EEG Mu Rhythm in typische en atypische ontwikkeling
Summary
Beoordeling van de EEG mu ritme biedt een unieke methode voor de behandeling van hersenactiviteit en in combinatie met gedragsmatig gebaseerde testen, kan een krachtig hulpmiddel voor het ophelderen van aspecten van sociale cognitie, zoals imitatie, in klinische populaties.
Abstract
Elektro-encefalogram (EEG) is een effectieve, efficiënte en niet-invasieve wijze van beoordeling en registratie van hersenactiviteit. Gezien de uitstekende temporele resolutie, EEG worden gebruikt om de neurale respons met betrekking tot specifieke gedragingen, staten of externe stimuli onderzocht. Een voorbeeld van dit hulpprogramma is de beoordeling van het spiegelneuronen-systeem (MNS) bij de mens door het onderzoek van de EEG mu ritme. Het EEG mu ritme, oscillerende activiteit in de 8-12 Hz frequentiebereik opgenomen vanuit centraal gelegen elektroden, wordt onderdrukt wanneer een individu wordt uitgevoerd, of gewoon merkt, doelgerichte acties. Als zodanig, is voorgesteld om de activiteit van het MNS weerspiegelen. Er is een theorie dat disfunctie in het spiegelneuronen-systeem (MNS) speelt een bijdragende rol in de sociale tekorten van autisme spectrum stoornis (ASS). De MNS kan dan noninvasively in klinische populaties worden onderzocht door middel van EEG mu ritme verzwakking als een index voor de activiteit. De beschreven protOCOL biedt een weg naar sociale cognitieve functies in theorie gekoppeld aan de MNS bij personen met typische en atypische ontwikkeling, zoals ASD onderzoeken.
Introduction
Elektro-encefalogram (EEG) is een effectieve, efficiënte en niet-invasieve wijze van beoordeling en registratie van hersenactiviteit. Zoals neuronen vuren in de hersenen, kan de resulterende spanning wordt versterkt, opgetekend en grafisch weergegeven. De tijdsresolutie van EEG maakt de analyse zelfs korte veranderingen in de oscillatie patronen van de hersenen, en de analyse van de reactie van de hersenen op specifieke stimuli.
Ondanks het feit dat de oudste hersenen beeldvormende techniek, die dateren uit de late 19 e eeuw, EEG heeft nog steeds brede toepasbaarheid. Terwijl functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) heeft uitstekende ruimtelijke resolutie, het heeft relatief slechte temporele resolutie. Dit betekent een belangrijke beperking van fMRI onderzoek, gezien de ongelooflijke snelheid waarmee processen in de hersenen. EEG heeft de mogelijkheid om elektrische hersenactiviteit op milliseconde niveau noodzakelijk, omdat potentiële inSight in de fasen van de verwerking van de hersenen.
Evoluerende technologieën hebben ook uitgebreid de toepasbaarheid van de EEG. Een toename van de dichtheid van registratiesystemen is toegestaan voor de ontwikkeling van bronlokalisatietechnieken matiging enkele beperkingen EEG inzake ruimtelijke resolutie. Daarnaast hebben moderne systemen de individuele deelnemer set-up aanzienlijk gereduceerd, waardoor de beoordeling van eerder niet beschikbaar bevolking, zoals baby-en klinische monsters 1-3,28-30.
Gezien de uitstekende temporele resolutie, EEG worden gebruikt om de neurale respons met betrekking tot specifieke gedragingen, staten of externe stimuli onderzocht. Een voorbeeld van dit hulpprogramma is de beoordeling van het spiegelneuronen-systeem (MNS) bij de mens. Spiegelneuronen werden oorspronkelijk geïdentificeerd in apen met behulp van enkel neuron opname 4, waaruit een groepneuronen die reageerden op de uitvoering en het observeren van motorische handelingen. Deze directe opnamemethode plaatsen van elektroden in de hersenen wordt zelden gebruikt in de mens, en alleen in ernstige klinische gevallen. EEG heeft een werkwijze verschaft voor de beoordeling van de MNS door monitoring van de EEG mu ritme. Deze oscillatie patroon in de 8-12 Hz bereik is aangetoond EEG macht te verminderen in reactie op de uitvoering en waarneming van motorische activiteiten, vergelijkbaar met de activatie patroon waargenomen in apen 5-7. Evenzo, stimulatie van vermeende MNS hersengebieden door transcraniële magnetische stimulatie (bijvoorbeeld de inferieure frontale gyrus) afschaft EEG mu ritme 8 en EEG mu ritme onderdrukking correleert met BOLD signalen van fMRI in vermeende spiegelneuronen regio's binnen vakken 9, extra ondersteuning te bieden dat dit ritme indexen, althans gedeeltelijk, MNS activiteit. Beoordeling van de EEG mu ritme heeft toegestaan voor een niet-invasieve evaluatie van spiegelneuronen activity bij mensen.
EEG een unieke methodiek voor de behandeling van hersenactiviteit en in combinatie met gedragsmatig gebaseerde testen, kan het een krachtig hulpmiddel voor het ophelderen aspecten van sociale cognitie, zoals imitatie, in klinische populaties. Verder is de toepasbaarheid van EEG signalen voor gebruik bij populaties met cognitieve of taalimpairments maakt inzicht in mogelijkheden van personen waarvoor andere beeldvormingstechnieken of gedragsparadigma's kunnen minder succesvol gebruiken. De beschreven protocol biedt een weg naar sociale cognitieve functies in theorie gekoppeld aan het spiegelneuronen-systeem bij personen met typische en atypische ontwikkeling, zoals Autisme Spectrum Stoornis onderzoeken.
Protocol
Representative Results
Discussion
De succesvolle verwerving, verwerking en analyse van elektrofysiologische gegevens met betrekking tot de mu-ritme en de toepassing op klinische populaties vereist 1) de toepassing van EEG methodologische instrumenten, 2) voorzichtig artefact detectie en datareductie, 3) nauwkeurige identificatie van het mu-ritme, en 4) een nauwkeurige omschrijving van de klinische populatie en de identificatie van geschikte controlegroepen.
Passende EEG methodologie vereist goed f…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door een subsidie van de Stichting Simons (SFARI # 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 .
