Extra Motor Stimulation and the Development of Optic Flow Perception in Infancy: A High-Density EEG Study

Abstract

Denna studie använde sig av elektroencefalogram (EEG) för att undersöka huruvida extra motorisk stimulering faciliterar utvecklingen av rörelseperception hos spädbarn. Spädbarn som mottagit extra motorisk stimulering (5 pojkar, 5 flickor) och spädbarn som mottagit en traditionell Västerländsk uppfostran (5 pojkar, 5 flickor), presenterades med ett optiskt flöde- paradigm först vid 3–5 månaders ålder, och därefter vid 8–12 månaders ålder. Det optiska flödes-experimentet bestod av tre visuella rörelsebetingelser som simulerade framåt optiskt flöde, omvänd optisk flöde och slumpmässig visuell rörelse. EEG-data registrerades med hjälp av 128 sammansydda elektroder jämnt fördelade på spädbarnets skalp, och utsattes för analyser av visuella framkallade potentialer (VEP) och tidsmässig spektral utveckling (TSE – amplitudförändringar över tid). VEP-resultat visade att traditionellt uppfostrade spädbarn var oförmögna att skilja mellan de tre rörelsebetingelserna vid den första test-sessionen, men skiljde signifikant mellan strukturerat optiskt flöde (framåt optiskt flöde och omvänd optiskt flöde) och slumpmässig rörelse vid den andra sessionen, med längst latenser för slumpmässig visuell rörelse. Extra-stimulerade spädbarn skiljde signifikant mellan strukturerat optiskt flöde och slumpmässig visuell rörelse redan vid den första test-sessionen, och bearbetade strukturerat optiskt flöde snabbare än slumpmässig visuell rörelse. Vid den andra test- sessionen skiljde extrastimulerade spädbarn signifikant mellan varje rörelsebetingelse och hade kortast latenser för framåt optiskt flöde, efterföljt av omvänd optiskt flöde, och längst latenser för slumpmässig rörelse. De totala latenserna visade sig vara signifikant kortare för extrastimulerade spädbarn än för traditionellt uppfostrade spädbarn vid båda test-sessionerna. TSE-resultat vid jämförelse av de tre rörelsebetingelserna med statisk icke-flöde visade att traditionellt uppfostrade spädbarns responser dominerades av desynkroniserade theta- oscillationer vid 3–5 månaders ålder, efterföljt av en ökning av desynkroniserade alpha- oscillationer vid den andra test-sessionen. TSE-kartor över extrastimulerade spädbarn avslöjade desynkroniserade theta-oscillationer vid 3–5 månaders ålder och en ökning av oscillerande aktiviteter i alpha-beta-frekvensintervaller vid den andra test-sessionen. Medan den observerade utvecklingsprogressionen hos traditionellt uppfostrade spädbarn tillskrevs neural mognad och erfarenhet av egenproducerad rörelse, bidrog extra motorisk stimulering sannolikt till en påskyndad utveckling av visuell rörelseuppfattning hos stimulerade spädbarn. Ytterligare forskning är motiverad för att undersöka sambandet mellan extra motorisk stimulering och utveckling av visuell rörelseuppfattning hos spädbarn.

High-density electroencephalogram (EEG) was used for examining whether receiving extra motor stimulation during the first year of life facilitates the development of visual motion perception. Infants receiving extra motor stimulation (5 boys, 5 girls) and infants receiving a traditional Western upbringing (5 boys, 5 girls), were presented with an optic flow paradigm at 3–5 months of age, and then again at 8–12 months of age. The optic flow experiment comprised three different visual motion conditions simulating forwards optic flow, reversed optic flow, and random visual motion. EEG data was recorded using a 128-channel sensor array and subjected to analyses of visual evoked potentials (VEPs) and temporal spectral evolution (TSE – time dependent amplitude changes). For VEPs, traditionally-raised infants were not able to differentiate between motion conditions in the first session, but had significantly shorter latencies for structured optic flow (forwards optic flow and reversed optic flow) than for random visual motion in the second session. Extra-stimulated infants significantly differentiated between structured optic flow and random visual motion already in the first testing session, and processed structured optic flow significantly faster than they did random visual motion. In the second session, extra-stimulated infants significantly discriminated between each of the three motion conditions, with the shortest latencies observed for forwards optic flow, followed by reversed optic flow, and the longest for random visual motion. In addition, VEP results revealed overall latencies to be significantly shorter for extra-stimulated infants than for traditionally-raised infants across testing sessions. TSE results when comparing the three motion conditions with static non-flow revealed traditionally-raised infants’ induced responses to be dominated by desynchronised activities in the theta frequency range in the first testing session, followed by an increase in desynchronised activities in the alpha frequency range in the second session. TSE maps of extra-stimulated infants revealed oscillatory activities in the theta frequency range in the first session, and oscillatory activities at higher frequencies in the alpha-beta frequency ranges in the second session. It was concluded that while the developmental progression observed in traditionally-raised infants could be attributed to neural maturation and onset of self-produced locomotion, extra motor stimulation was likely to have contributed to accelerated development of visual motion perception in extra-stimulated infants. Further research is warranted for examining the association between extra motor stimulation and development of visual motion perception in infancy.