Detection and description of non-linear interdependence in normal multichannel human EEG data

Objectives: This study examines human scalp electroencephalographic (EEG) data for evidence of non-linear interdependence between posterior channels. The spectral and phase properties of those epochs of EEG exhibiting non-linear interdependence are studied. Methods: Scalp EEG data was collected from 40 healthy subjects. A technique for the detection of non-linear interdependence was applied to 2.048 s segments of posterior bipolar electrode data. Amplitude-adjusted phase-randomized surrogate data was used to statistically determine which EEG epochs exhibited non-linear interdependence. Results: Statistically significant evidence of non-linear interactions were evident in 2.9% (eyes open) to 4.8% (eyes closed) of the epochs. In the eyes-open recordings, these epochs exhibited a peak in the spectral and cross-spectral density functions at about 10 Hz. Two types of EEG epochs are evident in the eyes-closed recordings; one type exhibits a peak in the spectral density and cross-spectrum at 8 Hz. The other type has increased spectral and cross-spectral power across faster frequencies. Epochs identified as exhibiting non-linear interdependence display a tendency towards phase interdependencies across and between a broad range of frequencies. Conclusions: Non-linear interdependence is detectable in a small number of multichannel EEG epochs, and makes a contribution to the alpha rhythm. Non-linear interdependence produces spatially distributed activity that exhibits phase synchronization between oscillations present at different frequencies. The possible physiological significance of these findings are discussed with reference to the dynamical properties of neural systems and the role of synchronous activity in the neocortex. (C) 2002 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

Noninvasive measurement of cerebral bioimpedance for detection of cerebral edema in the neonatal piglet

The association of sustained cerebral edema with poor neurological outcome following hypoxia-ischaemia in the neonate suggests that measurement of cerebral edema may allow early prediction of outcome in these infants. Direct measurements of cerebral impedance have been widely used in animal studies to monitor cerebral edema, but such invasive measurements are not possible in the human neonate. This study investigated the ability of noninvasive cerebral impedance measurements to detect cerebral edema following hypoxia-ischaemia. One-day-old piglets were anaesthetized, intubated and ventilated. Hypoxia was induced by reducing the inspired oxygen concentration to 4-6% O-2. Noninvasive cerebral bioimpedance was measured using gel electrodes attached to the scalp. Cerebral bioimpedance was also measured directly by insertion of two silver-silver chloride electrodes subdurally. Noninvasive and invasive measurements were made before, during and after hypoxia. Whole body impedance was measured to assess overall fluid movements. Intracranial pressure was measured continuously via a catheter inserted subdurally, as an index of cerebral edema. There was good agreement between noninvasive and invasive measurements of cerebral impedance although externally obtained responses were attenuated. Noninvasive measurements were also well correlated with intracranial pressure. Whole body impedance changes did not account for increases in noninvasively measured cerebral impedance. Results suggest that noninvasive cerebral impedance measurements do reflect intracranial events, and are able to detect cerebral edema following hypoxia-ischaemia in the neonate. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Neonatal ethanol exposure reduces AMPA but not NMDA receptor levels in the rat neocortex

Fetal alcohol syndrome (FAS) is the leading cause of mental retardation in western society. We investigated possible changes in glutamate receptor levels in neonatal animals following ethanol exposure using radioligand binding and western blot analysis. We used a vapor chamber to administer ethanol to neonatal Wistar rats 3 h a day from postnatal day (PND) 4-9. A separation control group was separated from their mothers for the same time and duration as the vapor treatment, while a normal control group was left to develop normally. Daily ethanol administrations resulted in decreased brain weight and body weight, as well as microencephaly (decreased brain:body weight ratio). Neither the affinity nor maximum binding of [H-3]MK-801 (dizoclipine maleate) in the cortex of PND10 rats differed between treatment groups. Western blot analysis also failed to reveal any changes in NMDAR1, NMDAR2A, or NMDAR2B receptor levels. In contrast, the AMPA receptor subunit GluR1 was greatly reduced in vapor-treated pups compared with control pups, as revealed by western blot analysis. A similar reduction was found in westerns with an antibody recognizing the GluR2 and 4 subunits. These results indicate that ethanol reduces AMPA rather than NMDA receptors in the developing neocortex, possibly by blocking NMDA receptors during development. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Neonatal respiratory therapy in the new millennium: Does clinical practice reflect scientific evidence?

Respiratory therapy has historically been considered the primary role of the physiotherapist in neonatal intensive care in Australia. In 2001 a survey was undertaken of all level three neonatal intensive care units in Australia to determine the role of the physiotherapist and of respiratory therapy in clinical practice. It appears that respiratory therapy is provided infrequently, with the number of infants treated per month ranging from 0 to 10 in 15 of the 20 units who provide respiratory therapy, regardless of therapist availability. The median number of respiratory treatments per month during the week was three, and on weekends it was one. Respiratory therapy was carried out by physiotherapists and nurses in 54.6% of units, by physiotherapists only in 36.4% of units, and by nurses only in the remaining 9% of units surveyed. There was also a diminution of the role of respiratory therapy in the extubation of premature infants. A review of the literature shows that overall the use of respiratory therapy reflects current evidence. The question remains whether it is possible to maintain the competency of staff and justify the cost of training in the current healthcare economic climate. It seems probable that the future role of physiotherapists in neonatal intensive care unit may be in the facilitation of optimal neurological development of surviving very low birth weight infants.

Uma contribuição ao estudo de sinais de EEG para avaliar estados emocionais e mentais de crianças com autismo na interação com robô móvel

O Transtorno do Espectro do Autismo (TEA) caracteriza-se por uma série de distúrbios cognitivos e neurocomportamentais e sua prevalência mundial é estimada em 1 criança com TEA a cada 160 crianças com típico desenvolvimento (TD). Indivíduos com TEA apresentam dificuldade em interpretar as emoções alheias e em expressar sentimentos. As emoções podem ser associadas à manifestação de sinais fisiológicos, e, dentre eles, os sinais cerebrais têm sido muito abordados. A detecção dos sinais cerebrais de crianças com TEA pode ser benéfica para o esclarecimento de suas emoções e expressões. Atualmente, muitas pesquisas integram a robótica ao tratamento pedagógico do TEA, através da interação com crianças com esse transtorno, estimulando habilidades sociais, como a imitação e a comunicação. A avaliação dos estados mentais de crianças com TEA durante a sua interação com um robô móvel é promissora e assume um aspecto inovador. Assim, os objetivos deste trabalho foram captar sinais cerebrais de crianças com TEA e de crianças com TD, como grupo controle, para o estudo de seus estados emocionais e para avaliar seus estados mentais durante a interação com um robô móvel, e avaliar também a interação dessas crianças com o robô, através de escalas quantitativas. A técnica de registro dos sinais cerebrais escolhida foi a eletroencefalografia (EEG), a qual utiliza eletrodos colocados de forma não invasiva e não dolorosa sobre o couro cabeludo da criança. Os métodos para avaliar a eficiência do uso da robótica nessa interação foram baseados em duas escalas internacionais quantitativas: Escala de Alcance de Metas (do inglês Goal Attainment Scaling - GAS) e Escala de Usabilidade de Sistemas (do inglês System Usability Scale - SUS). Os resultados obtidos mostraram que, pela técnica de EEG, foi possível classificar os estados emocionais de crianças com TD e com TEA e analisar a atividade cerebral durante o início da interação com o robô, através dos ritmos alfa e beta. Com as avaliações GAS e SUS, verificou-se que o robô móvel pode ser considerado uma potencial ferramenta terapêutica para crianças com TEA.

Efeitos do isolamento social neonatal, da fluoxetina e do lactato desódio sobre o pânico experimental induzido por cianeto de potássio ou estimulação da matéria cinzenta periaquedutal em ratos

Os ataques de pânico (AP) podem ser precipitados pela inalação de dióxido de carbono (CO2 5%) ou pela infusão de lactato de sódio 0,5 mol/L (LAC) em pacientes predispostos, mas não nos indivíduos sadios ou pacientes com outros transtornos psiquiátricos. Estas e outras observações sugeriram que os AP sejam "alarmes falsos de sufocamento". O TP também caracteriza-se pela alta comorbidade com ansiedade de separação da infância (ASI). De fato, a ASI tem sido considerada como um fator predisponente tanto do pânico como da resistência aos panicolíticos. Estudos pré-clínicos do nosso laboratório mostraram, por outro lado, que a fluoxetina (FLX) atenua o pânico experimental à estimulação elétrica da matéria cinzenta periaquedutal dorsal (MCPAd) e à injeção de cianeto de potássio (KCN) em doses e regimes similares aos empregados na clínica. Adicionalmente, estes estudos mostraram que o isolamento social neonatal (ISN), um modelo de ASI, abole os efeitos panicolíticos da fluoxetina (1-2 mg.kg-1.dia-1, 21 dias) no modelo de pânico por estimulação da MCPAd. Portanto, o presente trabalho avaliou os efeitos da administração de 4 mg/kg de FLX (Estudo-1) e da infusão de uma solução 0,5 mol/L de LAC (Estudo-2) sobre as respostas de pânico à estimulação da MCPAd ou à injeção de KCN, respectivamente, em ratos submetidos ao isolamento social neonatal tanto efetivo (ISN) quanto fictício (ISF). No Estudo-1, ratos Wistar machos adultos submetidos ao ISN (3 h diárias) ou ao ISF (somente manipulação), ao longo da lactação, foram implantados com eletrodos na MCPAd e tratados com salina (0,9%, SAL) ou FLX (4 mg.kg-1.dia-1) ao longo de 21 dias. Nos ratos tratados com SAL, enquanto os limiares das respostas de pânico mantiveram-se praticamente inalterados no grupo ISF, eles foram progressivamente aumentados no grupo ISN. Os ratos tratados com FLX4 apresentaram limiares mais elevados que aqueles dos ratos tratados com SAL. A comparação aos limiares basais mostrou que a FLX4 teve efeitos diferenciados nos grupos ISF e ISN, aumentando ou reduzindo seus limiares, respectivamente. Embora não tenhamos observado diferenças dos efeitos da FLX4 sobre os limiares de pânico dos grupos ISN e ISF, as variações percentuais em relação à sessão de triagem indicam que a FLX4 teve efeitos até mesmo facilitadores. Estes resultados estendem observações anteriores da ausência de efeitos de doses menores de FLX nos ratos submetidos ao ISN. Por sua vez, o Estudo-2 mostrou que a infusão endovenosa de uma concentração clinicamente eficaz de LAC (0,5 mol/L) não tem efeito algum sobre o pânico induzido pelo KCN em ratos tanto virgens quanto submetidos ao ISF ou ISN. Embora os últimos resultados sugiram que os AP ao KCN (em ratos) e LAC (em humanos) envolvam mecanismos distintos, a conclusão definitiva requer experimentos adicionais com concentrações maiores de LAC.

Deficiência auditiva na toxoplasmose congênita detectada pela triagem neonatal

A toxoplasmose congênita pode causar déficit neurossensorial em até 20% dos casos e o tratamento no primeiro ano de vida melhora o prognóstico. No Brasil, desconhece-se o impacto da infecção na hipoacusia. OBJETIVO: Avaliar a audição de crianças com toxoplasmose congênita identificadas pela triagem neonatal. MATERIAL E MÉTODO: Estudo prospectivo de crianças com toxoplasmose congênita identificadas pela triagem neonatal (IgM anti-T. gondii) em Belo Horizonte, durante 2003/2004. Realizada sorologia confirmatória (mãe/filho) e consideradas positivas as crianças apresentando IgM e/ou IgA nos primeiros seis meses ou IgG aos 12 meses de vida. Avaliações auditivas ao diagnóstico e após 12 meses incluíram Audiometria Comportamental, Emissões Otoacústicas, Imitanciometria, Audiometria de Tronco Encefálico. RESULTADOS: Dentre 30.808 crianças triadas (97% dos nascidos vivos), 20 apresentavam toxoplasmose congênita, 15 (75%) com infecção subclínica. Dezenove crianças realizaram avaliação auditiva. Quatro apresentaram déficit neurossensorial (21,1%). Uma criança apresentou outros fatores de risco para hipoacusia; nas outras três, a toxoplasmose foi o único fator observado. Duas crianças, tratadas adequadamente com antiparasitários, apresentaram déficit auditivo, em desacordo com a literatura. CONCLUSÃO: Os achados sugerem que a toxoplasmose congênita, prevalente no Brasil, é um fator de risco para hipoacusia e o impacto dessa infecção nas perdas auditivas deve ser estudado.

Triagem Auditiva Neonatal: relação entre banho e índice de reteste

Uma das metas de um Programa de Triagem Auditiva Neonatal (TAN) consiste numa porcentagem baixa de retestes. OBJETIVO: Investigar a relação entre o índice de retestes e o banho do neonato. Forma de Estudo: Coorte contemporânea com corte transversal. MATERIAL E MÉTODO: Os resultados das Emissões Otoacústicas Evocadas por Estímulo Transiente (EOET) foram comparados às informações referentes a auxiliar de enfermagem que ministrou o banho no dia do exame (373 neonatos), bem como ao tempo transcorrido entre a pesquisa das EOET e o último banho (350 neonatos). RESULTADOS: Foram constatadas diferenças significantes estatisticamente entre as porcentagens de encaminhamento para reteste quando o banho foi ministrado por algumas auxiliares de enfermagem. Além disso, a porcentagem de retestes diminuiu significantemente quando o tempo transcorrido entre o último banho e a pesquisa das EOET foi superior a 7 horas e 50 minutos. CONCLUSÃO: A umidade do meato acústico externo, ocasionada por uma proteção inadequada contra a entrada de água no momento do banho e o curto intervalo de tempo entre o banho e a pesquisa das EOET podem ser considerados como possíveis fatores geradores de retestes nos programas de TAN.

Resultados de um programa de triagem auditiva neonatal em Maceió

Desde 1998, com a criação do grupo de apoio a triagem auditiva neonatal, vários programas de triagem auditiva foram implantados no país. Em Alagoas, o primeiro programa foi criado em 2003, do qual não se publicou nenhum resultado. Sabe-se que a audição é importante para a comunicação humana, pois a perda auditiva na criança pode acarretar distúrbios na aquisição da fala, na linguagem e no desenvolvimento emocional, educacional e social. OBJETIVO: Apresentar os resultados obtidos em um programa de triagem auditiva neonatal em Maceió. MATERIAL E MÉTODO: Trata-se de um estudo analítico retrospectivo para analisar exames realizados entre setembro de 2003 e dezembro de 2006 em um hospital privado de Maceió. RESULTADOS: De 2002 recém-nascidos, 1626 atenderam aos critérios de inclusão, sendo 835 (51,4%) do sexo masculino. A triagem auditiva foi adequada em 1416 casos (87,1%), sendo a faixa etária mais freqüente entre 16 e 30 dias. No total, 163 (10,0%) apresentavam indicadores de risco para deficiência auditiva, o mais freqüente foi a hiperbilirrubinemia. CONCLUSÕES: Os resultados estatísticos obtidos neste programa de triagem auditiva demonstram a importância da implantação e manutenção de um programa dessa natureza. Esta análise foi considerada importante para contribuição de um estudo multinacional ou regional.

Análise da implantação de programa de triagem auditiva neonatal em um hospital universitário

Aperda auditiva é mais prevalente que outros distúrbios já rastreados ao nascimento. Esforços têm sido feitos para identificação e tratamento precoces de perdas auditivas por meio de programas de triagem auditiva neonatal. OBJETIVO: Estudo prospectivo com objetivo caracterizar o processo de implantação do Programa de Triagem Auditiva Neonatal (PTAN) num Hospital Universitário. Analisar a investigação diagnóstica de perda auditiva em recém-nascidos. Apresentar propostas para aprimoramento do PTAN. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram estudados recém-nascidos (RNs) submetidos à TAN por emissões otoacústicas transientes (EOAT), reflexo cócleo-palpebral (RCP) e Potencial Evocado Auditivo de Tronco Encefálico (PEATE). RESULTADOS: Foram testadas 625 crianças. Na primeira etapa passaram 458 RNs e falharam 155. Retornaram na segunda etapa 122 RNs, sendo que 8 o fizeram por apresentar fator de alto risco para PA. Encaminhados para investigação diagnóstica 12 RNs (1,9%). Dos 5 que retornaram para PEATE, observou-se PA em dois RNs. CONCLUSÃO: O programa testou 81,7% dos candidatos. O índice de adesão ao programa foi 68,2%. Na primeira etapa falharam 26,7% dos RNs. A implantação do programa está em andamento e necessita constantemente de análise das dificuldades, visando solucioná-las a fim de tornar a Triagem Auditiva Neonatal Universal uma realidade.

Effects of Age-Related Cognitive Deficits on EEG Phase Coherence

Body and brain undergo several changes with aging. One of these changes is the loss of neuroplasticity, which leads to the decrease of cognitive abilities. Hence the necessity of stopping or reversing these changes is of utmost importance to contemporary society. In the present work, electroencephalogram (EEG) markers of cognitive decline are sought whilst the subjects perform the Wisconsin Card Sorting Test (WCST). Considering the expected age-related cognitive deficits, WCST was applied to young and elder participants. The results suggest that coherence on theta and alpha EEG rhythms decrease with aging and increase with performance. Additionally, theta phase coherence seems more sensitive to performance, while alpha synchronization appears as a potential ageing marker.

A Wireless EEG Acquisition Platform based on Embedded Systems

This paper proposes a wireless EEG acquisition platform based on Open Multimedia Architecture Platform (OMAP) embedded system. A high-impedance active dry electrode was tested for improving the scalp- electrode interface. It was used the sigma-delta ADS1298 analog-to-digital converter, and developed a “kernelspace” character driver to manage the communications between the converter unit and the OMAP’s ARM core. The acquired EEG signal data is processed by a “userspace” application, which accesses the driver’s memory, saves the data to a SD-card and transmits them through a wireless TCP/IP-socket to a PC. The electrodes were tested through the alpha wave replacement phenomenon. The experimental results presented the expected alpha rhythm (8-13 Hz) reactiveness to the eyes opening task. The driver spends about 725 μs to acquire and store the data samples. The application takes about 244 μs to get the data from the driver and 1.4 ms to save it in the SD-card. A WiFi throughput of 12.8Mbps was measured which results in a transmission time of 5 ms for 512 kb of data. The embedded system consumes about 200 mAh when wireless off and 400 mAh when it is on. The system exhibits a reliable performance to record EEG signals and transmit them wirelessly. Besides the microcontroller-based architectures, the proposed platform demonstrates that powerful ARM processors running embedded operating systems can be programmed with real-time constrains at the kernel level in order to control hardware, while maintaining their parallel processing abilities in high level software applications.