktig del av diagnosprocessen är att utesluta somatisk etiologin. Dessutom måste andra psykiatriska diagnoser övervägas. Ganska ofta symptomen av intresse kan vara en del av en annan diagnostisk kategori. Om flera symtom överlappar andra sjukdomar måste prövningsläkaren avgöra om denna andra sjukdom är en komorbid eller differentialdiagnos.
De kliniska verktyg som finns tillgängliga är diagnostiska intervjuer, betygsskalor, medicinsk och utvecklingshistoria, psykologiska tester och direkta observationer. De flesta av dessa metoder är ganska subjektiva; starkt påverkad av uppgiftslämnaren och den professionella. Betygsskalor från föräldrar och lärare visar vanligtvis ganska blygsamma korrelationer (r = 0,3 – 0,5).
I de representativa resultaten hävdar vi att de underliggande mekanismerna i ADHD förmodligen skiljer sig från patient till patient. Brist på (språk) förståelse, problem med självmotivation, känslighet för externa distraktorer, etc. kan alla leda till symtom på ouppmärksamhet. De EEG-baserade metoder som beskrivs i detta dokument kan hjälpa till att lösa några av dessa utmaningar. Problemet med subjektiva tolkningar saknas. De erp-metoder som beskrivs verkar avslöja underliggande psykologiska operationer som arbetsminne, åtgärdhämning, övervakning, responsberedning, etc. med specifika hjärnstrukturer. Underskotten i dessa mekanismer är inte begränsade till specifika diagnostiska kategorier. Vi tror att i framtiden, behandling (medicinering, neurofeedback, kognitiv träning, tDCS, …) kommer att fokusera på sådana kognitiva och /eller känslomässiga operationer och deras underliggande hjärnan mekanismer och inte på de nuvarande diagnostiska kategorierna.
Ett syfte med en diagnos är att bestämma de bästa behandlingarna. För att utvärdera effekterna av behandling är självrapporterade och observerade förbättringar naturligtvis avgörande. Sådana rapporter kan till viss del representera placeboeffekter, dock, och bör stödjas av (partiell) normalisering av underliggande hjärndysfunktioner återspeglas i till exempel förändringar i ERP komponenter. Denna kombination av subjektiva och objektiva mått på behandlingseffekter är viktig i både klinik och forskning.
Av skäl som de som nämns ovan är det ingen överraskning att personer med samma diagnoser ofta inte svarar på samma medicinska behandlingar. I personlig medicin diagnoser kompletteras med empiriskt baserade mått på svar förutsägelse för att precisera den bästa behandlingen för den enskilda patienten. I detta dokument har vi beskrivit vår forskning om förutsägelse av stimulerande medicinering svar i pediatrisk ADHD. Att hitta tillförlitliga prediktorer för positiv respons på antidepressiv medicin är kanske ännu viktigare eftersom den tid som behövs för att utvärdera svaren är lång, liksom titreringsperioden. De förfaranden som beskrivs i detta dokument kan bidra till den pågående EEG och ERP baserad forskning på förutsägelse av medicinering effekter i depression53.
De EEG-baserade metoder som beskrivs är icke-invasiva och prisvärda, och väl lämpade för forskning samt för kliniskt arbete.
The authors have nothing to disclose.
Ingen.
amplifier + | www.mitsar-medical.com | ||
Body harness, different sizes | Electro-Cap International, Inc | E3 SM; E3 M; E3 L | |
Ear electrodes 9 mm sockets | Electro-Cap International, Inc | E5-9S | |
Electrocaps 19 channel different sizes | Electro-Cap International, Inc | E1 SM; E1 M; E1 M/SM | |
Electrocaps 19 channel different sizes | Electro-Cap International, Inc | E1 L/M; E1 L | |
Electrogel for electrocaps | Electro-Cap International, Inc | E9; E10 | |
HBi database | www.hbimed.com | ||
Head size measure band | Electro-Cap International, Inc | E 12 | |
Needle syringe kit | Electro-Cap International, Inc | E7 | |
Nuprep EEG and ECG skin prep gel | Electro-Cap International, Inc | R7 | |
Ten20 EEG conductive paste | Electro-Cap International, Inc | R5-4T | |
WinEEG program | www.mitsar-medical.com |