EEG Mu rythme dans le développement typique et atypique
Summary
Évaluation du rythme EEG mu fournit une méthodologie unique pour examiner l'activité cérébrale et lorsqu'il est combiné avec des analyses basées comportemental, peut être un outil puissant pour élucider certains aspects de la cognition sociale, tels que l'imitation, dans les populations cliniques.
Abstract
L'électroencéphalographie (EEG) est une méthode efficace, efficace, et non invasive d'évaluation et enregistrement de l'activité cérébrale. Compte tenu de l'excellente résolution temporelle, EEG peut être utilisé pour examiner la réponse neuronale liée à des comportements spécifiques, états, ou des stimuli externes. Un exemple de cet utilitaire est l'évaluation du système des neurones miroirs (MNS) chez l'homme à travers l'examen du rythme EEG mu. Le rythme EEG mu, l'activité oscillatoire dans la gamme de fréquence 8-12 Hz enregistrées par des électrodes situées au centre, est supprimée lorsqu'un exécute individuels, ou tout simplement observe, but actions dirigées. En tant que tel, il a été proposé pour tenir compte de l'activité des MNS. Il a été émis l'hypothèse que le dysfonctionnement dans le système des neurones miroirs (MNS) joue un rôle contributif dans les déficits sociaux de troubles du spectre autistique (TSA). Les MNS peuvent ensuite être examinés de manière non invasive dans les populations cliniques en utilisant EEG mu rythme atténuation comme un indice de son activité. La prot décritocol offre un moyen d'examiner les fonctions cognitives sociales théoriquement liés aux MNS dans les individus avec un développement typique et atypique, comme TSA.
Introduction
L'électroencéphalographie (EEG) est une méthode efficace, efficace, et non invasive d'évaluation et enregistrement de l'activité cérébrale. Comme les neurones feu dans le cerveau, la tension qui en résulte peut être amplifié, enregistré, et représenté graphiquement. La résolution temporelle de l'EEG permet l'analyse de même de brèves modifications de la configuration d'oscillation du cerveau, ainsi que l'analyse de la réponse du cerveau à des stimuli spécifiques.
En dépit d'être la plus ancienne technique d'imagerie du cerveau, datant de la fin du 19 e siècle, l'EEG a encore applicabilité large. Bien que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) a une excellente résolution spatiale, il a la résolution temporelle relativement pauvre. Ceci constitue une limitation majeure de l'évaluation IRMf compte tenu de la vitesse incroyable à laquelle les processus se produisent dans le cerveau. EEG a la capacité d'évaluer l'activité électrique du cerveau à l'échelle de la milliseconde, fournissant i potentielnSight dans les phases de traitement du cerveau.
L'évolution des technologies ont également élargi l'applicabilité de l'EEG. Une augmentation de la densité des systèmes d'enregistrement a permis le développement de techniques de localisation de la source, d'atténuer certaines des limites de l'EEG concernant la résolution spatiale. En outre, les systèmes modernes ont réduit le participant le temps d'installation de manière significative, permettant l'évaluation des populations auparavant inaccessibles, comme infantile et des échantillons cliniques 1-3,28-30.
Compte tenu de l'excellente résolution temporelle, EEG peut être utilisé pour examiner la réponse neuronale liée à des comportements spécifiques, états, ou des stimuli externes. Un exemple de cet utilitaire est l'évaluation du système des neurones miroirs (MNS) chez l'homme. Les neurones miroirs ont été identifiés à l'origine chez les singes à l'aide unique d'enregistrement des neurones 4, attestant d'un groupe deneurones qui ont répondu à la fois à l'exécution et l'observation des actions motrices. Ce procédé d'enregistrement direct de placer les électrodes dans le cerveau est rarement utilisée chez l'homme, et que dans des cas cliniques graves. EEG a fourni une méthode pour évaluer les MNS en surveillant le rythme EEG mu. Ce motif d'oscillation dans la plage de 8 à 12 Hz a été montré pour atténuer la puissance d'EEG en réponse à l'exécution et à l'observation des actions motrices, similaire à la configuration de l'activation observée chez les singes 7.5. De même, la stimulation des régions putatives du cerveau MNS par stimulation magnétique transcrânienne (par exemple, le frontal gyrus inférieur) abolit EEG mu rythme 8 et suppression de rythme EEG mu en corrélation avec les signaux BOLD de l'IRMf dans les régions miroir de neurones putatifs dans les sujets 9, fournir un soutien supplémentaire que ce rythme indices, au moins en partie, l'activité MNS. Évaluation du rythme EEG mu a permis une évaluation non invasive de neurone miroir acteivité chez l'homme.
EEG fournit une méthodologie unique pour examiner l'activité cérébrale et lorsqu'il est combiné avec des analyses basées comportemental, il peut être un outil puissant pour élucider certains aspects de la cognition sociale, tels que l'imitation, dans les populations cliniques. En outre, l'applicabilité de l'EEG pour une utilisation avec les populations souffrant de déficiences cognitives ou linguistiques permet de mieux comprendre les capacités des personnes pour qui les autres techniques d'imagerie ou paradigmes comportementaux peuvent être utiliser moins de succès. Le protocole décrit fournit un moyen d'examiner les fonctions cognitives sociales théoriquement liés au système des neurones miroir chez les personnes atteintes développement typique et atypique, comme le trouble du spectre autistique.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le succès de l'acquisition, le traitement et l'analyse des données électrophysiologiques liés au rythme mu et l'application de populations cliniques nécessite 1) l'application d'outils méthodologiques EEG, 2) la détection d'artefact attention et la réduction des données, 3) l'identification précise du rythme mu, et 4) la caractérisation précise de la population clinique et l'identification de groupes de contrôle appropriés.
<p class="jove_cont…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par une subvention de la Fondation Simons (SFARI n 89638 RB).
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 .
