Summary

En Innenfor fagene Forsøksprotokoll å vurdere virkningene av Social Input på Infant EEG

Published: May 03, 2017
doi:

Summary

Denne nye protokollen er utformet for å vurdere de nevrale baser av sosial interaksjon hos spedbarn. Paradigmet er konstruert for å skille fra hverandre hvordan forskjellige sosiale innganger som språk, felles oppmerksomhet, og ansikt-til-ansikt interaksjon forholder seg til spedbarn nevral aktivering. Infant EEG strømmen er tatt opp under både sosiale og nonsocial forhold.

Abstract

Til tross for viktigheten av sosiale interaksjoner for spedbarn hjernens utvikling, har lite forskning vurderes funksjonell nevral aktivering mens spedbarn sosialt samhandle. Elektroencefalografi (EEG) kraft er en fordelaktig teknikk for å vurdere spedbarn funksjonell nevral aktivering. Men mange studier rekord spedbarn EEG bare under en opprinnelige tilstand. Denne protokollen beskriver et paradigme som er utformet for å vurdere omfattende spedbarn EEG-aktivitet i både sosiale og nonsocial sammenhenger, så vel som erte fra hverandre hvordan forskjellige typer sosiale innganger differensielt forholder seg til spedbarn EEG. Den i-fag paradigme omfatter fire kontrollerte betingelser. I nonsocial tilstand, spedbarn vise objekter på dataskjermer. Den felles oppmerksomhet tilstand innebærer en eksperimentator regi barnets oppmerksomhet til bilder. Skjøten oppmerksomhet tilstand omfatter tre typer sosial inngangs: språk, ansikt-til-ansikt interaksjon, og tilstedeværelsen av skjøten oppmerksomhet. forskjellerSpedbarns EEG mellom nonsocial og ledd oppmerksomhet forhold kunne være på grunn av en hvilken som helst av disse tre typer inndata. Derfor ble ytterligere to tilstander (ett med språk inngang mens experimenter er skjult bak en skjerm og en med ansikt-til-ansikt interaksjon) inkludert for å vurdere de drivende kontekstuelle faktorer i mønstre av spedbarn nevral aktivering. Representative resultater viser at spedbarn EEG kraft varieres ved tilstand, både totalt og differensielt ved hjerneregion, som støtter den funksjonelle arten av spedbarn EEG kraft. Denne teknikk er fordelaktig ved at det omfatter tilstander som er klart sosial eller nonsocial og gjør det mulig for undersøkelse av hvordan spesifikke typer av sosial inngang knyttet til EEG kraft. Dette paradigmet kan brukes til å vurdere hvordan individuelle forskjeller i alder, påvirke, sosioøkonomisk status, og foreldre-barn-samspill kvalitet knyttet til utviklingen av den sosiale hjernen. Basert på den påviste funksjonell natur spedbarn EEG makt, fremtidige studier should vurdere rollen til EEG opptak kontekst og design forhold som er tydelig sosial eller nonsocial.

Introduction

Sosial samhandling er avgjørende for spedbarn neural utvikling 1, 2. Selv om nyere forskning har begynt å fokusere på utviklingen av den sosiale hjernen tre, fire, blir de nevrale prosesser involvert i sosialt engasjement ikke godt forstått. Målet med den beskrevne metode var å vurdere hvordan spedbarn elektroencefalografi (EEG) kraft, et mål for spenningen som kommer fra neuronal kommunikasjon, varierer på tvers av kontrollerte sosiale og nonsocial sammenhenger. Denne metoden gjør det mulig for vurdering av hvordan spesifikke aspekter av sosial inngangs differensielt forholder seg til nevral aktivering og har implikasjoner for fremtidige studier for å vurdere rollen til opptak sammenheng ved vurdering av funksjonelle nevral aktivering.

EEG er en velegnet metode for å måle spedbarn hjerneaktivitet, ettersom det er ikke-invasiv og robust til spedbarn bevegelse. En hette bestående av elektroder er placed på spedbarnets hode til å registrere elektrisk aktivitet fra den cerebrale cortex frigjøres under neuronal kommunikasjon. EEG strøm er et mål på spenning ved hver elektrode stedet i løpet av en tidsperiode. EEG er et funksjonelt mål på nevral aktivitet og således dels som følge av den umiddelbare konteksten som EEG registreres. På grunn av sin funksjonell natur, har EEG kraft potensiale til å bli sammenlignet på tvers av kontekster ved hjelp av en i-fag utforming og således å indeksere kontekst-spesifikk aktivering. Derfor kan EEG brukes til å vurdere både de neurale fundamentet for sosial interaksjon og spesielt av kontekst-spesifikk aktivering mer generelt. Men dette potensialet har ikke blitt fullt ut realisert som spedbarn EEG er ofte spilt inn under bare én betingelse.

Mange studier har registrert spedbarn EEG strøm i en "hviletilstand" eller baseline, som ikke alltid klart skille mellom sosiale og nonsocial innspill. I noen tilfeller er EEG registreres som spedbarns se en experimenter spinne en bingo hjul 5, 6, 7, se en experimenter blåse bobler 8 eller se en experimenter riste en skrangle 9, 10. Imidlertid kan spedbarn ivareta enten eksperimentator eller objektet, og baby egenskaper kan påvirke hvordan de retter oppmerksomheten. Derfor, for noen spedbarn grunnlinjen kan være sosial hvis de deltar i forsøket, og for andre spedbarn grunnlinjen kan være nonsocial hvis de går først og fremst til objektet. Som EEG reflekterer innspillingen sammenheng observert individuelle forskjeller i baseline EEG at forskere kan tolke som stabil eller utviklingshemmede menings kan rett og slett skyldes forskjeller i hva barn var til stede for å på tidspunktet for opptak. Faktisk en studie registrert EEG mens spedbarn så en kvinne synge mens du holder et objekt <supclass = "xref"> 11. Infant EEG makt varierte avhengig av om barnet har betalt oppmerksomhet til kvinnen eller objektet. Dette viser både funksjonelle arten av spedbarn EEG-kraft for å vurdere de nevrale baser av sosial interaksjon og også den metodiske betydningen av å bruke regulerte betingelser i løpet av EEG-opptak.

Sosial interaksjon er kompleks og mangesidig. Derfor, hvis EEG ble registrert i løpet av en naturalistisk interaksjon, kan det være vanskelig å skille fra hverandre det neurale behandling av ulike aspekter av interaksjonen (for eksempel, hørsel språk, samvirkende ansikt-til-ansikt, eller griper inn i ledd oppmerksomhet). En strategi for å løse dette problemet innebærer blant annet ulike forhold som hver omfatter en viss del av sosial interaksjon. Dermed er dette paradigmet utformet for å systematisk å sammenligne hvordan EEG-kraft varierer i henhold til den spesifikke type av sosial input.

Det rapporteres innen-fagene paradigmet innebærer recording spedbarn EEG i løpet av 4 forhold. Betingelsene ble utformet både for å undersøke den funksjonelle arten av spedbarn EEG kraft – hvordan den varierer avhengig av opptak kontekst – og for å vurdere rollen til spesifikke typer sosiale innganger. Først en nonsocial tilstand ble inkludert hvor barnet så objektene på to dataskjermer. Ved å presentere gjenstander på dataskjermer i stedet for å ha en experimenter manipulere et objekt, er denne tilstanden klart nonsocial og innebærer ingen form for sosial input. Deretter en felles oppmerksomhet tilstand ble inkludert hvor eksperimentator rettet barnets oppmerksomhet til bilder og snakket om bildene. Den felles oppmerksomhet tilstand omfatter således tre typer sosial inngangs: ansikt-til-ansikt interaksjon, språk inngangs, og den ekstra komponent av ledd oppmerksomhet. Derfor er nonsocial og ledd oppmerksomhet forholdene varierer på tre dimensjoner (ansikt-til-ansikt interaksjon, språk inngangs, og tilstedeværelsen av skjøten oppmerksomhet). Således enhver differences i EEG kraft mellom nonsocial og ledd oppmerksomhet tilstander kan være en følge et hvilket som helst av disse tre sosiale innganger. Derfor, 2 ytterligere betingelser ble inkludert for å skille fra hverandre som aspekt av sosial inngangs forklart eventuelle observerte forskjeller i nerveaktivitet mellom nonsocial og ledd oppmerksomhet betingelser. For å vurdere effekten av språket, ble et språk som bare condition inkludert hvor barnet kan høre eksperimentator kommentere bildene på datamaskinene, men kunne ikke se eksperimentator. Hvis således EEG-strømmen var lignende under skjøten oppmerksomhet og språk bare betingelser sammenlignet med den nonsocial tilstand, denne effekten kunne tilskrives språk. Til slutt, for å vurdere effekten av ansikt-til-ansikt interaksjon, et sosialt engasjement tilstand var inkludert hvor experimenter var ansikt-til-ansikt med spedbarnet og betinget inngrep med spedbarn. Hvis EEG kraft var lignende under skjøten oppmerksomhet og samfunnsmessige inngrepsforhold i forhold til de nonsocial tilstand, kan forskjellen mellom fuge oppmerksomhet og nonsocial betingelser tilskrives ansikt-til-ansikt interaksjon. Hvis forskjellen mellom fuge oppmerksomhet og nonsocial betingelser ikke ble forklart med den språk eneste og samfunnsmessige engasjement forhold ville dette tyder på at tilstedeværelsen av skjøten oppmerksomhet spesifikt var forklare forskjeller i EEG-kraft. Dette paradigmet ble testet med 12-måneder gamle spedbarn, da dette er en alder når kapasiteten for felles oppmerksomhet er godt etablert 12. I tillegg er felles oppmerksomhet i denne perioden spesielt viktig for språkutviklingen i 2. leveår 13, 14, slik nevral aktivering i denne sammenheng var av spesiell interesse i denne alderen.

Paradigmet er utviklet for å opprettholde spedbarn interesse og samtidig sikre at vilkårene er standardisert og bare skiller seg i den type social inngang. Hver av de fire tilstander blir gjentatt en gang for en total av åtte blokker, som veksler mellom experimenter å være til stede (felles oppmerksomhet og samfunnsmessige inngrepsforhold) eller fraværende (nonsocial og språk bare betingelser). For å opprettholde konsistens, er fotografier av gjenstander presentert i alle forhold, og de samme ytringer brukes i hele blokker. I løpet av hver blokk, 10 fotografier av nonsocial objektene vises i rekkefølge på dataskjermer. Det er 10 kategorier av objekter (for eksempel blomst, hanske) og fire farger av hvert objekt. Dermed er de samme 10 kategorier av gjenstander presentert i hver blokk med fargen av gjenstandene varierende grader blokker. Stimuli ble valgt til å være interessant for spedbarn. I løpet av joint-oppmerksomhet og språk bare forhold, gjør eksperimentator en skript ytring som hvert objekt vises på skjermen. Det er 10 spesifikke tiden (med angitte retninger for å peke mot venstre eller høyre dataskjermen i leddetoppmerksomhet tilstand). Ytringer er den samme for den felles oppmerksomhet og språk bare betingelser, men som sagt i en variabel for å opprettholde spedbarn interesse og for å forhindre assosiere bestemte kategorier av objektet med bestemte tale. Rekkefølgen av ytringer er den samme for den første felles oppmerksomhet blokk og første språk bare blokken. Rekkefølgen deretter endres for andre felles oppmerksomhet og språk bare blokker. Til slutt, i retning av peke varierer for hvert ledd oppmerksomhet blokk og er pseudo-tilfeldig, slik at barn ikke kan forutse retningen.

Protocol

Alle prosedyrer ble godkjent av Boston University Institutional Review Board (IRB). 1. Rekruttering Identifisere potensielle deltakere gjennom deltaker databaser (hvis tilgjengelig), gjennom offentlig tilgjengelige statlige fødsel poster, gjennom online annonsering, og gjennom ansikt-til-ansikt rekrutteringsarrangementer. Ring potensielle deltakere og invitere dem til å delta i studien. Forklar at studien er å se på sosiale opplevelser og hvordan de forholde…

Representative Results

Infant Looking Behavior Representative resultatene er fra 73 x 12-måneder gamle spedbarn 12. Forholdene var effektiv i å endre spedbarns utseende atferd 16. I den sosiale engasjement tilstand, spedbarn brukt mesteparten av tiden ser på experimenter, som beregnet (i gjennomsnitt 60,06% av tiden under det sosiale engasjement tilstand). Videre hver spedbarn sett på eksperimentator …

Discussion

For det første er det viktig at den netto søknaden er korrekte og at impedansene er senket. For det andre er det viktig å forklare foreldrene hva EEG netto søknad og paradigmet vil innebære og hvordan foreldre kan bidra til å roe barnet hvis de blir masete uten å snakke med eller gjøre øyekontakt med barnet, noe som ville dimme linjene mellom sosiale og ikke-sosiale forhold. Videre ber foreldre å holde spedbarn fra å trekke på nettet, noe som kan påvirke EEG data og forårsake skade på nettet. Tredje, kons…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi takker Ryan Johnson og Leah Miller for deres hjelp i å samle inn data.

Materials

EEG Amplifier EGI N/A We used a net amps 300 system. Contact EGI for more information or to purchase. https://www.egi.com/
EEG Sensor Nets EGI N/A We used HDGSN 130 nets with 128 channels in pediatric sizes. Contact EGI for more information or to purchase. https://www.egi.com/clinical-division/geodesic-sensor-nets
EEG Recording Software Netstation N/A Contact EGI for more information or to purchase. https://www.egi.com/clinical-division/net-station
EEG Recording Computer Apple N/A An apple computer is required to run the Netstation software. The operating system just has to match the version of Netstation used.
Stimulus Presentation Computer Dell N/A E-Prime 2.0 is compatible with PCs running Microsoft Windows
XP SP3, Vista SP1, 7 SP1, 8/8.1 and 10
Stimulus Presentation Software – E-Prime 2.0 Professional Edition Psychology Software Tools, Inc. http://www.psychology-software-tools.mybigcommerce.com/e-prime-2-0-professional/
Stimulus Presentation Monitors Dell N/A LCD monitors are appropriate.
Potassium Chloride Sigma-Aldrich http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/p9541?lang=en&region=US
Pipettes Karter Scientific Labware Manufacturing Co. http://www.kartersci.com/7ml_Volume_3ml_Graduated_Transfer_Pipette_Karter_p/206h2.htm
Disinfectant-Control 3 Disinfectent Germicide Maril Products Inc https://www.amazon.com/Control-Disinfectant-Germicide-Cntrl3-Concntr/dp/B007AZ37VC
EEG Processing Software MATLAB https://www.mathworks.com/products/matlab/
Data Analysis Software SPSS https://www.ibm.com/marketplace/cloud/statistical-analysis-and-reporting/purchase/us/en-us#product-header-top
Coding Software – The Observer XT Noldus http://www.noldus.com/
General Note: This equipment list includes what was used in the presented study, however other systems and products with the same capabilities are also appropriate.

Referências

  1. Marshall, P. J., Reeb, B. C., Fox, N. A., Nelson, C. A. I., Zeanah, C. H. Effects of early intervention on EEG power and coherence in previously institutionalized children in Romania. Dev. Psychopathol. 20 (03), 861-880 (2008).
  2. Tarullo, A. R., Garvin, M. C., Gunnar, M. R. Atypical EEG power correlates with indiscriminately friendly behavior in internationally adopted children. Dev Psychol. 47 (2), 417-431 (2011).
  3. Adolphs, R. Cognitive neuroscience of human social behaviour. Nat. Rev. Neurosci. 4 (3), 165-178 (2003).
  4. Grossmann, T. The Development of Social Brain Functions in Infancy. Psychol Bull. , (2015).
  5. Fox, N. A., Henderson, H. A., Rubin, K. H., Calkins, S. D., Schmidt, L. A. Continuity and discontinuity of behavioral inhibition and exuberance: Psychophysiological and behavioral influences across the first four years of life. Child Dev. 72 (1), 1-21 (2001).
  6. Mundy, P., Card, J., Fox, N. EEG correlates of the development of infant joint attention skills. Dev Psychobiol. 36 (4), 325-338 (2000).
  7. Nichols, K. E., Martin, J. N., Fox, N. A. Individual differences in the development of social communication: Joint attention and temperament. Cogniţie Creier Comportament. 9 (2), 317-328 (2005).
  8. Mize, K. D., Jones, N. A. Infant physiological and behavioral responses to loss of maternal attention to a social-rival. Int J Psychophysiol. 83 (1), 16-23 (2012).
  9. Field, T., Fox, N. A., Pickens, J., Nawrocki, T. Relative right frontal EEG activation in 3- to 6-month-old infants of "depressed" mothers. Dev Psychol. 31 (3), 358-363 (1995).
  10. Jones, N. A., Field, T., Fox, N. A., Lundy, B., Davalos, M. EEG activation in 1-month-old infants of depressed mothers. Dev. Psychopathol. (03), 491-505 (1997).
  11. Jones, E. J. H., Venema, K., Lowy, R., Earl, R. K., Webb, S. J. Developmental changes in infant brain activity during naturalistic social experiences. Dev Psychobiol. 57 (7), 842-853 (2015).
  12. Mundy, P., Jarrold, W. Infant joint attention, neural networks and social cognition. Neural Netw. 23 (8-9), 985-997 (2010).
  13. Markus, J., Mundy, P., Morales, M., Delgado, C. E. F., Yale, M. Individual Differences in Infant Skills as Predictors of Child-Caregiver Joint Attention and Language. Soc Dev. 9 (3), 302-315 (2000).
  14. Mundy, P., Block, J., Delgado, C., Pomares, Y., Van Hecke, A. V., Parlade, M. V. Individual Differences and the Development of Joint Attention in Infancy. Child Dev. 78 (3), 938-954 (2007).
  15. Welch, M. G., Myers, M. M., et al. Electroencephalographic activity of preterm infants is increased by Family Nurture Intervention: A randomized controlled trial in the NICU. Clin Neurophysiol. 125 (4), 675-684 (2014).
  16. John, A. M., Kao, K., Choksi, M., Liederman, J., Grieve, P. G., Tarullo, A. R. Variation in infant EEG power across social and nonsocial contexts. J Exp Child Psychol. 152, 106-122 (2016).
  17. Gartstein, M. A., Rothbart, M. K. Studying infant temperament via the Revised Infant Behavior Questionnaire. Infant Behav Dev. 26 (1), 64-86 (2003).
  18. Calkins, S. D., Fox, N. A., Marshall, T. R. Behavioral and Physiological Antecedents of Inhibited and Uninhibited. Child Dev. 67 (2), 523-540 (1996).
  19. Henderson, L. M., Yoder, P. J., Yale, M. E., McDuffie, A. Getting the point: electrophysiological correlates of protodeclarative pointing. Int. J. of Dev. Neurosci. 20 (3-5), 449-458 (2002).
  20. Marshall, P. J., Bar-Haim, Y., Fox, N. A. Development of the EEG from 5 months to 4 years of age. Clin Neurophysiol. 113 (8), 1199-1208 (2002).
  21. Allen, J. J. B., Coan, J. A., Nazarian, M. Issues and assumptions on the road from raw signals to metrics of frontal EEG asymmetry in emotion. Bio Psychol. 67 (1-2), 183-218 (2004).
  22. Davidson, R. J. EEG Measures of Cerebral Asymmetry: Conceptual and Methodological Issues. Int. J. Neurosci. 39 (1-2), 71-89 (1988).
  23. Petersen, S. E., Posner, M. I. The Attention System of the Human Brain: 20 Years After. Annu. Rev. Neurosci. 35, 73-89 (2012).
  24. Williams, J. H. G., Waiter, G. D., Perra, O., Perrett, D. I., Whiten, A. An fMRI study of joint attention experience. NeuroImage. 25 (1), 133-140 (2005).
  25. Lachat, F., Hugueville, L., Lemaréchal, J. -. D., Conty, L., George, N. Oscillatory brain correlates of live joint attention: A dual-EEG study. Front Hum Neurosci. 6, (2012).
  26. Emery, N. J. The eyes have it: the neuroethology, function and evolution of social gaze. Neurosci Biobehav Rev. 24 (6), 581-604 (2000).
  27. Redcay, E., Kleiner, M., Saxe, R. Look at this: the neural correlates of initiating and responding to bids for joint attention. Front. Hum. Neurosci. 6, (2012).
  28. Tierney, A. L., Gabard-Durnam, L., Vogel-Farley, V., Tager-Flusberg, H., Nelson, C. A. Developmental Trajectories of Resting EEG Power: An Endophenotype of Autism Spectrum Disorder. PLoS ONE. 7 (6), e39127 (2012).
  29. Morales, M., Mundy, P., Delgado, C. E. F., Yale, M., Neal, R., Schwartz, H. K. Gaze following, temperament, and language development in 6-month-olds: A replication and extension. Infant Behav Dev. 23 (2), 231-236 (2000).
  30. Schilbach, L., Wilms, M., et al. Minds Made for Sharing: Initiating Joint Attention Recruits Reward-related Neurocircuitry. J Cogn Neurosci. 22 (12), 2702-2715 (2009).
  31. Gonzalez, S. L., Reeb-Sutherland, B. C., Nelson, E. L. Quantifying Motor Experience in the Infant Brain EEG Power, Coherence, and Mu Desynchronization. Front Psychol. 7, (2016).
check_url/pt/55596?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
St. John, A. M., Kao, K., Chita-Tegmark, M., Liederman, J., Grieve, P. G., Tarullo, A. R. A Within-subjects Experimental Protocol to Assess the Effects of Social Input on Infant EEG. J. Vis. Exp. (123), e55596, doi:10.3791/55596 (2017).

View Video