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Misurazione cardiaca Sistema Nervoso Autonomo (ANS) Attività in Toddlers - Riposo e di sviluppo sfide

Published: February 25, 2016 doi: 10.3791/53652

Nicole R. Bush^1,2, Zoe K. Caron¹, Katherine S. Blackburn¹, Abbey Alkon³

¹Department of Psychiatry, University of California, San Francisco, ²Department of Pediatrics, University of California, San Francisco, ³School of Nursing, University of California, San Francisco

Summary

Descriviamo i metodi per il monitoraggio continuo del sistema nervoso autonomo sotto di riposo e di provocazione condizioni con 18 mesi di età i bambini. I risultati hanno rivelato che questo protocollo può produrre risposte fisiologiche significative in entrambi i rami del sistema nervoso autonomo e suscitare notevole variabilità individuale nei modelli di risposte.

Abstract

Il sistema nervoso autonomo (ANS) è costituito da due rami, il sistema nervoso simpatico e parasimpatico, e controlla la funzione degli organi interni (ad esempio, la frequenza cardiaca, la respirazione, la digestione) e risponde a tutti i giorni e le esperienze avverse ^1. Misure ANS nei bambini sono stati trovati per essere correlato a problemi di comportamento, regolazione delle emozioni, e la salute ^2-7. Pertanto, la comprensione dei fattori che influenzano lo sviluppo ANS durante la prima infanzia è importante. Entrambi i rami degli ANS influenzano risposte cardiovascolari dei bambini piccoli agli stimoli e sono stati misurati in maniera non invasiva, tramite apparecchiature di monitoraggio esterno, utilizzando misure valide e affidabili del cambiamento fisiologico ^8-11. Tuttavia, vi sono pochi studi su bambini molto piccoli con misure simultanee del sistema nervoso simpatico e parasimpatico, che limita la comprensione del funzionamento integrato dei due sistemi. Inoltre, il majority degli attuali studi di bambini riferiscono sulle misure di riposo ANS infanti o la loro reattività al usata comunemente paradigmi di interazione madre-bambino, e meno si sa circa ANS reattività ad altre condizioni difficili. Presentiamo un progetto di studio e protocollo standardizzato per la valutazione non invasiva e rapida del controllo autonomico cardiaco a 18 mesi di età i bambini. Descriviamo i metodi per il monitoraggio continuo dei rami simpatico e parasimpatico degli ANS in condizioni di riposo e di sfida nel corso di una visita a domicilio o di laboratorio e di fornire risultati descrittivi dal nostro campione di 140 bambini etnicamente diversi che utilizzano attrezzature convalidato e software di punteggio. I risultati hanno rivelato che questo protocollo in grado di produrre una serie di risposte fisiologiche sia per il riposo e le condizioni evolutivamente impegnative, come indicato da cambiamenti nella frequenza cardiaca e gli indici di attività simpatico e parasimpatico. Gli individui hanno dimostrato variabilità riposo livelli, responses alle sfide e reattività sfida, che fornisce ulteriori prove che questo protocollo è utile per l'esame delle differenze individuali ANS per i più piccoli.

Introduction

Le differenze individuali nel sistema nervoso autonomo per bambini (ANS) reattività svolgono un ruolo importante nello sviluppo e nella manutenzione di problemi di salute fisica e mentale ^12-16. Un crescente corpo di evidenze rivela che le differenze individuali nelle misure ANS a riposo e reattività sono predittivi di variazioni nei bambini di internalizzazione e di esternalizzazione psicopatologia ^4,9,17-19 e ^7,20 salute fisica. Oltre a questi effetti diretti o principali di ANS funzionamento, un organismo di accumulo di studi hanno trovato che la reattività dei bambini può interagire con i fattori di rischio contestuali, come ad esempio eventi avversi o conflitto coniugale, per moderare gli effetti sul benessere dei bambini e la salute (vedi riferimento ²¹ per una rassegna). Nonostante questo crescente evidenza che la reattività autonomica dei bambini gioca un ruolo nella salute in tutto il corso della vita, e l'interesse che accompagna in questi processi, ciè la necessità di ulteriori ricerche esamina l'andamento delle ANS funzionamento nei bambini sotto i tre anni di età.

L'ANS è costituito da due rami, il sistema nervoso simpatico e parasimpatico. Si regola la funzione degli organi interni (ad esempio, la frequenza cardiaca, la respirazione, la digestione e l'eccitazione sessuale), in gran parte attraverso meccanismi inconsci, in risposta a tutti i giorni e negative esperienze ^1. Il sistema nervoso parasimpatico (SNP) è la 'di riposo e ristoratore' il sistema che mantiene un basso tasso cardiaca a riposo e lo stato rigenerante quando dorme o rilassare il sistema nervoso simpatico (SNS) è il sistema di 'lotta o fuga' che risponde alle emergenze o minacciare situazioni di accelerare la frequenza cardiaca ^23. Respiratorio aritmia sinusale (RSA) è un indice affidabile dell'influenza PNS sul funzionamento cardiaco, e il periodo di pre-espulsione (PEP) è un indice affidabile dell'influenza SNS sulla vetturaDiac funzionante. Sia RSA e PEP sono stati trovati per essere misure valide attraverso sperimentale blocco farmacologico in campioni di adulti ^24,25. Più di recente, questo lavoro è stato esteso in campioni di bambini e adolescenti, stabilire ulteriori RSA e PEP come misure valide e affidabili di attività ANS durante lo sviluppo ^8,26,27. Misure di impedenza cardiography affidabili (PEP) utilizzando elettrodi band e Spot sono stati utilizzati per un tempo considerevole in campioni adulti ^28. Più di recente, le tecniche di misurazione e di analisi parallele hanno anche dimostrato di essere affidabile e valida in campioni di bambini ^11,29,30, anche se la raccolta delle misure PEP nei bambini è rara.

Vi è un grande corpo esistente di letteratura sulla PNS funzionanti nei neonati e nei bambini piccoli, tra cui il tono vagale e le misure del seno aritmia respiratoria. Ci sono meno studi del SNS utilizzando PEP, e pochissimi contemporaneamente esaminando sia lasistema nervoso simpatico e parasimpatico, che è fondamentale per la costruzione di comprensione del loro funzionamento altamente integrato. Tra i pochi studi di Pep dei bambini piccoli, la maggior parte trova che i loro protocolli non producono significativi cambiamenti a livello di gruppo in PEP in risposta alle sfide ^8,31. Gli studi hanno dimostrato che non vi è la stabilità in misure PNS a partire nell'infanzia riposo e hanno rapporti con il temperamento, il comportamento e la salute, ^{13,16,26,32,33} ma c'è una comprensione limitata di SNS rispondere e la sua stabilità nel tempo, relazioni per lo sviluppo, ei fattori che determinano che la sua traiettoria di sviluppo. Risposte PNS sono stati attribuiti principalmente per l'impegno sociale ¹⁶ e le risposte SNS proposto di riflettere "lotta o fuga risposte" ¹ così come la sensibilità ricompensa (vedi riferimento ³⁴ per una rassegna). Nei bambini piccoli, è difficile simulare le sfide specifiche in un laborary e per coinvolgerli a causa della loro capacità di attenzione brevi. Ci sono anche le sfide di misura per i più piccoli che possono sperimentare il disagio con i sette elettrodi in loco necessari per misurare PNS e SNS contemporaneamente. Inoltre, all'interno dei campi della scienza dello sviluppo, ci pochi standard su come suscitare "stress reattività" sufficientemente rispettando anche le esigenze di sviluppo dei bambini e l'etica nel lavoro con i bambini. Questo articolo presenta le informazioni sulla gestione e il punteggio di un protocollo standardizzato composto da condizioni di riposo e impegnativi progettati per suscitare le risposte del sistema nervoso simpatico e parasimpatico da 18 mesi di età i bambini.

ANS reattività è tipicamente concepito come la risposta fisiologica ad una discreta esterna stimolo rispetto ad un confronto o stato di riposo, che varia tra i singoli organismi ^22. L'esame dei primi eziologia vita mentale e fisica cheproblemi Alth ha portato gli scienziati a essere particolarmente interessato a comprendere la reattività dei bambini a situazioni che evocano adattivo rispondere o possono essere pensati come sfide stressanti. La preponderanza della letteratura si riferisce a questo fenomeno come "reattività allo stress", anche se incontrando stimoli difficili ha il potenziale per ottenere risposte in una vasta gamma di settori. Così, il protocollo descritto di seguito è stato progettato per ottenere risposte ANS in più domini, tra cui due forme di riposo (durante l'ascolto di una ninna nanna rilassante e durante la visione di una calma, il video neutro) e tre sfide evolutivamente-appropriati per 18 mesi di età: anticipazione / spaventare (jack-in-the-box), sensoriali (succo di limone), e socioemotional (l'ascolto di un grido infantile malato). Il protocollo è stato adattato dai nostri protocolli esistenti per 12 mesi di età ⁸ e 3-5 anni ^11, al fine di renderlo evolutivamente impegnativo, coinvolgente e tollerabile per i più piccoli (18-21 Mesi).

Ecco a voi la Developmental sfide Protocol (DCP) e ANS dati del bambino di 18 mesi visita di studio dello stress, Mangiare e presto lo sviluppo (SEED) Studio di donne in gravidanza e la loro prole. partecipanti materno con gravidanze sane sono stati reclutati nel corso 2013-14 per uno studio di aumento di peso gestazionale e lo stress prenatale e erano in sovrappeso, basso reddito, e razzialmente ed etnicamente diversificata. il consenso informato dei genitori per lo studio della sua prole è stata ottenuta solo dopo la nascita e di nuovo prima dell'inizio della raccolta dei dati per lo studio riportato qui, quando la prole erano 18-21 mesi di età durante il 2014-2015.

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Protocol

Questo studio è stato approvato dalla commissione per la ricerca umana della University of California, San Francisco.

1. Pre-protocollo Set-up (vedi Materiali foglio di calcolo per la Lista Completa delle attrezzature)

Impostare l'apparecchiatura per accendere il computer e collegare l'unità di acquisizione dati ANS ad una fonte di alimentazione.
NOTA: Non accendere l'unità di acquisizione su.
Prima di iniziare qualsiasi raccolta di dati, impostare il software di raccolta dati ANS. Scegliere le impostazioni per abbinare figura 1.

Figura 1. Impostazioni BioLab di configurazione software. Questa figura mostra una schermata delle impostazioni di configurazione da utilizzare durante la raccolta dei dati ANS come descritto al punto 1.2.

Conservare gli elettrodi in loco in una confezione sigillata fino a quando non sono necessari perché la qualità degli elettrodi degrada nel corsotempo con esposizione all'aria. Far scattare gli elettrodi in loco su ciascuno dei 7 cavi a scatto con una superficie dura. Assicurarsi che i cavi sono districati e saldamente collegati agli elettrodi.
Accendere il tablet e spunto audio e applicazioni visive (vedi punto 4). Impostare volume al 80% del volume massimo sulla tavoletta e il volume totale del diffusore.
Impostare treppiede e videocamera in luogo discreto.
Impostare gli elementi di attività di succo di limone prima di iniziare il protocollo. Versare un po 'd'acqua in un piccolo bicchiere di carta per il risciacquo dopo l'operazione di succo di limone (circa 3 once). Mettere una piccola quantità di succo di limone da un pacchetto in un'altra tazza e riempire la pipetta di plastica usa e getta con 2 gocce di succo di limone (tale importo arriverà fino al primo restringimento della pipetta ed è pari a circa 0,1 ml). contagocce riposo su un tovagliolo di carta o nella tazza di succo di limone e impostare fuori strada.

2. Preparare la Madre e il Bambino per il protocollo dello sviluppo sfide

Assicurarsi che i due individui, il Bambino Assessore (CA) e Operatore Computer (CO), sono pronti ad amministrare il protocollo. Introdurre il personale per la madre e bambino e metterli a loro agio. Fare il contatto visivo e parlare con il bambino al fine di stabilire un rapporto di fiducia tra la madre, il figlio, e il personale. Lasciare che il bambino po 'di spazio per acclimatarsi alla CA e CO. Non sovraccaricare il bambino con attenzione.
Chiedi alla madre se il bambino ha bisogno di essere alimentato o avere il suo pannolino cambiato prima che gli elettrodi sono posizionati sul bambino per evitare interruzioni in seguito. Lasciate che la madre partecipare alle esigenze del bambino prima di avviare il protocollo.
Consentire al bambino di giocare sul pavimento o uno spazio aperto durante l'introduzione. Una volta che il protocollo ha inizio, istruire la madre a tenere il bambino in grembo fino al suo completamento.
Rivedere il protocollo con la madre leggendo Script A (vedi informazioni supplementari). Inoltre, parlare con il bambino direttamente su quello chesuccederà durante la visita.

3. Collegamento della ANS l'acquisizione di apparecchiature per il Bambino

Istruire il CA di applicare gli elettrodi al collo del bambino e del tronco (vedi figura 2), mentre la CO distrae il bambino. Utilizzare adesivi cerchio bianco dimostrare il posizionamento degli elettrodi su una bambola di coinvolgere il bambino, se necessario. Muoversi rapidamente e posizionare gli elettrodi sotto la camicia del bambino per ridurre al minimo probabilità che bambino toccare o rimuovere gli elettrodi.

Figura 2. Configurazione degli elettrodi per 18 olds mese nota:. Gli elettrodi ECG 2 vengono applicate in una configurazione II piombo. Inoltre, il posizionamento degli elettrodi alternativa per la nuca è indicato qui.

Applicare gli elettrodi direttamente sulla pelle. Premete con le dita sopra il nastro di carta in tutto il gel per garantire tcappello l'elettrodo posto aderito alla pelle. Tutti gli elettrodi devono essere posizionati almeno 3 cm di distanza dalla vicina elettrodi al fine di garantire la corretta conduzione del segnale. Per eventuali distanze che sono difficili da determinare, utilizzare un metro per misurare e verificare questa distanza minima misurando la lunghezza tra i centri di ciascun elettrodo.
NOTA: La seguente ordine di mettere elettrodi sui bambini è stato efficiente e ben tollerato dai bambini.
1. Posizionare l'elettrodo attaccato al rosso (-) del sul centro della parte inferiore della schiena.
2. Posizionare l'elettrodo attaccato al bianco (-) del proprio sopra il processo xifoideo, che si trova all'incrocio xiphosternal (punta inferiore dello sterno, dove la sinistra e destra gabbia toracica incontrano). Assicurarsi che questo elettrodo è di almeno 3 cm sopra il rosso (-) elettrodo posto.
3. Posizionare l'elettrodo attaccato al bianco di piombo (+) appena a sinistra del soprasternale (a destra del valutatore) sul bordo della clavicola.
  1. Usare il metro per misurare, verificare e registrare la distanza in cm tra gli elettrodi anteriori 2 (bianco (+) e nero (-)) per un uso successivo nel programma di impedenza di punteggio.
4. Posizionare il primo elettrodo ECG attaccato al marrone (-) di piombo sulla clavicola destra dove l'osso della clavicola incontra l'osso della spalla. Premete sulla schiuma attorno all'elettrodo e sentire l'osso della clavicola. Posizionare l'elettrodo longitudinalmente lungo l'osso.
5. Posizionare il secondo elettrodo ECG attaccato al marrone (+) di piombo sulla nervatura in basso a sinistra. Premere sulla schiuma attorno all'elettrodo e sentire la costola.
6. Posizionare l'elettrodo di terra attaccata al nero (-) di piombo sulla costola in basso a destra del bambino in linea con piano orizzontale del elettrodo inferiore costola sinistra.
Bundle e clip estremità inferiore della porta a vestiti del bambino per ridurre al minimo il movimento di porta. Istruire il CO per monitorare il computer. Istruire il CA di coinvolgere il bambino e rivedere il Activities coinvolti nel protocollo con la madre (vedere Script B in informazioni supplementari).
Accendere l'unità di acquisizione dati ANS al fine di acquisire segnali elettrocardiogramma (ECG) e impedenza. Premere il tasto "Nuovo riconoscimento" per iniziare l'analisi ECG, quindi fare clic una volta sulla situato accanto alla luce verde nell'angolo in basso a destra della finestra del programma "Start".
1. Attendere 5 minuti dopo gli elettrodi sono stati collocati per consentire il gel di aderire perfettamente alla pelle del bambino per conduttanza ottimale dei segnali ECG e di impedenza. Dopo 5 minuti, controllare lo schermo del computer per visualizzare i segnali e si assicura che sembrano normali (CO). Accendere la videocamera (CO).
  1. Evitare chiacchiere con il bambino durante questo tempo. Offerta bambino un giocattolo morbido "optional" standardizzato per contenere se lui o lei sembra a disagio (piano per rimuovere giocattolo di mano poco prima di iniziare il protocollo).
    NOTA: spiegare al bambino e la madre che è necessario attendere un bit per assicurarsi che l'apparecchio funzioni correttamente.
  2. Mostra immagine del computer di attività cardiaca del bambino alla madre e spiegare ciò che ogni segnale rappresenta. Ricordare madre che questa attività non viene utilizzato per diagnosticare eventuali problemi di salute. il suo assicuro che se il team di ricerca nota qualcosa che riguarda, lei sarà notificata. Seguire Script B (vedi informazioni supplementari).

4. Amministrazione i compiti nel protocollo dello sviluppo sfide

Aprire il lettore multimediale nella tavoletta. Gioca il primo 1-min ninnananna. Tenere la compressa fuori dalla portata del bambino.
Tenere jack-in-the-box di fronte al bambino. Lentamente ruotare il braccio e riprodurre la musica fino a quando la scimmia calzino si apre, il che rende prendere 15 secondi per completare un round. Ripetere quattro volte.
Inizia limone compito succo con Script C (vedi informazioni supplementari). Mettere 2 gocce di succo di limone concentrato sul centro della lingua del bambino, un po 'back dalla parte anteriore, in modo succo non rotola via la lingua.
NOTA: Se la pipetta stava riposando nella tazza di succo, scrollarsi di dosso gocce in più dall'esterno della pipetta prima di cadere sulla lingua.
1. Attendere 10 sec tranquillamente con un'espressione amichevole, neutrale. Dire "Che cosa ha sapore ha?" Se il bambino ha bisogno di rassicurazione.
  NOTA: Il compito succo di limone deve prendere almeno 20 secondi, a partire dal dire al bambino circa il liquido attraverso aspettare fino a dopo le gocce sono nella loro bocca e poi guardare per una reazione.
2. Almeno 10 secondi dopo aver lasciato il succo di limone dire: "Ora è il momento di bere un po 'd'acqua", e dare al bambino un sorso d'acqua. Se bambino rifiuta, attendere qualche secondo e riprovare dicendo: "Ora si può prendere un bicchiere d'acqua". Premere il tasto F4 come l'assessore inizia ad offrire l'acqua (CO).
Gioca la registrazione 30 secondi del neonato malato che piange sul tablet utilizzando un supportogiocatore. Tenere la compressa fuori dalla portata del bambino.
Gioca il secondo 1 min ninnananna sul tablet utilizzando un lettore multimediale. Tenere la compressa fuori dalla portata del bambino.
Riprodurre il video neutra 2 minuti sul tablet utilizzando un lettore multimediale. Tenere la tavoletta circa 12 pollici dal viso del bambino, ma non lasciarli afferrare e tenere la tavoletta.

5. Marcatura segmenti protocollo Durante la Developmental sfide Administration (CO)

Istruire il CO di spingere i tasti funzione (F) (impostare a priori dall'utente per identificare i compiti o potenziali problemi durante i dati di punteggio) per segnare importanti passi protocollo nei dati ANS (vedi tabella 1). Premere F11 per indicare che un compito è conclusa presto (tipo "si è conclusa primi compiti" e la spiegazione in casella di testo) o per i principali problemi di protocollo o violazioni, come un elettrodo cadere o qualcuno che cammina nella stanza e il bambino di distrazione (tipo spiegazione in casella di testo ).

Marker chiave	Evento	Durata dopo l'inizio
F1	Lullaby 1 start	60 sec
F2	Jack nella scatola di avvio	60 sec
F3	Limone inizio sceneggiatura succo	Almeno 20 sec
F4	fine Succo di limone (bere acqua offerto)	Almeno 10 ses
F5	inizio grido infantile	30 sec
F6	Lullaby 2 inizio	60 sec
F7	inizio Video	120 sec
F10	Fine del DCP (fine video)
F11	eventi irregolari gravi

Tabella 1: Indicatore-chiavi per il protocollo evento marcaturaDurante Sfida Attività. Tasti marcatore come descritto al punto 5.1 vengono mostrati, usato per indicare importanti eventi di protocollo e gli eventi rari nel file di dati ANS.

6. post dello sviluppo sfide protocollo

Avere il CA dire alla madre: "Allora, come è che per voi (pausa per sentire la risposta) E 'interessante vedere come i bambini rispondono a queste varie attività?. Ora è il momento di rimuovere delicatamente gli elettrodi dalla pelle del tuo bambino ".
Spegnere l'acquisizione dei dati ANS prima / elettrodi rimozione toccanti.
NOTA: L'apparecchiatura non condurrà o trasmettere l'elettricità quando è spento.
Rimuovere elettrodi dal figlio utilizzando un dito per tenere la pelle tesa mentre l'altra mano rimuove l'elettrodo. Sollevare la linguetta sul elettrodo e lontano dalla direzione della scheda sia rivolta. Rimuovere gli elettrodi più sensibili di ultima (fronte e retro del collo). Lasciare che la madre di rispostare gli elettrodi se il bambino è particolarmente turbato o se lei desidera. Utilizzare un umido per rimuovere eventuali eccessi residuo rimasto sulla pelle dagli elettrodi e un tampone di garza asciutta se la pelle è bagnata o c'è gel sulla pelle.
Spegnere la videocamera. Salvare il file di dati ANS, uscire dal programma, e spegnere il computer.
NOTA: Il software di acquisizione dati ANS crea due file di dati, il file ".MW" (dati ANS grezzo) e un file ".event", che è un file di testo di tasti funzione premuti.

7. respiratoria Sinus Arrythmia Scoring

Aprire il programma di analisi variabilità della frequenza cardiaca (HRV) per pulire i dati ECG e segnare la frequenza cardiaca (HR), RSA, e la frequenza respiratoria (RR).

Figura 3. Schermata HRV Navigazione Analisi principale. Impostazioni per aver eseguito i dati bambino ANS utilizzando l'HRV Ansoftware di punteggio ANALISI vengono visualizzati. Per segnare i segmenti, eventi trascina per le 'scatole tipo di evento ".

Esamina le note di campo a disposizione dalla raccolta dei dati di essere a conoscenza di circostanze anomale o errori che possono essersi verificati. Individuare e fare doppio clic sul file ".MW" per essere segnato dalla finestra pop-up ( "Scegli o Invio percorso del file").
NOTA: Il nome del file per i dati del partecipante viene segnato dovrebbe apparire nella casella bianca sulla parte superiore dello schermo.
1. Impostare le "Etichette canale" come segue: Canale 1- ECG, Canale 2- Zo, Canale 3- DZ / dt. Verificare che la frequenza di campionamento è impostata su 1.000. Fai clic su "OK" nella parte inferiore dello schermo per aprire la schermata di navigazione principale (figura 3).
  NOTA: Questi canali devono corrispondere a quelli impostati durante la raccolta dei dati.
2. Scegliere le impostazioni corrispondano a quelli in figura. Impostare la modalità di "eventi". Set Identifier evento a "Nome"per visualizzare il nome dell'attività (ad esempio, "jack-in-the-box"). Impostare il "Post Time Event (s)" per 30 sec.
  NOTA: Lunghezza file varierà per il file di ogni bambino. "Tipo" si riferisce alla chiave (F) Funzione che è stato premuto durante il protocollo da parte del CO. Se la modalità non è evento, ma è il tempo, il "Time Segment" può essere impostato su diverse lunghezze di tempo in secondi (vale a dire, 30 o 60).
3. Fare clic sulla scheda "HRV impostazioni di calibrazione". Imposta metodo di calcolo di "Tutta la". Impostare segnale respiratorio a "Zo" (non dZ / dt). Impostare windowing funzione su "Hamming". Impostare gamma VLF Band per 0,003-0,04 Hertz (Hz), a bassa frequenza o la gamma LF Band per 0,04-,15 Hz e ad alta frequenza gamma HF Band per 0,15-1,04 Hz per neonati e nei bambini.
4. Fare clic sulla scheda successiva, "picco R & Artefatto Impostazioni." Set IBI e MAD MED su "on". Impostare la massima frequenza cardiaca (battiti al minuto (BPM))a 230 e minimo della frequenza cardiaca di 40 BPM. Impostare la barra di scorrimento per la R Peak Detection Sensibilità a 1. Impostare comando manuale su OFF. Girare Baseline e Muscle Noise Filter on (verde chiaro) e il filtro notch off (grigio scuro). Impostare il filtro del rumore a 60 Hz.
5. Fare clic sulla scheda successiva, "Impostazioni aggiuntive." Fare clic sul sì / no casella nella sezione Impostazioni di output ( "Usa percorso di uscita predefinito") per scegliere il percorso predefinito per salvare il file di output. Controllare la "Mostra report" (verde chiaro).
  NOTA: il video sincrono può essere visto cliccando sul pulsante "Sì / No" scatola sotto un file di dati precedentemente modificati possono essere visualizzati cliccando sul "uso a cura dati" Sì / No Box "percorso video uso di default.".
6. Ritorna alla scheda "Eventi e modi". Fare clic sul pulsante "analizzare".
7. Scegliere "sì" o "no" quando gli viene chiesto, "è l'ECG invertita? No sì."
  NOTA: La maggioranza degliECG non sono invertite. Si aprirà la finestra di analisi, che mostra 30 sec di dati. Il programma di analisi HRV segna ogni picco R con un punto blu chiaro e segna una stella gialla quando vi è un potenziale 'outlier' o irregolare. I valori anomali possono essere contrassegnati quando la distanza tra due picchi R è diverso che l'intervallo RR regolare per questa persona.
8. Rivedere tutti i valori erratici (stelle gialle) per identificare il motivo della stella gialla (vedere Modifica opzioni in 7.1.1.9). variabili Record di interesse nei dati log dopo aver effettuato le modifiche necessarie.
  NOTA: La casella in basso a destra della finestra di analisi mostra i valori calcolati da questo segmento, tra cui HR, RR e RSA.
9. Fai clic su "Modifica R" (il pulsante verde nella finestra Controlli) esaminare valori anomali. Fare clic sull'icona della lente di ingrandimento per ingrandire ulteriormente.
10. Utilizzare il pulsante rosso "Elimina" per rimuovere le stelle gialle che vengono inseriti in modo non corretto e il bianco pulsante "Inserisci"per segnare i picchi R.
  NOTA: Di solito è chiaro dove i picchi R devono essere cancellati o contrassegnati manualmente. Estremamente sezioni disordinato può essere rimosso utilizzando il tasto giallo "Rimuovi parte di dati", dopo scorrevole la luce x cursori blu attorno alla sezione da cancellare. Questo dovrebbe essere fatto solo all'inizio o alla fine di un segmento; ci deve essere di 20 secondi consecutivi di dati per calcolare i punteggi validi per un segmento di 30 secondi.
11. Fai clic su "OK 'nella parte inferiore dello schermo per salvare le modifiche, tornare alla schermata precedente, e visualizzare i dati modificati. Fare clic su "Write" (il pulsante bianco nella barra degli strumenti in alto) per l'output ha segnato i dati in un file Excel. Ripetere questo processo per ogni intervallo di 30 sec o attività a essere segnata.
  NOTA: "Annulla" si esce senza salvare le modifiche.
12. Fai clic su "Fine" sul pannello "Controlli" dopo la modifica e la scrittura di tutti i 30 segmenti sec di dati.
  NOTA: una finestra pop-up chiederà un nome per il dat modificatoun. Tutti i dati modificati e ha ottenuto i dati per ogni bambino verrà salvato in un file .edh.

8. Pre-espulsione Periodo Scoring

NOTA: il programma di analisi di impedenza (IMP) permette di pulire i dati di impedenza e ottenere valori di HR e PEP.

Figura 4. Analisi IMP impostazioni di impedenza di calibrazione dello schermo. Impostazioni per aver eseguito i dati bambino ANS utilizzando il software di analisi segnando impedenza vengono visualizzati.

Aprire il programma di analisi IMP. Fare doppio clic sul programma di analisi IMP e scegliere lo stesso file di .MW appena segnato in Analisi HRV. Scegli gli stessi canali per ogni "etichetta del canale:" Canale 1- ECG, Canale 2- Zo, Canale 3- dZ / dt. Premere il tasto "OK." Sulle Eventi e scheda Modalità, scegliere le stesse impostazioni per il programma di analisi HRV.
1. Fare clic sul "ImpedanImpostazioni di calibrazione CE "scheda (Figura 4). Scegliere le impostazioni per corrispondere a quelli in figura. Impostare "elettrodo tipo" a "spot". Inserire la distanza degli elettrodi (distanza tra gli elettrodi bianchi come misurato e registrato durante la raccolta dei dati). Impostare "Lunghezza Ensemble (ms)" a 400 per i più piccoli.
2. Impostare "metodo di calcolo punto Q" a "minimo intervallo di valori KR." Impostare il valore K di 25 per 18 olds mese (il valore K può essere regolato su una base per-bambino, se necessario). Impostare "B metodo di calcolo del punto" a "cento dei dZ / dt tempo + C." Impostare il picco percentuale dZ / dt a "55" e la costante di "4". Impostare la "fonte / dt dZ" a "misurare". Verificare che la luce "Detrend dZ / dt" è ON per l'unità di ripresa non mobile.
3. Fare clic sulla scheda "R & Peak Artefatto Impostazioni". Verificare che i controlli della IBI min / max e MAD MED sono "su. "Impostare la massima frequenza cardiaca (BPM) a 230 per i più piccoli e la frequenza cardiaca minima (BPM) è 40. Impostare la sensibilità di rilevamento di picco a 1. Impostare comando manuale a off. Accendere la "linea di base e Muscle Noise Filter" (verde chiaro). Spegnere il "filtro notch" (verde scuro). Disattivare l'impostazione 60 Hz.
4. Fare clic sulla scheda "Impostazioni aggiuntive". Non selezionare il pulsante "Auto Analizzare i segmenti Tutti i dati". Scegliere "Sì" nella sì / no box "Use Dati modificati" se le modifiche sono state fatte nel programma HRV. Fare doppio clic sul file modificato (.edh) dalla finestra pop-up. Scegliere "Excel" per la modalità di uscita. Fare clic sul pulsante verde brillante "Analyze (Enter)".
  NOTA: Se non le modifiche sono state fatte mentre il punteggio HRV, non è necessario (o possibile) utilizzare i dati modificati qui.
5. Fai clic su "Ensemble Editor" per vedere una visualizzazione a schermo intero delle onde insieme, che è un'immagine che medie tutte le forme d'ondadal segmento.
6. Controllare la posizione del punto Q, che è determinato dal valore K immesso durante la configurazione. Scorrere tutti i segmenti per controllare il posizionamento Q.
  NOTA: Il punto Q dovrebbe essere il punto più basso appena prima della riga (ECG) rosso inizia a salire fino alla vetta R. Se vi è una zona gradualmente inclinata "pre-Q", il Q deve essere contrassegnato nel punto in cui la pendenza per R inizia a salire più ripidamente.
7. Ritorna alla scheda Impostazioni di calibrazione impedenza e aumentare il valore K del 5 se il punto Q marcatura non è corretto quando K = 25. segmenti di rivedere nuovamente. Continuare ad apportare modifiche a K fino a quando la marcatura Q è ottimale.
  NOTA: Il valore K deve essere coerente per ogni bambino; non scegliere valori diversi per i diversi segmenti e non spostare eventuali segni a mano.
8. Registrare il valore PEP per ogni segmento ha segnato.
  NOTA: PEP è abbastanza stabile all'interno di ogni individuo e in genere oscilla da 4-6 ms durante la valutazione perogni bambino. Tuttavia, i valori PEP possono essere molto diverse tra i bambini.
9. Fare clic sul pulsante "Write" per i dati punteggio di output in un file Excel. Ripetere questo processo per ogni sezione a essere segnata.

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Representative Results

Lo studio ha arruolato 162 SEED diadi madre-bambino (37% afro americani, il 30% Latina, 16% bianchi, 17% altri o multirazziale). Per la visita 18 mesi, abbiamo completato la valutazione di persona con 140 bambini (87% del campione iscritto); 6 partecipanti si allontanarono, e le restanti partecipanti erano irraggiungibili o non disponibili per questa visita. Il tasso di rifiuto per ANS componente la raccolta dei dati della visita è stato 3/140 (2%) per le madri disponibili per questa visita. Tre visite sono state effettuate dopo 21 mesi (più di 3 mesi oltre il target di età), con conseguente 135 bambini con i dati raccolti ANS al periodo di tempo target. Scarsa qualità del segnale ci ha impedito di segnare dati ANS due bambini. Pertanto, i dati ANS erano disponibili per 133 bambini. L'età media dei bambini con i dati qui presentati ANS era 18.89 mesi (range 17,59-21,60; DS = .80) e il 53% dei bambini è di sesso femminile. Media, percentile per sesso ed età adeguata peso-per-lunghezza era di 68.40 (DS = 27,47).

Dei 133 bambini bersaglio età con i dati ANS scoreable, 100% tollerata l'applicazione degli elettrodi e iniziò anche il protocollo sfide dello sviluppo. Il protocollo è stato interrotto a metà strada per tre soggetti e dopo l'operazione bambino piangere per cinque soggetti. Due soggetti non sono stati mostrati il video a causa di problemi di attrezzature. Tutti i dati disponibili provenienti dai 133 bambini sono stati segnati. Di questi, tre figli non avevano dati PEP scoreable dovuti al rumore / movimento artefatto. Quattro più bambini non avevano primi dati di riposo Lullaby punteggio assegnabile per PEP. Sette altri bambini avevano dati PEP unscorable per uno o più segmenti dopo la ninna nanna di base.

Statistiche descrittive per l'HR, RSA, e le misure di PEP compito sono presentati nella Tabella 2 Tabella 2 presenta anche cambiamenti medi tra le attività calcolato in due modi:. Calcoli compito sfida reattività (rispetto al livello di riposo During la prima ninna nanna) e il compito-to-task calcoli di cambio (rispetto al precedente operazione) per ogni misura ANS. Le variazioni medie che erano significativamente diverso da zero sono noti. Figura 5 presenta grafici a scatole per i tre settori di sfida reattività per HR, RSA, e PEP. Anche se i valori medi reattività presentati nella Tabella 2 e Figura 5 sono piccoli, la stragrande maggioranza sono significativamente diverso da zero, ed i grafici a scatole rivelano prove coerente in tutte le attività e tutti ANS indici che i bambini hanno dimostrato variabilità nelle loro risposte alle sfide. Figura 6 presenta medi RSA e PEP risposte a ciascuno dei compiti in tutto il protocollo, e indica quando hanno significativamente cambiato da task-a-task. RSA significativamente cambiato tra la maggior parte dei compiti adiacenti, indicando che, in media, parasimpatici risposte del sistema nervoso dei bambini modificati in risposta a ciascuna nuova attività. il number di significativi cambiamenti medi tra compiti per PEP erano meno per RSA, anche se cambiamento significativo è stato identificato dal lullaby ad entrambi il primo e secondo compiti sfida, e dall'ultima lullaby al video neutra, indicando che, in media, SNS bambini le risposte erano diverse dalle condizioni alle attività successive di riposo. Età dei bambini non è risultata significativamente correlata con qualsiasi punteggio sfida reattività. Questi modelli suggeriscono che questa serie di compiti suscitato variabilità a livello di campione nel rispondere in tutto il protocollo e in entrambi i rami degli ANS, e che ci sono stati diversi modelli tra i rami PNS e SNS per alcune attività.

Figura 5. boxplot Rappresentare la frequenza cardiaca, Parasimpatico, e attività simpatica da Developmental sfida Task. (A) rappresenta sentiret tasso di reattività, (B) rappresenta RSA reattività, e (C) rappresenta PEP reattività. Nota: le caselle rappresentano la gamma interquartile contenente la metà del 50% dei valori, con la linea attraverso il dialogo che rappresenta la mediana. I baffi si estendono dai valori massimi e minimi, esclusi i valori anomali che si trovano ad almeno 1,5 box lunghezze fuori dagli schemi. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6. Livelli medi di attività simpatico e parasimpatico Dall'altra parte della sfida protocollo dello sviluppo. Variazioni negative di RSA (linea rossa) e PEP (linea blu) riflettono reattività autonomica livello medio tramite PNS ritiro e l'attivazione SNS, rispettivamente. * Indica che il punteggio medio del campione per quella ANmisura S è cambiato in modo significativo tra i compiti adiacenti (p <.05).

Supplementare File 1: Script A, B, C Clicca qui per scaricare questo file.

Tabella 2

Tabella 2: Descrittive per le misure ANS:. Task-livello di eccitazione e la differenza di due punteggi di ANS Rispondendo tabella 2 presenta le statistiche descrittive per HR, RSA, e PEP. La colonna compito sinistra statistiche specifiche, al centro colonna visualizza i risultati per le attività di sfida relativi alla misura di riposo (media dei 2 ninne nanne) e la colonna di destra presenta il cambiamento per ogni attività dal compito precedente. Cliccate qui per visualizzare un grande versione di questo figure.

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Discussion

Questo studio ha rivelato che, all'interno di un campione di 18 mesi di età i bambini, di riposo standardizzate e attività sfida progettati per ottenere risposte da una serie di domini (sussultare, sensoriale, sociale, di riposo) ha portato ad una serie di risposte ANS. Gli ANS medi risposte trovati in queste condizioni di riposo e di sfida erano simili ai valori ANS riportati da altri che hanno misurato ANS reattività con bambini che usano compiti simili ^8,11,27,29. I livelli medi di misure ANS trovati nel nostro campione sono tra quelli che di solito si trovano nei bambini piccoli e quelli che si trovano nei bambini più grandi, che è in linea con l'evidenza che la frequenza cardiaca diminuisce e RSA e aumento PEP con l'età durante l'infanzia ^10. Abbiamo anche trovato c'era una serie di punteggi reattività (la differenza di risposta fisiologica da stato di riposo alle condizioni sfida) attraverso i tre indici fisiologici, con alcune differenze significative statisticamente significative tra moltila sfida e punteggi di riposo sia per RSA e PEP. Collettivamente, questi risultati mostrano che il protocollo è riuscita a catturare il cambiamento ANS durante le transizioni tra le attività calmante e compiti impegnativi evolutivamente e suscitare una risposta allo stress misurabile all'interno di entrambi i rami simpatico e parasimpatico del ANS in una fascia di età poco studiato. Oltre alle prove per variazioni medie a livello di campione in ANS, gli individui hanno dimostrato una significativa variabilità nel riposo livelli di ANS, risposte compito ANS, ei punteggi sfida reattività, che fornisce ulteriori prove del fatto che questo protocollo è utile per l'esame di ANS differenze individuali di bambini ^35.

La maggior parte degli studi ANS con neonati e nei bambini comprendono solo RSA, il ramo parasimpatico degli ANS, a causa della difficoltà nel valutare le misure simpatici in questa fascia di età molto giovane. Così, poco si sa circa lo sviluppo del ramo simpatico del ANS a riposo o in risposta a sfidare in questo periodo di sviluppo o di quali fattori forma il suo sviluppo e traiettorie correlate di salute. Inoltre, siamo in grado di imparare di più sulla relazione dinamica o sincrono o asincrono tra il SNS e SNP da loro misurare simultaneamente, quindi sono necessarie misure doppio. I risultati di questo protocollo suggeriscono che la misurazione sia della SNS e SNP l'attività e il cambiamento è possibile in questa fascia di età.

Anche se i protocolli di reattività con gli adulti in genere coinvolgono segmenti di tempo con "riposo", durante la quale gli adulti sedersi o sdraiarsi ancora per 5 minuti, senza stimoli, le misure per i bambini di riposo sono impegnativi. Coinvolgere i bambini in qualche modo minimo è necessario per limitare il movimento artefatto in misure ANS di riposo ^29,36. In studi precedenti, "di riposo o di base '' nei bambini piccoli è stata valutata come i bambini hanno ascoltato una ninna nanna ^8, o come Chil prescolare etàbam- sono stati letti una storia rilassante ^11, mostrato un clip filmato neutra ⁴ o uno schermo video con mutevoli forme ^37. Il consenso è che questi possono costituire punti di riferimento ragionevoli per valutare la reattività seconda della condizione di confronto. Precedenti esperimenti dal nostro laboratorio all'interno di un campione di 5 anni di età ³⁸ suggeriscono che l'attività psicomotoria suscitato dalla condizione di base il movimento di inibizione (ad esempio, a parlare, l'impegno sociale, indicando) è una considerazione importante; risultati hanno suggerito che l'uso di impegno sociale per tenere i bambini calmo e concentrato, come la lettura di una storia, è un confronto di base adeguata per le sfide sociali, mentre i video neutri possono essere appropriate come valori di confronto per la reattività a suscitare i video per i bambini. Assistere a un video è associato ad una maggiore attenzione e ha una risposta tranquillizzante in entrambi i rami del ANS. In questo studio, per i più piccoli, il video neutra non ha suscitare differences in HR, RSA o misure PEP, relativi alla prima ninna nanna di riposo, suggerendo che sia avrebbero potuto essere usati come valori a riposo da cui calcolare la reattività, o che la sua inclusione nel protocollo non è necessaria. Inoltre, questo protocollo non comprende i periodi di riposo tra compiti, che possono portare a "riporto" effetti reattività dal compito di compito. Questa scelta è stata fatta a causa della difficoltà nel mantenere l'attenzione del bambino per lunghi periodi. Tuttavia, i significativi cambiamenti di punteggio compito-to-task, più comunemente in direzioni opposte suggeriscono che effetti di trascinamento possono essere stati limitati in questo protocollo.

L'impostazione per i dati di valutazione descritto qui presenta una possibile limitazione; circa la metà delle valutazioni sono stati completati nelle case dei partecipanti e gli altri sono stati completati nel nostro laboratorio. Questo potenziale limitazione è bilanciata dalla flessibilità delle valutazioni completando in case partecipanti, che ci permette dimantenere la raccolta dei dati con i partecipanti che non hanno potuto o non vuole recarsi al nostro laboratorio. Inoltre, anche se tutti i bambini avevano un 5 min periodo tra il posizionamento degli elettrodi e l'inizio del protocollo Developmental sfide attesa, un altro potenziale limitazione è che alcuni bambini si arrabbiò dal posizionamento degli elettrodi e possono essere stati sottolineato all'inizio del protocollo ⁸ . Così, forse non abbiamo ottenuto una misura di riposo valido all'inizio del protocollo. Questo protocollo include un secondo ninna nanna al fine di compensare questa possibilità, anche se la sua comparsa immediatamente seguenti sfide può anche portare ad effetti di trascinamento. Limitata capacità di valutare le condizioni di riposo "veri" è una sfida di lunga data per i ricercatori ANS che lavorano con i bambini in giovane età ^{di 38.} Più in generale, la valutazione più piccoli è impegnativo, a volte e richiede la modifica occasionale di procedure (come ad esempio l'arresto di cambiare un pannolino o permettere a un bambino di tenere il loro smtutto il giocattolo morbido per evitare un capriccio che vieterebbe la continuazione della valutazione). In questo protocollo, abbiamo fornito dettagli sui bambini coinvolgenti e distrazione per ridurre la probabilità di necessità di queste modifiche. Condurre ricerche con bambini piccoli richiede sempre la flessibilità e la risoluzione dei problemi da parte del personale evolutivamente sensibili. In generale, è importante sviluppare un rapporto di collaborazione con le madri che partecipano.

In sintesi, i risultati di questo studio suggeriscono che il protocollo dello sviluppo sfide e procedure di raccolta dati ANS presentati qui possono fornire ai ricercatori con una serie di sfide strutturati che suscitano una vasta gamma di risposte in entrambi i rami del ANS per i bambini di età compresa tra 18-21 mesi . Come l'età dei bambini non sono stati correlati con i punteggi di reattività, queste attività possono essere appropriati con i bambini poco più grandi, anche se questo non è stato testato qui; se tentata, sarà necessario regolare le impostazioni di punteggio ANS. Questo protocol prevede una opzione per lo studio dello stress la fisiologia e il suo sviluppo primi anni di vita all'interno di un gruppo di età difficile da valutare. La reattività calcolato per ciascun dominio può essere esaminata separatamente come è stato fatto con figli grandi ^6, o può essere combinato per creare un punteggio "reattività complessiva" come è stato fatto con neonati ^8, a seconda delle associazioni tra le variabili reattività in un determinato campione e le finalità della ricerca. I risultati dei dati raccolti nel corso di questo protocollo può essere paragonato a compiti adeguati all'età simili realizzati da giovani e bambini di età superiore ^{a 8} ^10,38. Valutare ANS funzionamento attraverso diverse età consente per l'esame delle traiettorie di sviluppo attraverso il tempo e la ricerca di questioni connesse circa sia la loro ontogenesi e la loro capacità di prevedere i risultati di salute mentale e fisica.

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Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
ANS equipment
Laptop and power cord	Dell	60-0107-3.0	Mindware BioLab software requires a PC with 2 USB ports
ANS data collection software	Mindware	contact company	BioLab acquisition program
ANS data acquisition unit and cords	Mindware	50-3711-08	BioNex 8-slot Chassis
Snap leads	Mindware	93-0498-00	2 white, 2 red, 2 brown, 1 black
Spot electrodes	Kendall	31112496	130 model; 7 for each assessment + extras-to be sealed in a ziplock bag at all times)
ANS scoring/editing software	Mindware	contact company	HRV Analysis, version 3.1.0F and IMP Analysis, version 3.1.0I

Protocol equipment
tablet computer	Apple		iPad; for playing audio and video clips
portable speaker	Polariod	PBT510
Jack in the Box	Schylling	SMJB	Sock Monkey theme
Lemon juice	ReaLemon	98077	0.14 oz shelf-stable packets
Pasture pipettes	Grainger	6FAV9	1 ml size, disposable
Portion cups	Dart Solo Con	250PC	2.5 oz, disposable, plastic
audio files of baby cry	Alkon lab		30 sec clip recorded in a neonatal intensive care unit
audio file of baseline lullaby	Rockabye Baby Music		60 sec of "Across the Universe" on "Rockabye Baby Lullaby Renditions of the Beatles" CD
audio file of final lullaby	Rockabye Baby Music		60 sec of "Here Comes the Sun" on "Rockabye Baby Lullaby Renditions of the Beatles" CD
video file of neutral video			2 min of Baby Einstein video
Retractable measuring tape	Rollfix	TM04

Miscellaneous materials
Surge protector			to plug in all electronics
2-prong adapter for surge protector
Video camera	Sony		Handycam HDR-CX440
Video Encoder, power and input cords	Mindware	50-8614-01	optional; to sync video and ANS data files
Baby wipes and gauze			for cleaning and drying oily skin
Toys			to distract children during assessment
Visual aids			pictures of child with electrodes on, description of protocol to show participants
Script of protocol for research assistants
Charging cords for tablet and speaker
Doll and stickers			for demonstration if necessary

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References

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Bush, N. R., Caron, Z. K., Blackburn, K. S., Alkon, A. Measuring Cardiac Autonomic Nervous System (ANS) Activity in Toddlers - Resting and Developmental Challenges. J. Vis. Exp. (108), e53652, doi:10.3791/53652 (2016).

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