Extra motor stimulation and the development of speed perception in infants: A longitudinal high-density EEG study

Abstract

En studie av høy tetthetselektroencefalografi (HD EEG) ble gjennomført for å undersøke effekten av ekstra motorisk stimulering på utviklingen av hastighetsoppfattelse i løpet av det første leveåret. Spedbarn som fikk ekstra stimulering i form av babysvømming og kontrollbarn uten babysvømmingserfaring ble testet langsiktig i en alder av 4-5 måneder før begynnelsen av lokomosjon og i en alder av 9-12 måneder med minst flere uker erfaring med krabbing. Hjerneaktivitet ble målt som svar på et optisk strømningsmønster som bestod av en virtuell vei med bevegelige staver på hver side som simulerer strukturert fremoverbevegelse ved tre ulike økologisk relevante hastigheter. Visual evoked potential (VEP) og temporal spectral evolution (TSE) ble analysert på EEG-data registrert med en 128-kanals sensormatrise. VEP-resultatene viste at N2-latenser for bevegelse ble betydelig kortere for ekstra-stimulerte spedbarn enn for kontrollbarn på tvers av testøktene. Resultatene viste videre en betydelig forbedring i latenstid med alder, hvor ekstra-stimulerte og kontrollspedbarn på 9-12 måneder viste signifikant kortere latenstid for visuell bevegelse enn ved 4-5 måneder. I tillegg var kun eldre spedbarn som hadde erfaring med selvforskyldt forflytting på 9-12 måneder i stand til å skille mellom lav, middels og høy hastighet med kortest latenstid for lav hastighet og lengst latenstid for høy hastighet. TSE-resultatene viste en progresjon fra lavfrekvent thetaaktivitet til høyfrekvent alfaaktivitet som respons på bevegelse i løpet av det første leveåret. Bare ekstra-stimulerte spedbarn på 9-12 måneder viste voksenlignende betabandaktivitet i tillegg. Det ble konkludert med at de observerte endringene i hjernens elektriske aktivitet i VEPer og TSEer som svar på visuell bevegelse i løpet av det første leveåret er relatert til en interagerende prosess mellom nevrobiologisk utvikling og den økte erfaringen med egenproduserte bevegelser, mens ekstra motorisk stimulering bidro til en akselerert utvikling av visuell bevegelsesoppfatning hos ekstrastimulerte spedbarn. For en bedre forståelse av sammenhengen mellom ekstra motorisk stimulering og utvikling av visuell bevegelsesoppfatning, og mulige langtidseffekter utover barndommen, foreslås videre forskning i et livsløpsperspektiv.

A high-density electroencephalography (HD EEG) study was carried out to investigate the effects of receiving extra motor stimulation on the development of speed perception during the first year of life. Infants having received extra stimulation in the form of baby swimming courses and control infants without baby swimming experience were tested longitudinally at the age of 4-5 months prior to the onset of locomotion and at the age of 9-12 months with at least several weeks of crawling experience. Brain activity was measured in response to an optic flow pattern consisting of a virtual road with moving poles at either side of it, simulating structured forward motion at three different ecologically valid speeds. Visual evoked potential (VEP) and temporal spectral evolution (TSE) were analysed on EEG data recorded with a 128-channel sensor array. VEP results showed overall N2 latencies for motion to be significantly shorter for extra-stimulated infants than for control infants across testing sessions. The results further revealed a significant improvement in latencies with age, where extra-stimulated and control infants at 9-12 months had shorter latencies for visual motion than at 4-5 months. In addition, only the infants with locomotor experience at 9-12 months could significantly differentiate between low, medium and high speed with shortest latency for low speed and longest latency for high speed. TSE results indicated a progression from low-frequency theta band activity to high-frequency alpha activity in response to motion during the course of the first year. Only extra-stimulated infants at 9-12 months showed adult-like beta band activity in addition. It was concluded that the observed changes in brain electrical activity in VEPs and TSEs in response to visual motion during the first year of life are related to an interacting process between neurobiological development and increased self-produced locomotor experience, while extra motor stimulation contributed to an accelerated development of visual motion perception in extra-stimulated infants. For a better understanding of the association between extra motor stimulation and the development of visual motion perception, and possible long-term effects beyond infancy, further research in a life-span perspective is suggested.