EEG מו קצב בפיתוח טיפוסי ולא טיפוסי
Summary
הערכה של קצב mu-EEG מספקת מתודולוגיה ייחודית לבחינת פעילות מוח וכאשר בשילוב עם מבחני מבוססים התנהגותית, יכולה להיות כלי רב עוצמה להבהרת היבטים של קוגניציה חברתית, כגון חיקוי, באוכלוסיות קליניות.
Abstract
Electroencephalography (EEG) הוא שיטה יעילה, יעילה ולא פולשנית של הערכה ורישום פעילות המוח. בהתחשב ברזולוציה של הזמן מצוינת, ה-EEG יכול לשמש כדי לבחון את התגובה העצבית הקשורים להתנהגויות ספציפיות, מדינות, או גירויים חיצוניים. דוגמא לשירות הזה היא ההערכה של מערכת תא מראה (MNS) בבני אדם דרך הבחינה של קצב mu-EEG. קצב mu-EEG, פעילות תנודתית בטווח תדר הרץ 8-12 נרשם מהאלקטרודות במיקום המרכזי, מדוכא, כאשר עוסק בביצוע בודד, או פשוט מציין פעולות, מטרה מכוונת. ככזה, הוא הוצע למשקף פעילות של MNS. זה כבר שיערו כי תפקוד לקוי במערכת תא מראה (MNS) משחק תפקיד תורם בגירעונות החברתיים של הפרעה בספקטרום האוטיסטי (ASD). MNS אז יכול להיות שנבדק noninvasively באוכלוסיות קליניות באמצעות הנחתה קצב mu-EEG כמדד לפעילותה. Prot תארocol מספק שדרת לבחון תפקודים קוגניטיביים חברתיים תיאורטית צמודים לMNS באנשים עם התפתחות טיפוסית ולא טיפוסית, כגון ASD.
Introduction
Electroencephalography (EEG) הוא שיטה יעילה, יעילה ולא פולשנית של הערכה ורישום פעילות המוח. כמו הנוירונים יורים במוח, יכול להיות מוגבר המתח וכתוצאה מכך, נרשם, וצורה גרפית מיוצג. ההחלטה הזמנית של EEG מאפשרת לניתוח אפילו שינויים קצרים בדפוסי התנודה של המוח, כמו גם הניתוח של תגובת המוח לגירויים מסוימים.
למרות היותו טכניקת ההדמיה המוחית העתיקה ביותר, שראשיתה בסוף המאה ה 19, EEG עדיין יש תחולה רחבה היקף. בעוד הדמיה תפקודית בתהודה מגנטית (fMRI) יש רזולוציה מרחבית מעולה, יש לו רזולוציה של זמן עני יחסית. זה מייצג מגבלה העיקרית של הערכת fMRI נתון המהירות המדהימה שבו תהליכים מתרחשים במוח. יש EEG היכולת להעריך את הפעילות מוחית חשמלית ברמה אלפית השנייה, ומספק לי פוטנציאלnsight לשלבים של העיבוד של המוח.
גם טכנולוגיות מתפתחות הרחיבו את תחולתו של ה-EEG. עלייה בצפיפות של מערכות הקלטה אפשרה לפיתוח טכניקות לוקליזציה מקור, מקלים בכמה מהמגבלות של EEG לגבי רזולוציה מרחבית. בנוסף, מערכות מודרניות צמצמו את זמן משתתף ההגדרה באופן משמעותי הבודד, המאפשר להערכה של אוכלוסיות בעבר זמינות, כגון תינוקות ודגימות קליניות 1-3,28-30.
בהתחשב ברזולוציה של הזמן מצוינת, ה-EEG יכול לשמש כדי לבחון את התגובה העצבית הקשורים להתנהגויות ספציפיות, מדינות, או גירויים חיצוניים. דוגמא לשירות הזה היא ההערכה של מערכת תא מראה (MNS) בבני אדם. נוירוני המראה זוהו במקור בקופים באמצעות הקלטת נוירון יחידה 4, המעיד על קבוצהנוירונים שהגיבו לשניהם ביצוע ומעקב של פעולות מוטוריות. שיטת הקלטה ישירה זו של הנחת אלקטרודות במוח מנוצל בבני אדם, ורק במקרים קליניים קשים רק לעתים נדירות. EEG סיפק שיטה להערכת MNS ידי ניטור קצב mu-EEG. דפוס תנודה זו בטווח 8-12 הרץ הוכח להחליש כוח EEG בתגובה להוצאת להורג והתבוננות בפעולות מוטוריות, בדומה לדפוס ההפעלה נצפה בקופים 5-7. בדומה לכך, גירוי של אזורים במוח MNS משוערת באמצעות גירוי המגנטי Transcranial (למשל gyrus הקדמי הנחות) מבטל קצב mu-EEG 8 ודיכוי קצב mu-EEG בקורלציה עם אותות BOLD מfMRI באזורי תא מראה המשוערת בנושאים 9, מתן תמיכה נוספת שהקצב הזה אינדקסים, לפחות בחלקו, פעילות MNS. הערכה של קצב mu-EEG אפשרה להערכה לא פולשנית של מעשה תא המראהivity בבני אדם.
EEG מספק מתודולוגיה ייחודית לבחינת פעילות מוח וכאשר בשילוב עם מבחני מבוססים התנהגותית, זה יכול להיות כלי רב עוצמה להבהרת היבטים של קוגניציה חברתית, כגון חיקוי, באוכלוסיות קליניות. יתר על כן, תחולתו של ה-EEG לשימוש עם אוכלוסיות עם ליקויים קוגניטיביים או שפה מאפשרת לתובנה יכולות של אנשים שעבורם שיטות הדמיה אחרות או פרדיגמות התנהגותיות עשויות להיות פחות בהצלחה לנצל. הפרוטוקול המתואר מספק שדרת לבחון תפקודים קוגניטיביים חברתיים באופן תיאורטי הקשורים במערכת תא המראה באנשים עם התפתחות טיפוסית ולא טיפוסית, כגון הפרעת ספקטרום האוטיזם.
Protocol
Representative Results
Discussion
הרכישה, העיבוד והניתוח המוצלח של נתונים אלקטרו הקשורים לקצב mu והיישום לאוכלוסיות קליניות דורש 1) היישום של כלים מתודולוגיים EEG, 2) גילוי חפץ זהיר וצמצום הנתונים, 3) זיהוי מדויק של קצב mu, ו4) אפיון מדויק של האוכלוסייה וזיהוי של קבוצות בקרה המתאימות הקליניות.
<p class="jove_c…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק מקרן סימונס (SFARI # 89,638 לRB).
Materials
| Geodesic EEG System | EGI | N/A | Any EEG system, not only EGI based systems, is applicable for the described study |
| MATLAB software | MATLAB | N/A | Any mathematical, statistical software that can work with matrices is applicable |
| Netstation software | EGI | N/A | Any EEG acquisition software is applicable for the described study |
| Manipulandum | custom | N/A | Any object that is co-registered with data acquisition software to signal a successful grasp |
References
- Kuhl, P. K., Coffey-Corina, S., Padden, D., Dawson, G. Links between social and linguistic processing of speech in preschool children with autism: behavioral and electrophysiological. 8, (2005).
- McPartland, J., Dawson, G., Webb, S. J., Panagiotides, H., Carver, L. J. Event-related brain potentials reveal anomalies in temporal processing of faces in autism spectrum disorder. J. Child Psychol. Psychiatry. 45, 1235-1245 (2004).
- Bernier, R., Dawson, G., Webb, S., Murias, M. EEG mu rhythm and imitation impairments in individuals with autism spectrum disorder. Brain Cogn. 64, 228-237 .
- Rizzolatti, G., Fadiga, L., Gallese, V., Fogassi, L. Premotor cortex and the recognition of motor actions. Brain Res. Cogn. Brain. 3, 131-141 (1996).
- Muthukumaraswamy, S. D., Johnson, B. W., McNair, N. A. Mu rhythm modulation during observation of an object-directed grasp. Brain Res. Cogn. Brain Res. 19, 195-201 .
- Pineda, J. A. The functional significance of mu rhythms: translating "seeing" and "hearing" into "doing". Brain Res. Brain Res. Rev. 50, 57-68 (2005).
- Vanderwert, R. E., Fox, N. A., Ferrari, P. F. The mirror mechanism and mu rhythm in social development. Neurosci. Lett. 540, 15-20 (2013).
- Keuken, M. C., et al. The role of the left inferior frontal gyrus in social perception: an rTMS study. Brain Res. , 1383-13196 (2011).
- Braadbaart, L., Williams, J. H., Waiter, G. D. Do mirror neuron areas mediate mu rhythm suppression during imitation and action observation. Int. J. Psychophysiol. , 99-105 (2013).
- Rogers, S., Cook, I., Greiss-Hess, L. . Mature Imitation Task. Unpublished coding manual. , .
- Lord, C., Rutter, M., Le Couteur, A. Autism Diagnostic Interview-Revised: a revised version of a diagnostic interview for caregivers of individuals with possible pervasive developmental disorders. J. Autism Disord. 24, 659-685 (1994).
- Lord, C., et al. The autism diagnostic observation schedule-generic: a standard measure of social and communication deficits associated with the spectrum of autism. J. Autism Dev. Disord. 30, 205-223 (2000).
- . American Psychiatric Association (APA). Diagnostic and statistical manual of mental. disorders, Edition. , .
- Gastaut, H. J., Bert, J. EEG changes during cinematographic presentation; moving picture activation. of the EEG. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 6, 433-444 (1954).
- Muthukumaraswamy, S. D., Johnson, B. W. Changes in rolandic mu rhythm during observation of a precision grip. Psychophysiology. 41, 152-156 (2004).
- Chatrian, G. E., Petersen, M. C., Lazarte, J. A. The blocking of the rolandic wicket rhythm and some central changes related to movement. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 11, 497-510 (1959).
- Pfurtscheller, G., Neuper, C., Andrew, C., Edlinger, G. Foot and hand area mu rhythms. Int. J. Psychophysiol. 26, 121-135 (1997).
- Arroyo, S., et al. Functional significance of the mu rhythm of human cortex: an electrophysiologic study with subdural electrodes. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 87, 76-87 (1993).
- Babiloni, C., et al. Human cortical electroencephalography (EEG) rhythms during the observation of simple aimless movements: a high-resolution EEG study. Neuroimage. 17, 559-572 (2002).
- Babiloni, C., et al. Human movement-related potentials vs desynchronization of EEG alpha rhythm: a high-resolution EEG study. Neuroimage. 10, 658-665 (1999).
- Babiloni, C., et al. Transient human cortical responses during the observation of simple finger movements: a high-resolution EEG study. Hum. Brain. 20, 148-157 (2003).
- Cochin, S., Barthelemy, C., Lejeune, B., Roux, S., Martineau, J. Perception of motion and qEEG activity in human adults. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 107, 287-295 (1998).
- Cochin, S., Barthelemy, C., Roux, S., Martineau, J. Observation and execution of movement: similarities demonstrated by quantified electroencephalography. Eur. J. Neurosci. 11, 1839-1842 (1999).
- Cochin, S., Barthelemy, C., Roux, S., Martineau, J. Electroencephalographic activity during perception of motion in childhood. Eur. J. Neurosci. 13, 1791-1796 (2001).
- Martineau, J., Cochin, S. Visual perception in children: human, animal and virtual movement activates different cortical areas. Int. J. Psychophysiol. 51, 37-44 (2003).
- Lepage, J. F., Theoret, H. EEG evidence for the presence of an action observation-execution matching system in children. Eur. J. Neurosci. 23, 2505-2510 (2006).
- Marshall, P. J., Bar-Haim, Y., Fox, N. A. Development of the EEG from 5 months to 4 years of age. Clin. Neurophysiol. 113, 1199-1208 (2002).
- Southgate, V., Johnson, M. H., El Karoui, I., Csibra, G. Motor system activation reveals infants’ on-line prediction of others’ goals. Psychol. Sci. 21, 355-359 (2010).
- Nystrom, P., Ljunghammar, T., Rosander, K., von Hofsten, C. Using mu rhythm desynchronization to measure mirror neuron activity in infants. Dev. Sci. 14, 327-335 (2011).
- Southgate, V., Johnson, M. H., Osborne, T., Csibra, G. Predictive motor activation during action observation in human infants. Biol. , 769-772 (2009).
- Oberman, L. M., et al. EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism spectrum disorders. Brain Res. Cogn. Brain Res. 24, 190-198 (2005).
- Martineau, J., Cochin, S., Magne, R., Barthelemy, C. Impaired cortical activation in autistic children: is the mirror neuron system involved. Int. J. Psychophysiol. 68, 35-40 (2008).
- Oberman, L. M., Ramachandran, V. S., Pineda, J. A. Modulation of mu suppression in children with autism spectrum disorders in response to familiar or unfamiliar stimuli: the mirror neuron hypothesis. Neuropsychologia. 46, 1558-1565 (2008).
- Raymaekers, R., Wiersema, J. R., Roeyers, H. . EEG Study of the Mirror Neuron System in Children with High Functioning Autism. Brain Res. , 113-121 (2009).
- Fan, Y. T., Decety, J., Yang, C. Y., Liu, J. L., Cheng, Y. Unbroken mirror neurons in autism spectrum disorders. J. Child Psychol. Psychiatry. 51, 981-988 (2010).
- Bernier, R., Aaronson, B., McPartland, J. The role of imitation in the observed heterogeneity in EEG mu rhythm in autism and typical development. Brain Cogn. 82, 69-75 (2013).
- Pfurtscheller, G., Lopesda Silva, ., H, F. Event-related EEG/MEG synchronization and desynchronization: basic principles. Clin. Neurophysiol. 110, 1842-1857 (1999).
- Marshall, P. J., Young, T., Meltzoff, A. N. Neural correlates of action observation and execution in 14‐month‐old infants: An event‐related EEG desynchronization study. Dev. Sci. , 474-480 (2011).
- Marshall, P. J., Meltzoff, A. N. Neural mirroring systems: Exploring the EEG mu rhythm in human infancy. Dev. Cogn. Neurosci. , 110-123 (2011).
- Oberman, L., McCleery, J., Hubbard, E., Bernier, R., Pineda, J. Developmental changes in mu suppression to observed actions in individuals with autism spectrum disorders. Soc. Cogn. Affective Neurosci. 8, 300-304 .
