改变功能连通性多动症儿童中揭示了头皮脑电图:ERP研究

文摘

注意缺陷多动障碍(ADHD)是最常见的一种大脑神经发育障碍的童年。尽管有广泛的研究,但神经生物学机制ADHD还是离开了。因为赤字的函数,如注意力,多动症,证实了在我们目前的研究中,基于古怪的P3任务,相应的脑电图(EEG)的健康对照组(高碳钢)和多动症儿童最初收集。然后我们不仅关注与事件相关电位(ERP)诱发任务期间还调查了相关的大脑网络。尽管一个微不足道的行为差异被发现之间的高碳钢和多动症儿童,重要的电生理差异被发现在erp和大脑网络。详细功能失调的关注发生在早期阶段的设计任务;高碳钢相比,减少了P2、N2振幅在多动症儿童被发现,和非典型信息交互可能会进一步巩固这种赤字。一方面,当调查皮质活动,高碳钢招募了更为强大的大脑活动主要是在颞叶和额叶区域,相对于多动症孩子;另一方面,大脑网络显示非典型增强远程连接之间的额叶和枕叶,但减额之间的连接性,多动症儿童的顶叶和颞叶。我们希望在这个研究结果可能是有益的对患有ADHD的儿童认知过程的理解。

1。介绍

注意缺陷多动障碍(ADHD)是儿童中最常见的精神疾病之一,特点是age-inappropriate症状的注意力不集中,多动和冲动1]。它经常出现在童年和持续到青春期,甚至成年。的能力降低2)或功能失调的注意(3)不是ADHD症状的主要原因;与事件相关电位(ERP),如P2、N2, P3,一贯认为认知缺陷在感觉和认知过程的不同阶段、在ADHD (4]。P2,积极偏转达到顶峰150 - 250毫秒左右刺激呈现之后,在测量中扮演着关键角色的关注(5),它不仅能反映早期理解但也指数表示的更新响应新传入的信息(6]。一个较小的P2在ADHD反映了underactivation早期的定向过程和一个贫穷的注意力资源配置(7]。此外,N2,达到刺激发病后200 - 250毫秒左右,能反映认知控制成功的抑制控制和干扰抑制(8),也被发现是减少多动症患者(9]。P3是后面的ERP组件和山峰250 - 600毫秒左右,被广泛用于研究认知机制在神经精神疾病,包括小儿多动症(10]。例如,李等人建议,其余和任务P3脑电图(EEG)可以提供全面的信息可靠分类精神分裂症患者从健康对照组(高碳钢)[11]。此外,它的振幅也被发现是减少多动症(12]。可以看出,早期可能会影响后续反应过程(13];自P2、N2和P3指数不同的认知信息处理阶段,在这个工作中,所有这些组件的调查发现ADHD儿童的认知缺陷。

大脑不仅是一个动态的系统也是一个复杂的网络(14]。值得注意的是,除了孤立的大脑区域,大脑网络可以揭示不同脑区之间的信息交流和传播(15),提供更多的信息来阐明认知之间的关系和相关的大脑网络(16,17]。赤字的某些地区干扰大脑中的信息处理,因此导致网络故障(18]。多动症被形容为一个网络障碍(19),如多动症已经证明有关不仅与特定区域的结构性赤字,但也与结构互连(20.]。结构磁共振成像研究已经报道异常体积和大脑皮质厚度在多个区域(21),包括前额叶(22)、颞叶和顶叶(23皮质,多动症。神经网络(24]因此引起多动症之间的“桥梁”和脑网络分析(25]。例如,弗隆等人发现,提高全球网络效率与ADHD症状严重程度的增加相关联(26]。Srinivasan建议缺乏连通性的静态多动症和stimulus-induced overconnectivity状态之间的内部和额叶半球[27]。要理解网络机制多动症,我们随后利用大脑网络分析调查stimulus-induced ADHD儿童的网络结构。

在这项研究中,我们假设ERP成分的差异可能反映了多动症的认知缺陷发生的阶段,和脑网络分析可能会进一步揭示潜在的网络机制的任务行为ADHD在P3设计任务。因此,为了更好地了解多动症儿童招募认知资源完成任务,ERP和复杂网络分析采用调查潜在的高碳钢和多动症儿童之间的差异。

2。材料和方法

2.1。参与者

总共有71名儿童,其中包括40 ADHD儿童(35男性;的意思是 年, 年),31高碳钢(20男性;的意思是 年, 年)是从深圳罗湖区妇幼保健医院,中国。多动症儿童需要满足精神疾病诊断与统计手册第五版(第五版)标准的ADHD的诊断。两个精神病医生这些独立诊断基于dsm - 5,需要评估孩子们在两个或两个以上的情况下。对照组,没有多动症的同龄儿童或任何其他精神疾病。排除标准的神经紊乱,脑损伤的历史,精神发育迟滞,共病当前精神病诊断和其他神经发育障碍。

2.2。实验程序

我们的实验符合标准的古怪的范式,如图1。P3任务设计包含30个目标试验需要相应的学科的反馈后,连同120标准刺激不需要受试者的反应,在整个任务P3,刺激被随机呈现。,标准的刺激被定义为upward-oriented三角形与薄十字架的中心,而目标刺激被定义为down-oriented三角形与薄十字架的中心。在每个试验中,250 ms注意警报,准备500毫秒,500毫秒的刺激,和一个1000 ms打破了。受试者被要求一个标准键盘上按“1”键后尽快给出了目标刺激。

2.3。脑电图数据采集

EEG数据记录16通道Ag / AgCl(即。,Fp1/2, F3/4, C3/4, P3/4, O1/2, F7/8, T3/4, and T5/6) electrode cap (BrainMaster, Inc., Shenzhen, China). All electrodes were positioned according to the 10-20 international system. During online data recording, electrode AFz served as the reference. EEG signals were sampled at 1000 Hz and online bandpass filtered at 0.05-100 Hz. During recording, the impedances of all electrodes were kept below 5 kΩ。

2.4。行为数据分析

反应准确性(RA)的数量的比率是正确应对刺激的总数。反应时间(RT)测量的出现刺激反应的时间(按“1”键)记录中注明。之间的任何潜在的分歧在RA和RT高碳钢和多动症的孩子被一个独立的调查 - - - - - -测试。

2.5。脑电图数据分析

2.5.1。脑电图数据预处理

多种预处理过程,包括参考电极标准化技术(REST)引用(28- - - - - -29日30]]、[1 Hz带通滤波,1-s-length分段(200毫秒,800毫秒后目标开始,女士(-200、800))(0表示刺激发病)女士,女士(-200,0)基线校正,artifact-trial去除使用阈值的±100μV实施预处理EEG数据集。事实上,唤起P3,科目有他们所有的关注目标刺激,通过精神计数目标数或身体按所需的按钮(30.],澄清为保持关注目标的本质而不是P3代(31日]。在仔细检查这些离开的诱发erp试验,其余的 和 试验高碳钢和多动症儿童被包括在以下的分析中,分别是始终大于最小试验(即数量。之前,20)建议(32]。

2.5.2。ERP组件

预处理后,所有artifact-free试验trial-averaged为每个主题。然后,根据先前的研究7,33),相对广泛的间隔(150、200)女士为P2, N2(200、250)女士,女士(250、600),P3平均应用于ERP,提取相应的P2、N2, P3振幅。,相应的振幅/ ERP组件计算平均振幅在20 ms窗口集中在顶峰时期。此后,不同的P2、N2和P3高碳钢和多动症的孩子被一个独立的统计调查 - - - - - -测试。

2.5.3。脑网络

锁相值(PLV)提出了估计每一对之间的相位同步信号(34),已广泛应用于神经科学研究,如多动症(35]。相应的PLV值在[0,1]区间值较高的代表较强的节奏锁定。

估计相应的瞬时阶段,和 ,两个给定的信号, ,分析信号由希尔伯特变换(HT)定义如下: 在哪里(t),(t)的HT和 ,定义如下: 票面价值代表柯西主值的地方。然后,相应的瞬时阶段,和 ,可以计算如下:

最后,PLV值可以估计如下: 在哪里是连接PLV所估计的重量,是采样间隔,表示样本数量。

基于PLV,邻接矩阵/试验/主题第一次计算。之后,对于每一个主题,最后加权网络 邻接矩阵,矩阵被平均收购所有试验。基于这些构造的大脑网络,一个独立的 - - - - - -测试是用来调查两组之间的电位差在大脑结构。

2.5.4。源定位

在我们目前的研究中,当估计P2、N2的皮层电流密度的sLORETA (v20171101)。大脑皮层被建模为一个体积元素集合(压)脑成像中心提供的数字化地图,蒙特利尔神经学研究所(MNI) [36]。sLORETA方法发现一个特解nonunique EEG逆问题,假设相似的邻近的神经元激活的来源,其次是一个适当的电流密度的标准化,生产电动神经元活动的图像(37]。对于sLORETA过程的技术细节,MNI大脑体积扫描分辨率为5毫米。体素保留当他们明确贴上皮层灰质和当他们明确大脑内舱。sLORETA的解决方案空间因此局限于大脑皮层和海马的灰质图像代表了6239年体素,5毫米的空间分辨率。解剖标签被报道从MNI Talairach空间使用一个适当的调整38]。此外,铅场矩阵是通过标准化的边界元方法计算模型体积导体模型与真实头模型(39]。在此,基于sLORETA,我们估计每个ERP组件的电流密度对高碳钢和多动症的孩子。sLORETA解决方案的意思是对应于ERP成分得到在时间间隔内的ERP成分提取。然后,两组之间的差异相应皮层活动被一个独立的统计调查 - - - - - -测试。

3所示。结果

3.1。行为

之间没有显著差异在RA和RT首次发现在这项研究中,两组如表所示1。

3.2。ERP

此后,当调查有关ERP P3和P4电极组件,类似的结果在两个电极被发现。在细节,没有发现显著差异在P3高碳钢和多动症的孩子。相反,P2、N2的振幅减少多动症的孩子,相比高碳钢( ),作为显示在图2。

鉴于N2和P2的差异,两者之间的差异相应皮层活动组统计调查,如图3。详细,多动症的孩子相比,高碳钢额显示更强的活动,扣带,P2和中部地区( )在时间,额叶和枕叶区域N2 ( ),的MNI坐标, - - - - - -价值,体素数量表中列出2和3,分别。

3.3。脑网络

图4展示了确定拓扑差异( )在两组之间。在细节,相对更强的功能连通性(即。,red long-range edges) among frontal and occipital lobes but weaker linkages (i.e., blue edges) among frontal, parietal, and temporal regions were found for ADHD children, when compared to HCs.

4所示。讨论

如前所插图,多动症患者通常显示赤字各种显微镜台下的信息处理任务,如信息集成和神经反应阶段,而不是整个任务期间(5]。然而,任务的行为通常测量了整体性能而不是显微镜台下的信息处理(40),行为不敏感检测显微镜台下的性能;相比之下,相关的ERP分析可能是有益的。鉴于行为微不足道的差异之间的高碳钢和多动症的孩子,在这项研究中,我们进一步探讨电生理ERP和任何潜在的不同功能网络澄清ADHD儿童的基本认知缺陷。

受到外部刺激,达到令人满意的任务绩效,大脑必须接收、集成、过程,和应对他们的感知目标刺激。P3后对目标刺激神经元响应的决策过程41]。李等人。42)发现,中部地区作为重点源来调节整个大脑活动在决策过程中通过发送命令,P3峰发生时结束。当研究ERP的底层基础,第一次在响应阶段,现有的研究没有发现显著差异在P3高碳钢和多动症的孩子,这可能表明,两组之间的认知缺陷可能不会发生在反应阶段,但其他的,比如信息集成阶段,可由其他组件,如P2、N2。事实上,在我们目前的研究中,相应的电生理差异P2、N2两组之间确实存在。

P2被视为外生的响应,因为它会自动产生无论任务或关注的变量,但适合细心操作,和它的延迟和振幅可能共变方面的选择性注意或刺激编码流程(43]。因此,P2涉及感官的目标探测阶段(初44)、编码和分类(45];一个较小的P2表明早期的underactivation定向过程和一个贫穷的ADHD(注意力资源的分配46]。在这项研究中,与之前的研究一致(47],多动症的孩子被发现P2振幅降低,这可能是由于缺乏早期关注的刺激。此外,N2已经证明与初始刺激分类在选择性注意流48)和特定的视觉形态,这可能反映了加工所需的关注程度刺激的视觉皮层(49]。也许由于缺少视觉资源的合理分配,减毒N2 ADHD儿童在这项研究中被发现。,这些发现表明,高碳钢之间的认知过程的差异和多动症儿童可能确实躺在早期阶段(即。信息集成),而不是之后(即。,神经反应)。因此,多动症儿童显示缺乏自动化的初始刺激他们得到补偿后的分类控制注意流程和信息处理,这是早些时候提出的Karayanidis et al。50]。

这些差异的基础更多的证据将被收购,当考虑皮质N2和P2活动。一方面,多动症的孩子相比,高碳钢额显示更强的活动,扣带,中部地区P2。这些皮质参与代P2 [51在这些地区)和异常是常见的多动症52]。另一方面,时间,尤其是颞皮层和前额区域说明了早期的研究都与N2发电机(53,54];在特定的,额颞叶区域的神经活动与N2 (55]。右颞叶的活动在这个研究是符合报告的茜草属等人发现了激活的右侧颞叶在ADHD患者注意力的任务(56]。此外,枕叶皮质区有助于注意力处理(57),也被报道在ADHD(异常58]。

图4进一步显示了典型的交互的任务信息处理对ADHD的额叶和枕叶之间的远程连接可能被发现。事实上,在视觉任务,枕叶负责接收和整合视觉信息,由李等披露的研究构建大规模的皮质网络P3 (59),额叶导致广泛的认知功能,如注意力(60),决策(61年),和执行控制62年]。frequency-specified同步这些区域之间可以有效地调节认知信息处理(63年]。和老鼠和人类都有进一步的研究证明远程额叶和枕叶区域之间的联系促进更大的视觉诱发电位(64年,65年]。此外,李等人发现,远程frontal-occipital连接起着至关重要的作用,在P3代(66年]。增强frontal-occipital连接可能或者弥补赤字的早期信息集成阶段,从而帮助他们完成任务P3。

鉴于只有脑电图数据集收集几个ADHD的女孩,一个可能的限制是,我们目前的研究没有考虑性别效应;在未来,准确性ADHD儿童将被招募来验证是否性别会影响我们现在的发现。另一个可能是任务的行为并没有考虑在选择可靠的试验任务;在我们的未来,更详细的个人行为会被记录下来,然后在预处理,进一步验证我们当前的研究结果进行了分析。

5。结论

尽管没有显著差异的任务行为之间的高碳钢和多动症儿童被发现,电生理学的ERP和功能网络发现了潜在的认知缺陷多动症儿童,特别是在早期阶段的任务。特别是,显著差异在N2和P2振幅和皮质活动,但不是在P3,两组之间第一次被发现。和拓扑差异进一步显示,减毒功能连通性在额叶、顶叶、颞叶和多动症儿童,这可能被增强的远程frontal-occipital补偿连接来完成所需的任务。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

杨Chunli陈和欢同样导致了工作。

确认

这项工作得到了广东省的关键研究和发展项目,中国(# 2018 b030339001);中国国家自然科学基金(# 61961160705,# U19A2082, # 61901077);中国国家重点研究和发展计划(# 2017 yfb1002501);科学技术发展基金,澳门特别行政区(文件号0045/2019 / AFJ);和医学科学的凸轮创新基金(CIFMS) (2019 - i2m - 5 - 039)。

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