Abstract
Ensidig Cerebral parese (CP) er en neurologisk lidelse, som er en meget almindelig årsag til invaliditet i barndommen. Det er kendetegnet ved ensidige motoriske handicap, der ofte domineres i overekstremiteterne. Ud over en reduceret bevægelser på det angrebne overekstremitet, flere børn med unilateral CP viser en reduceret bevidsthed om den resterende bevægelser på dette led. Dette fænomen af at se bort den bevarede kapacitet påvirkede overekstremitet regelmæssigt omtalt som Developmental Se bort (DD). Forskellige teorier er blevet postuleret for at forklare DD, hver tyder lidt forskellige retningslinjer for behandling. Still, kognitive processer, kan desuden bidrage til DD børn med unilateral CP aldrig blevet direkte undersøgt. Den nuværende protokol blev udviklet til at studere kognitive aspekter involveret i overekstremiteterne kontrol hos børn med unilateral CP med og uden DD. Dette blev gjort ved at optage event-relaterede potentials (Erps) udvundet af den igangværende EEG under mål-respons opgaver beder om en hånd-bevægelse respons. ERP systemer består af flere komponenter, som hver især er forbundet med en veldefineret kognitiv proces (f.eks., N1 med tidlige opmærksomhed processer, N2 med kognitiv kontrol og P3 med kognitive belastning og mental anstrengelse). På grund af sin fremragende tidsmæssig opløsning, ERP teknik gør det muligt at studere flere skjulte kognitive processer forud åbenlyse motoriske reaktioner og dermed giver indsigt i de kognitive processer, der kan bidrage til fænomenet DD. Ved hjælp af denne protokol tilføjer et nyt niveau af forklaring på eksisterende adfærdsmæssige undersøgelser og åbner nye muligheder til den bredere implementering af forskning i kognitive aspekter af udviklingsmæssige begrænsninger for flytning i børn.
Introduction
Cerebral parese (CP) er defineret som en gruppe af neurologiske lidelser relateret til bevægelses- og kropsholdning svækkelser, der skyldes forstyrrelser på at udvikle føtal eller barnehjerne 1. Selvom disse nedskrivninger er ikke-progressive, er de forbundet med livslang handicap 1,2. En af de mest almindelige undertyper af CP er ensidig CP, der tegner sig for mere end en tredjedel af alle tilfælde 3. Det er kendetegnet ved udprægede motoriske mangler på den ene side af kroppen, der ofte er mere fremtrædende i overekstremiteterne 1,3. Ved siden af den reducerede bevægelse kapacitet påvirkede overekstremitet, flere børn med unilateral CP synes også at undlade at spontant bruge den resterende kapacitet på deres afficerede hånd i dagligdagen 4-8. Denne tilsidesættelse af den resterende kapacitet i det berørte overekstremitet i ensidig CP er ofte blevet omtalt som Developmental Se bort (DD) 4-11.
indhold "> Bortset fra de traditionelle forklaringer på DD baseret på adfærdsmæssige forstærkning teorier 4, har nyere undersøgelser understreget betydningen af kognitive faktorer til forståelse DD 5,9-11. Disse teorier er baseret på den idé, at visse motoriske underskud i børn med ensidige CP er faktisk forårsaget af dysfunktionelle kognitive processer, der er nødvendige for en vellykket målrettet motorisk adfærd, snarere end ved de begrænsninger, selv flytning. I denne forbindelse DD er blevet sammenlignet med fænomenet efter slagtilfælde motor forsømmelse, hvilket tyder visuo-rumlige opmærksomhed underskud 9, 11,12. Alternativt er det blevet foreslået, at den manglende anvendelse af de pågældende hånd i kritiske udviklingsperioder ikke kun påvirke motorisk udvikling, men er også forbundet med en forsinkelse på kognitive processer relateret til motorisk adfærd 5, 10.Selv om DD er blevet grundigt beskrevet i litteraturen ogforskellige teorier har understreget det mulige bidrag ændrede kognitive processer 5,9-11, disse kognitive processer i forbindelse med målrettet motorisk adfærd er aldrig blevet direkte undersøgt i ensidig CP. Den nuværende protokol blev udviklet til at vurdere kognitive aspekter vedrørende overekstremiteterne kontrol hos børn med unilateral CP. Protokollen beskriver anvendelse af event-relaterede hjerne potentialer (ERP systemer) udvundet af den igangværende EEG under manuelle mål-respons opgaver.
ERP systemer giver en unik mulighed for at måle neurale reaktioner, der er tid låst til forskellige forarbejdningstrin relateret til en åbenlys respons. Det vil sige, at de gør det muligt at studere forskellige kognitive processer i forbindelse med mål rettet motoriske reaktioner, såsom respons udvælgelse, forberedelse respons og reaktion hæmning processer. Endvidere ERP systemer består af flere komponenter, som hver især er forbundet med forskellige kognitive processer (f.eks., N1 med tidlig attention processer, N2 med kognitiv kontrol og P3 med kognitive belastning og mental indsats). Ligeledes hjælp ERP systemer i løbet af en simpel manuel opgave target-respons gør os i stand til direkte at studere forskellige kognitive processer i forbindelse med forskellige behandling stadier af overekstremiteterne kontrol hos børn med unilateral CP med og uden DD.
Protocol
Godkendelse til forskellige eksperimenter ved hjælp af denne eksperimentelle design blev opnået fra den lokale Etisk Udvalg Det Samfundsvidenskabelige Fakultet (ECSW) fra Radboud University Nijmegen samt af den regionale Medical Research Ethics Committee, den fælles markedsordning Arnhem-Nijmegen (Registreringsnummer: 2012 / 049, NL nr .: 39607.091.12).
1. Deltagere
- Omfatter kun børn, der er diagnosticeret med ensidig CP som diagnosticeret af en speciallæge (dvs. neurolog, børnelæge).
BEMÆRK: ERP-protokollen til at vurdere kognitive aspekter underliggende overekstremitet motorstyring er udviklet til børn med unilateral CP, men er ikke begrænset til kun denne gruppe. - Omfatter kun børn ældre end 5 år 10,11.
BEMÆRK: Yngre børn kan ikke være i stand til at være opmærksom på opgaven under hele proceduren. - Udeluk børn med alvorlige visuelle og auditive funktionsnedsættelser.
NOTE: Det anbefales at omfatte børn, som kun har små visuelle og auditive handicap, hvis de er i stand til at udføre opgaven og viser ingen forskelle med hensyn til respons hastighed eller præcision i forhold til børn, der deltager uden synshandicap. Brug mulige nedskrivninger Dog skal specificeres i en senere rapport og eventuelt kontrolleret i de afsluttende analyser. - Endelig udelukker børn, der ikke er i stand til at overholde til opgaven på grund af mulige kognitive svækkelser og / eller adfærdsforstyrrelser.
- Forud for EEG-målinger, har en uddannet ergoterapeut og / eller fysioterapeut vurdere børn med hensyn til den manuelle evne (MACS) af den påvirkede side 13 samt den mulige tilstedeværelse af DD.
- For at vurdere DD, beregne et indeks sammenligne den typiske mængde af brugen af de berørte hånd og arm under spontane daglige aktiviteter (ydeevne) med kvaliteten af hånd / arm dygtighed under ideelle forhold (kapacitet) 14,15 16. Anbefaling: Brug indeks, der tidligere har været anvendt og helst valideret 14,15. Brugen af VOAA-DDD-R til bestemmelse af DD anbefales, da psykometri af denne opgave er blevet offentliggjort 14.
- Da manuel evne samt DD kan ændre sig over tid (fx. På grund af resultaterne terapi), planlægge denne vurdering, kort før eller efter EEG måling (helst inden for samme uge).
- Desuden indsamle demografiske data for børn (f.eks., Alder, køn, medicin og beslaglæggelse historie) for at være i stand til at tage disse variabler i betragtning (f.eks., Når der matcher grupper eller tolkning resultater).
2. Udvikling Visual Target-respons Opgave
- Skriv et script for edb visuelle opgave target-respons. Se Supplerende kodeFiler til et eksempel script.
- At præsentere de visuelle stimuli på en computerskærm, skal du bruge en stimulus levering og eksperimentel kontrol program, der er tid nøjagtig nok til at sende tid-låst markører til at EEG-signalet, når en stimulus præsenteres. Til registrering reaktioner, bruger en enhed, der registrerer tid nøjagtige (1 ms) knaptryk og leverer relaterede stimulus markører til EEG computeren (se tabel Materialer).
- For visuelle stimuli bruger klare former præsenteres på en hvid baggrund, der er nemme at genkende (eksempler er figurer eller enkle objekter) og let at skelne (f.eks. Baseret på farve, form, størrelse). Anbefalet er enkle grafisk design i stedet for komplekse stimuli som fotografier.
- Følg anbefalingerne nedenfor for at designe ERP eksperimenter for børn. Bemærk: Design ERP eksperimenter for børn er ofte en udfordring, fordi børn kan have en begrænset kapacitet til at overholde til lange gentagne eksperimenter.
- Present stimuli, der er store nok til at være let genkendes af barnet (anbefalet størrelse: 7 x 7 cm).
- Desuden helst bruge stimuli, der er attraktive for børnene at holde børnenes opmærksomhed til opgaven (f.eks smiley s). Figur 1 viser en forsøgsprotokol, der kan bruges i små børn til at studere forskellige kognitive processer under simple håndbevægelser.
- Sørg for at inkludere klart forskellige stimuli til højre vs venstre hånd bevægelse indvielse. Dette gør det muligt at sammenligne de forskellige forarbejdningstrin involveret i bevægelser af både den berørte og den mindre påvirket hånd i børn med unilateral CP. Dette inden for individet design giver de deltagende børn til at tjene som deres egen kontrol deltager (påvirket vs. mindre påvirket hånd).
- Anbefaling: Nuværende stimuli til venstre eller højre side af skærmen for at henholdsvis fremkalde venstre eller højre håndbevægelser. Til at samarbejdentrol for stimulus lateralisering, omfatter en baggrund-stimulus til den anden side af skærmen.
- Præsentere den samme mængde stimuli til det ramte hensyn til mindre påvirket side. Brug mindst 20 gentagelser pr stimulus-kategori for at tillade midling af begivenheden-relaterede potentialer 11. Sikre dog, at længden af eksperimentet ikke overstiger 10 minutter, da børn ikke kan være i stand til at deltage i en længere opgave procedure. Tidligere ERP undersøgelser hos børn med CP rapport protokoller mellem 4,5 og 10 min 10,11,17,18. Hvis der anvendes en længere protokol give barnet at tage en pause efter 10 min og fortsætte bagefter.
- Til optagelse svarene på de præsenterede stimuli, giver to store respons knapper (anbefalet: diameter: 9,5 cm Højde: 5,5 cm) med meget lave respons tvinge krav for at sørge for, at selv børn med betydelige begrænsninger for flytning er let i stand til at reagere.
- ADAPt undersøgelsen paradigme for at måle kognitive processer af interesse og udelukke mulige alternative forklaringer på dataene.
- Eksempel på eksperimentelle design: cued Go / Nogo Opgave (figur 1)
- For en cued go / nogo opgave at studere respons udvælgelse, forberedelse respons samt respons hæmning, nuværende fire forskellige typer af visuelle stimuli: background-stimuli (implementeret som en baseline måling af visuel stimulus behandling), cue-stimuli for venstre og Den højre side (gennemført for at studere stimulus udvælgelsesprocesser), gå / target-stimuli for venstre og højre side (gennemført for at studere forberedelse respons processer) og Nogo-stimuli for venstre og højre side (gennemført for at studere respons hæmning processer ).
- Anbefaling: Nuværende baggrunden-og cue-stimuli til 1.000 ms. Nuværende mål-stimuli, indtil et svar er foretaget. Nuværende Nogo-stimuli til 1.500 ms. Hold inter-stimulus interval (ISI) mellem cue- og target / Nogo-stimuli faste (anbefales: 1.000 ms). Hold ISI efter hver rigtige svar efter mål eller gå stimuli tilfældige (anbefalet: mellem 1.000-1.500 ms).
- For at undgå confounding særling aktivitet, nuværende målret- og Nogo-stimuli på en equiprobable måde.
BEMÆRK: Selvom dette paradigme formindsker virkningerne af inhibering på Nogo-stimuli 19, det giver en mere direkte sammenligning af ERP'er fremkaldt af både målret- og Nogo-stimuli. - Efter hvert korrekt svar på et mål-stimulus eller en korrekt inhiberet reaktion på en Nogo-stimulus, præsentere en form for motiverende feedback (f.eks., En kort latter lyd).
3. Data Acquisition System
BEMÆRK: målinger med børn en mobil EEG lab er stærkt anbefales. En mobil lab tillader udførelse af studiet i et miljø, der er velkendt for barnet (f.eks., Skole, rehabiliteringscenter, hjem).Hvis en mobil EEG opsætning ikke er tilgængelig, skal du sikre, at barnet er tryg ved testmiljø. Det anbefales under EEG forberedelse til at have nogle distraktion / underholdning for barnet (f.eks., Ser en film).
- Brug to computere: en præsentere stimuli og en anden computer til at registrere og digitalisere EEG. Tilslut computere, så event koder kan sendes til EEG digitalisering computer, når en begivenhed af en slags forekommer (f.eks., Stimulus, respons).
- Ved valg af elektroden-forstærker anvender systemet en aktiv elektrode-system (anbefales) for at reducere signal-støj-forholdet.
BEMÆRK: Aktive elektroder forbedre signal-støj-forholdet, fordi det første trin af amplifikation udføres på stedet af elektroden, hvilket minimerer virkningen af mellemliggende støjsignaler. En stor fordel ved denne aktive elektrode er, at en elektrisk isoleret kammer er ikke nødvendigt i EEG-optagelse gør det muligt atmåle i næsten ethvert miljø.- Selv med en aktiv elektrode-system, være forsigtig med ikke at måle tæt på elektriske eller mekaniske anordninger.
- Vælg antallet af elektroderne baseret på forskning spørgsmål, og undersøgelsespopulationen. En 32-kanals elektrode-system (sammen med en 32-kanals EEG-forstærker) er tilstrækkelig til at studere de fleste kognitive processer i forbindelse med forskellige behandling stadier af overekstremiteterne kontrol hos børn.
4. Elektrofysiologiske Optagelser
- Start med at rense huden på den position, hvor henvisningen elektrode placeret til at reducere impedans (anbefaling: sted reference elektrode på venstre mastoidknoglen og en anden aktive elektrode på højre mastoidknoglen offline re-henvisninger til forbundne mastoids).
- Rens huden på referenceelektroden placering ved forsigtigt at anvende krat creme til at fjerne døde hudceller og rense det med alkohol for at fjerne fedtet subholdninger.
- Desuden rengøre panden og huden omkring øjnene for EOG (elektro-oculogram) elektroder (mere information om EOG optagelser i trin 4.6). Vær forsigtig, når skrubbe ansigtet, kan huden her være meget følsom.
- Før du sætter hætten på deltagerne hovedet, måle hovedomkreds at bestemme hætten størrelse. For at bestemme omkredsen, placere en måling tape omkring den bredeste del af hovedet, lige over ørerne.
- Påfør hætten med den tilsvarende størrelse og kontrollere, om det er i den rigtige position.
- For at gøre dette, måle afstanden mellem Inion (udbuling del af nakkebenet på bagsiden af kraniet) og NASION (punkt, hvor den øverste del af næsen møder højderyggen i panden), og mellem venstre og højre interaurale fordybninger . Placer Cz elektroden på præcis 50% af disse afstande. Ved hjælp af en hætte sikrer, at hvis Cz er korrekt placeret over den centrale toppunkt, alle de andre electrodes automatisk placeret ved de standard steder i henhold til den internationale 10-20-systemet 20.
- Placer elektroderne ifølge International 10-20 20 ved hjælp af tallene på hætten og elektroder.
- Find elektroder på fem midterlinjen sites (Fz, FCZ, CZ, Pz og Oz) og 24 laterale steder (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 at tillade vurderinger af hovedbund distributioner til at finde rumlige maksima af ERP komponenter af renter i offline databehandling (se figur 2).
- Hvis referenceelektroden er placeret på venstre mastoidknoglen, placeres en mere elektrode på højre mastoidknoglen for bundet-henvisning optagelse. Placer jordelektroden på AFZ (se figur 2 for skematiske af elektrodeplacering).
- Fyld elektroderne med ledende gel ved at indsætte en stump nål gennem elektroderne. Than gel maksimerer hudkontakt og fungerer som en plastisk forlængelse af elektroderne. For at sænke impedansen, slibe forsigtigt huden under elektroden. Vær omhyggelig med ikke at anvende for meget ledende gel som gel kan komme i kontakt med gel af en tilstødende elektrode, og dermed forvrænge signalet.
- Co-registrere en EOG at korrigere EEG signalet for øjenbevægelser under den offline databehandling.
BEMÆRK: Specielt med børn er det svært at undgå øjenbevægelser artefakter gennem undervisning alene. Co-registrering dette EOG signal til efterfølgende korrigere for den elektriske aktivitet produceret af øjnene, derfor er stærkt anbefales til disse deltagere.- Til dette formål placere EOG elektroder omkring øjnene af børnene.
- Som børns hud er meget følsom, så prøv at undgå placering af fire EOG elektroder. I stedet sted kun to EOG elektroder ved hjælp af en af de aktive elektroder under det højre øje og en på den ydre dåsedermed det højre øje. Ved anvendelsen af en okulær korrektion under offline databehandling, bruge F7 og FP2 elektroder som referencepunkter elektroder til EOG optagelse.
- Hold elektroden impedans under 20 kohm ved hjælp af en impedans meter, mens elektroderne fastgøres.
BEMÆRK: Det anbefales at bruge en forstærkning system, der har dette som en indbygget funktion. - Brug digitalisering software til at digitalisere og optage EEG signal ifølge producentens anvisninger. Brug følgende anbefalede indstillinger til optagelsen: digitalisere ved 1.000 prøver / sek og online filter mellem 0,016 og 250 Hz.
5. Udførelse Target-respons Opgave Under EEG optagelse
- Placer den bærbare computer eller computerskærm ca. 40 cm foran barnet. Find de to røde knapper ved siden af den bærbare computer tastatur, en på højre side og en på den venstre side. Hold afstanden mellem knapperne 30 cm til overflødiggøre Eventueltlitet, at den forkerte hånd bruges til at trykke på knappen. Find børns hænder lidt over de to røde knapper med albuerne hvilende på bordet.
- Instruer barnet til at reagere så hurtigt som muligt til de mål-stimuli ved at trykke på den røde knap på siden af målet-stimulus (højre knap til højre stimulus præsentation, venstre knap til venstre stimulus præsentation). Hvis Nogo-stimuli er inkluderet, instruere barnet til at hæmme deres svar, når en Nogo-stimulus præsenteres.
- Gennemføre en kort retssag session. Sørg for at alle stimuli, der anvendes i forsøget vises mindst en gang i løbet af denne prøvesession. Dog holde denne retssag session så kort som muligt (ca. 1 min uden unødvendige gentagelser) for at forhindre fremkalde træthed senere i protokollen.
6. Offline Data Processing
- Behavioral databehandling
- Definer adfærdsmæssige variabler (fx fejl, Reaction gange) før behandlingen af EEG-data. Det er vigtigt, at ERP data svarer til de adfærdsmæssige data (f.eks, at kun forsøg med korrekte svar anvendes til midlede ERP systemer).
- Anbefalinger: Definer fejl som falske hits, undladelser følgende målrettede-stimuli (f.eks, respons efter cue- og Nogo-stimuli inden 2000 msek.) (Anbefales: intet svar inden for 2.000 ms) samt fejlagtige reaktioner (forkert knap eller begge knapper trykkes samtidig). Afhængig af problemstilling, kan forskerne ønsker at udelukke disse fejl i RT og ERP-data.
- Elektrofysiologisk databehandling for ERP analyser (anbefalede trin)
BEMÆRK: Vælg en dataanalyse system, der er velegnet til at analysere de data, der tager sigte på at besvare det konkrete problemstilling. Forskellige systemer er bedre egnede til forskellige analyser formål (f.eks., ERP analyser forhold til frekvens analyser). Det er muligt at uafhængigely programmet denne software samt anvendelse af et kommercielt EEG analysesystem. Vejledningen nedenfor er specifikke for BrainVision Analyzer. Brug BrainVision Analyzer er kun én ud af mange muligheder for at analysere ERP-data.- Hvis en sammenkædet-henvisning optagelsen er valgt (referenceelektrode placeret på et af mastoid knogler og et andet aktive elektrode anbragt på det andet mastoidknoglen), re-reference signal for enhver EEG elektrode forbundet mastoids. Vælg den kanal, placeret på højre mastoidknoglen som en ny henvisning kanal og omfatter den implicitte reference i beregningen af den nye reference (Transformationer -> Kanal Forbehandling -> Ny reference).
- Påfør en okulær korrektion ved hjælp af signalet optaget fra lodret og vandret EOG-kanaler (f.eks., Gratton & Coles 21). Hvis der blev anvendt kun to EOG-kanaler, skal du bruge F7 og FP2 elektroder som referenceelektroder for EOG kanaler (Transformationer -> Ocular Correction).
- Anvend en passende filter (Transformationer -> Data Filtrering -> IIR filtre). For ERP systemer optaget hos børn anbefales det at anvende et højpasfilter med en afskæring på 0,5 Hz og en lavpasfilter, der ikke overstiger 40 Hz.
- Segment signalet relateret til de forskellige stimuli i lige segment epoker baseret på forskellige markør positioner (Transformations -> Segment Analyse Funktioner -> Segmentering -> Opret nye segmenter baseret på en markør position). For ERP systemer efter præsentationen af visuelle stimuli bruger segmenter fra 250 ms før stimulus indtil mindst 750 ms efter at stimulus (anbefales). Desuden udelukker de epoker forkerte forsøg (falske hits og udeladelser) ved hjælp af booleske valg.
- Detrend signalet for at korrigere for driver i signalet (Transformation -> Segment Analyse funktioner -> DC Detrend).
- Påfør en artefakt afvisning at screene hvert segment til motorog okulære artefakter såsom høj frekvens muskel aktivitet og fjern segmenter indeholder artefakter overstiger ± 150 μV. Anbefaling: Brug halvautomatisk tilstand at have mere indsigt i, hvad data er fjernet (Transformationer -> Artifact Afvisning -> Halvautomatisk Segment Selection).
- Påfør en passende baseline korrektion (Transformationer -> Segment Analyse Funktioner -> Baseline Correction). Anbefaling: For ERP systemer efter præsentationen af visuelle stimuli bruger en baseline korrektion fra -250 ms indtil præsentationen af stimulus.
- Gennemsnittet af segmenterne pr stimulus type og hånd (påvirket vs. mindre påvirket) (Transformations -> Segment Analysis funktioner -> Gennemsnit).
- Endelig eksport betyder amplituder til forskellige toppe af interesse (Eksport -> Area Information). Anbefaling: For at tillade blinde scoring, definere det gennemsnitlige værdi inden for et fast latenstid vindue. For at bestemme den passende ventetid vindue tilstuderede gruppe, finde maksimum af toppen af interesse i grand-gennemsnit ERP systemer af alle børn og definere et vindue nå 50% af denne værdi før og efter toppen. Brug dette vindue til at eksportere den gennemsnitlige værdi af denne komponent vindue for alle individuelle deltagere 22.
- Anbefaling: Da den nuværende forskning protokollen er rettet mod at studere forskelle i informationsbehandling og kognitive evner, omfatter data fra midterlinjen elektroder. Endogene komponenter afspejler forskelle i informationsbehandling og kognitive evner er klart synlige og identificerbare over toppunktet på grund af den udbredte aktivitet og smurt hovedbund topografi af signalerne.
BEMÆRK: I tidligere undersøgelser ved hjælp af denne protokol, data fra Fz, FCZ, og Cz elektroder blev anvendt til dataanalyser 10,11.
Representative Results
Den beskrevne protokol er blevet anvendt i tidligere offentliggjorte forskning, der studerede de underliggende kognitive faktorer, der bidrager til fænomenet Developmental Se bort (DD) hos børn med unilateral cerebral parese (CP) 10,11. To lidt forskellige protokoller er blevet anvendt i disse publikationer at udrede forskellige kognitive processer, der er involveret i et mål-rettet hånd reaktion mod et mål. I begge artikler blev fundet signifikante forskelle i kognitive processer mellem grupper (DD og NODD) som reaktion at målrette-stimulus præsentation på midterlinjen elektroder (Fz, FCZ, CZ). De repræsentative resultater viser derfor event-relaterede hjerne potentialer (ERP systemer) fremkaldt af target-stimuli (fremkaldt i en go / Nogo-opgave, som vist i figur 1) hos børn med unilateral CP med og uden DD. Tallene er baseret på optagelser af 24 børn med unilateral CP mellem 5 og 11 år.
Gennemsnit på tværs forsøg og deltagere producerer et ERP bølgeform, der består af en række positive og negative nedbøjninger:. ERP komponenter Figur 3 viser den grand-gennemsnit ERP systemer på 24 børn med unilateral CP som reaktion på visuelle mål-stimuli (som beskrevet i figur 1). Figur 3A viser de store-gennemsnit ERP systemer på FCZ elektrode position for en detaljeret visning af de forskellige potentialer. Det viser separate potentialer for stimulus præsentation til den ramte side (AS) og i mindre grad gribe side (LAS). Figur 3B viser gengivelsen af potentialsacross hovedbunden. Disse grand-gennemsnit ERP systemer viser den gennemsnitlige reaktion på stimuli præsenteret for begge sider, den ramte (AS) og mindre påvirket side (LAS). Grand-gennemsnit, der er vist i figur 3A og 3B indeholder en klar N1 og P2 komponent. I stedet for en klassisk P3, en late latens negativ komponent (NC) er observeret ved fronto-centrale hovedbund stilling efter mål-stimuli. Denne fronto-centrale negative bølge i børn blev rapporteret tidligere at være sammenlignelig med den klassiske P3 bølge i voksne 20 og har gentagne gange blevet observeret i mål-respons opgaver i børn med ensidig CP 10,11.
Figur 4 viser gruppe forskelle i ERP systemer mellem børn med unilateral CP med og uden DD. Figur 4A viser grand-gennemsnit ERP systemer for begge grupper (DD og NODD) og hver side (berørt og mindre påvirket side) separat. For begge grupper N1 og P2 komponenter samt den sene ventetid negative komponent kan overholdes. Men den negative bølge i P3-domænet er betydeligt større i DD-gruppen (p <0,05). Endvidere kan observeres betydelige forskelle mellem amplituden af N1 komponenten mellem grupperne. Til statistiskanalyserer de midlede værdier i faste latency vinduer blev analyseret. At skildre signifikante forskelle, er søjlediagrammer, der ofte anvendes som vist i figur 4B. At fortolke forskellene mellem de to grupper, der er rigeligt litteratur, der relaterer hver ERP-komponent til en specifik kognitiv operation. Når der findes betydelige forskelle gruppe eksisterende litteratur bør anvendes til passende fortolkning af betydningen af disse forskelle. Hvordan resultaterne af disse repræsentative resultater er blevet fortolket relateret til de forskningsspørgsmål er dokumenteret i de tilsvarende publikationer 10,11.
Ud over de data fra ERP-optagelser, de forskellige mål-respons opgaver også generere adfærdsmæssige data, der kan bruges til yderligere analyser. Reaktionstider (tid fra målet præsentation til knaptryk) og fejl (f.eks., Udeladelser efter mål-stimuli) kan anvendes som separate yderligere afhængige variable. Når man studerer børn med unilateral CP, forskelle i reaktionstider mellem begge hænder (berørte vs. mindre påvirket) kan forventes 10,11 som vist i figur 5. Men selv hvis der observeres forskelle på ERP systemer, er det muligt, at adfærdsmæssige målinger viser ingen forskelle mellem grupperne 10.
En anden mulighed for at bruge reaktionstider og fejl scoringer som separate dimensioner er at bruge en kombineret score ved at beregne den inverse Efficiency Scores (er). IES bestemmes af den gennemsnitlige reaktionstid divideret med andelen af korrekte svar udtrykt i millisekunder 23. Denne metode anses for at være særligt nyttigt i opgaver med lav (<10%) fejlprocenter 2 3. Da den nuværende protokol tyder meget let mål-respons procedurer, er en lav fejlprocent forventet og har været dokumented i tidligere offentliggjorte arbejde 10,11.
Figur 1. Eksempel på en opgave target-respons eksperimentere egnet til en bred aldersgruppe. Eksemplet består af visuelle stimuli af par af smiley tal mod en hvid baggrund. To forskellige typer af forsøg er vist: target-studier til højre hånd (venstre) og Nogo-forsøg til højre hånd (højre). Begge forsøg omfatter baggrunden-og cue- stimuli. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Skematisk af elektrodeplacering baseret på det internationale 10-20-systemet. De hvide elektroder repræsenterer de anvendte placement af de 32 aktive elektroder med knyttet mastoid henvisning placering og to aktive elektroder bruges til EOG måling. Den orange elektrode udgør referenceelektroden. Det grå elektrode repræsenterer jordelektroden. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Repræsentative grand-gennemsnit ERP systemer følgende målrettede-stimuli. Grand-gennemsnit ERP bølgeformer af låste at målrette-stimuli 24 børn med unilateral CP tid. (A) Grand-gennemsnit ERP systemer på FCZ elektrode stilling. Den optrukne linje svarer til ERP systemer følgende mål-stimulus præsentation for mindre påvirket side (LAS). Den stiplede linie repræsenterer ERP systemer efter mål-stimulus præsentation til den ramte side (AS). De tidsvinduer around den maksima for de forskellige komponenter af interesse (N1, P2, og P3 / NC) er fremhævet. (B) Repræsentationen af de grand-gennemsnit ERP systemer på tværs af hovedbunden. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. Repræsentative grand-gennemsnit ERP systemer følgende målrettede-stimuli viser forskelle mellem to grupper. (A) Grand-gennemsnit ERP bølgeformer af de samme 24 børn med unilateral CP som beskrevet i figur 3, tid låst til at målrette-stimuli. Tolv børn blev klassificeret som havende DD. De blå linier repræsenterer ERP'er af børn med unilateral CP uden DD (NODD, N = 12). De orange linjer repræsenterer ERP'er for børn med DD (DD, N = 12). De kontinuerlige linier repræsentererden ERP systemer følgende mål-stimulus præsentation for mindre påvirket side (LAS). De stiplede linier repræsenterer ERP systemer efter mål-stimulus præsentation til den ramte side (AS). De tidsvinduer omkring maksima for de forskellige komponenter af interesse (N1, P2, og P3 / NC) er fremhævet. (B) P3 / Nc amplituder (gennemsnit ± SEM μV) for at målrette-stimuli som afbildet i figur 3A. De blå søjler repræsenterer de gennemsnitlige værdier af P3 / Nc amplitude for børn uden DD. De orange søjler repræsenterer middelværdierne for P3 / Nc amplitude for børn med DD. De klare søjler repræsenterer resultaterne af mindre påvirket side (LAS). De stribede søjler repræsenterer resultaterne af den ramte side (AS). Stjernen angiver en signifikant (p <0,05) forskel mellem de to grupper med hensyn til P3 / Nc amplitude. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5. Repræsentative reaktionstid data viser forskelle mellem berørte og mindre påvirket hånd. Afbildet er middelværdier ± SEM'er. Den grå bjælke viser den gennemsnitlige reaktionstid til at målrette-stimuli af 24 børn med unilateral CP med deres mindre påvirket hånd. Den sorte linje viser den gennemsnitlige reaktionstid til at målrette-stimuli af de samme børn med deres berørte hånd. Klik her for at se en større version af dette tal.
Discussion
Denne artikel præsenterer en protokol udviklet til direkte at vurdere kognitive processer relateret til bevægelseskontrol under simple øverste benbevægelser hos børn med unilateral cerebral parese (CP) og Developmental Se bort (DD). Ensidig CP er en ikke-fremadskridende neurologisk lidelse, der er karakteriseret ved bevægelse underskud på den ene side af kroppen, primært påvirker overekstremiteterne 1,3. Børn med DD viser en tilsidesættelse af den bevarede kapacitet deres ramte hånden under spontane daglige aktiviteter 5. Den nuværende protokol blev udviklet til at optrævle de relaterede kognitive mekanismer, der kan bidrage til fænomenet DD med det mål at forbedre eksisterende rehabilitering procedurer for disse børn. Ved at bruge denne protokol værdifulde nye indsigter blev opnået om de underliggende kognitive processer i forbindelse med simple øverste benbevægelser hos børn med DD 10,11.
Kritisk til denne protocol er brugen af event-relaterede hjernepotentialer (ERP'er) i en meget let eksekverbar opgave target-respons. Enkelheden i udførelse af opgaven giver mulighed for optagelse af børn med begrænsninger for flytning. Optagelse ERP systemer i løbet af opgaven anvendes som en kraftig ikke-invasiv teknik Neuroimaging der måler neurale aktivitet med en høj tidsmæssig opløsning. Brug af denne protokol giver mulighed for undersøgelse af de kognitive aspekter distinkte behandling stadier af overekstremiteterne kontrol hos børn med unilateral CP. Som sådan, det strækker sig adfærdsmæssige undersøgelser til neurofysiologisk niveau. Desuden kan protokollen let tilpasses ved at præsentere forskellige stimuli (f.eks., Cue-stimuli, Nogo-stimuli) eller tilpasning af stimulus præsentation tid samt inter-stimulus intervaller. Det er derfor muligt at direkte vurdere forskellige kognitive processer involveret i overekstremiteterne kontrol (f.eks., Præparater respons vs. respons hæmning).
Ved siden af tanken om, at visse motoriske underskud i børn med unilateral CP faktisk er forårsaget af dysfunktionelle kognitive processer, et andet vigtigt aspekt, der kan bidrage til de observerede motoriske underskud i børn med DD er en mulig sensorisk underskud 18. På grund af skade på bestemte, thalamus og corticocortical veje nogle børn med unilateral CP modtager ikke nøjagtig sensorisk feedback fra deres bevægelser 24. Dette har været foreslået at føre til en underudnyttelse af den påvirkede side, dvs.., DD. Den nuværende protokol ikke direkte vurdere denne mulige sensoriske underskud. For detaljeret vurdering af forskellige sensoriske forarbejdning i børn med bevægelse handicap henvises til arbejdet i Maitre og Key (2014) 25.
For at sikre nøjagtige og gyldige resultater, der er et par kritiske punkter at huske på. Før du starter en EEG eksperiment, er det først og fremmest vigtigt at forstå den tilhørende limitations af denne teknik. Den relativt ringe rumlig opløsning samt vanskeligheden ved at udlede subcortical aktivitet er vigtige spørgsmål at overveje. Hvis forskningsspørgsmål er rettet mod neuro-anatomisk lokalisere specifikke processer i løbet af overekstremiteterne kontrol, bør alternative Neuroimaging metoder overvejes (f.eks., (F) MRI). Dog bør det klart fremgå, at den manglende invasiv af EEG samt muligheden for at anvende en mobil lab til at måle på steder, der er velkendte for barnet tilbyder en enorm fordel i forhold til andre teknikker.
Ved siden af den dårlige rumlig opløsning på EEG-målinger, støjen indført ved blinker, og muskel aktivitet er også en ulempe. Især hos børn er det meget svært at give relevante instruktioner for at reducere disse artefakter. Det er derfor meget vigtigt at anvende en protokol, der holder børns opmærksomhed og ikke tage for lang tid.
Den nuværende protocol tilbyder nye empiriske indsigter i de underliggende kognitive processer, der bidrager til fænomenet DD hos børn med ensidig CP 10,11. Disse indsigter kan være af stor værdi, ikke kun for yderligere forståelse af DD, men også for at individualisere de nuværende terapier. Endvidere at evnen til denne protokol direkte vurdere underliggende kognitive faktorer af overekstremiteterne kontrol kunne give anledning til en mulig bredere implementering for forskning i kognitive aspekter i forbindelse med udviklingen bevægelse i børn.
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).
