Longitudinal study on receiving extra motor stimulation in early infancy: High-density EEG analysis of cortical responses to visual motion

Abstract

Elektroencefalografi (EEG) ble brukt for å undersøke hjerneaktivitet som funksjonell responsmekanisme til visuell bevegelsesstimuli hos spedbarn som mottar ekstra motorisk stimuli og spedbarn som mottar en tradisjonell vestlig oppdragelse det første leveåret. I denne longitudinelle studien ble spedbarna presentert optisk strømningsmønster som simulerer forover og bakover selv-bevegelse og ustrukturert tilfeldig visuell bevegelse to ganger innen det første leveåret. Ved første test, 4-5 måneder, hadde spedbarna ingen erfaring med egenprodusert bevegelse, mens ved andre testing, 8-12 måneder, hadde spedbarna minst syv uker krabbeerfaring. «Visual evoked potentials»- (VEP), «temporal spectral evolution»- (TSE) og «coherence connectivity» analyse ble gjennomført for å undersøke forskjeller i hjerneaktivitet i respons til visuell bevegelsesstimuli. VEP-analysen viste betydelige kortere latenser for bevegelse sammenliknet med kontrollbarna ved begge testingene. Betydelig kortere N2-latenser for bevegelse ble også observert med alder i tillegg til betydelig kortere N2-latenser for forover bevegelse sammenliknet med bakover og tilfeldig bevegelse da spedbarna da 8-12 måneder. TSE-resultatene viste en progresjon fra desynkronisert lavfrekvent theta-aktivitet til desynkronisert høyfrekvent alfa-aktivitet som respons på bevegelse i løpet av det første leveåret. Ekstrastimulerte spedbarn viste også uttrykk av beta-bånd aktivitet ved 8-12 måneder. Coherence connectivity analysen viste et lite antall koblinger mellom hjerneområder ved første testing, men et økt antall koblinger ble observert kun hos de ekstrastimulerte spedbarna ved andre testing. Det ble konkludert med at den mer avanserte prosesseringen av visuell bevegelse hos ekstrastimulerte spedbarn ble attribuert til deres berikede motoriske stimulering. Den generelle forbedringen av visuell bevegelsespersepsjon det første leveåret ble relatert til en kombinasjon av erfaring med egenprodusert bevegelse og nevrobiologisk utvikling. Svakere responser hos kontrollspedbarna ble relatert til umodne visuelle baner involvert i bevegelsesprosessering som ble observert i tregere responstider og lavere oscillatoriske frekvenser.

Electroencephalogram (EEG) was used to investigate brain electrical activity as a functional response mechanism to visual motion stimuli in infants receiving extra motor stimulation and infants receiving a traditional Western upbringing. In this longitudinal study, infants were presented with an optic flow pattern simulating forwards and reversed self-motion, and unstructured random visual motion twice during the first year of life. Infants were pre-locomotor at the first session at 4-5 months and had at least 7 weeks of crawling experience at the second session at 8-12 months. Analyses of visual evoked potentials (VEP), temporal spectral evolution (TSE), and EEG coherence connectivity were performed. VEP results showed overall N2 latencies for motion to be significantly shorter for extrastimulated infants than for control infants in both sessions. Further, both infant groups showed a significant improvement in latencies with age and significantly shorter latencies for forwards optic flow as to reversed optic flow and random visual motion at 8-12 months. TSE results indicated a progression from desynchronised low-frequency theta-band acitivty to desyncrhonised high-frequency alpha-band activity observed at the end of the first postnatal year. However, extrastimulated infants also showed expressions of more mature beta-band activity at 8-12 months. EEG coherence connectivity analysis showed few significant connections when infants were 4-5 months, while increased connectivity was prominent in the extrastimulated infants at 8-12 months but not in the control group. It was concluded that the overall advanced performance of extrastimulated infants was attributed to their enriched motor stimulation. The substantial improvement in visual motion perception during the first year of life was interpreted as increased experience with self-produced locomotion and neurobiological development. Finally, the poorer responses in traditionally-raised control infants are probably related to immaturity of visual pathways involved in motion processing as observed in longer latencies and low-frequency oscillatory activity.