تغییرات ارتباطات عملکردی در مغز کودکان مبتلا به اختلال نقص توجه/بیش فعالی با استفاده از سیگنال های EEG حالت استراحت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی فارسی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه صنعتی شیراز

2 گروه مخابرات، دانشگاه صنعتی شیراز

3 دانشگاه علوم اجتماعی و انسانی SWPS، ورشو، لهستان

4 آزمایشگاه عصب شناسی احساسات، موسسه زیست شناسی تجربی ننکی، آکادمی علوم لهستان، ورشو، لهستان.

5 دانشگاه پیکاردی ژول ورن، فرانسه

چکیده

اختلال نقص توجه/بیش فعالی (ADHD) یکی از شایع‌ترین اختلالات عصبی رشدی در کودکان است. ما در این مطالعه، تغییرات ارتباطات عملکردی در کودکان مبتلا به ADHD را در مقایسه با افراد سالم (HC) با استفاده از داده های الکتروانسفالوگرافی (EEG) با رزولوشن بالا بررسی نموده‌ایم. در ابتدا داده‌های EEG ثبت شده توسط الکترودها را به فضای سورس منتقل نموده و چگالی جریان منابع مغزیِ کودکان مبتلا و سالم را با استفاده از روش eLORETA محاسبه کرده ایم. سپس شاخص همزمانی تاخیر فاز (LPS) را جهت ارزیابی اختلافات بین گروهی در ارتباطات عملکردی، مورد استفاده قرار داده‌ایم. همچنین تفاوت ها در ویژگی‌های توپولوژیک شبکه های مغزی ADHD و HC را بررسی نمودیم. در مقایسه با HC، کودکان ADHD در باند فرکانسی دلتا، کاهش LPS را در نواحی پس سر مشخص نمودند. همچنین ADHD، افزایش LPS را در باندهای تتا و آلفا در نواحی فرونتال، تمپورال، مرکزی و پس سر آشکار کرده اند. هر دو گروه ADHD و HC خاصیت جهان کوچکی (S>1) را در همه ی باندهای فرکانسی نشان داده اند. در مقایسه با HC، ADHD افزایش کارایی عمومی را در باند دلتا و کاهش میانگین ضریب خوشه بندی را در باند تتا نشان داده اند. یافته های ما نشان می دهند، تجزیه و تحلیل داده های EEG در فضای سورس، تغییرات ارتباطات عملکردی را در کودکان ADHD بخوبی نشان می دهند.

کلیدواژه‌ها


[1] P. Shaw et al., "Attention-deficit/hyperactivity disorder is characterized by a delay in cortical maturation," Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 104, no. 49, pp. 19649-19654, 2007.
[2] Y. Wang, C. Zuo, Q. Xu, L. Hao, and Y. Zhang, "Attention-deficit/hyperactivity disorder is characterized by a delay in subcortical maturation," Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, vol. 104, p. 110044, 2020.
[3] M. Murias, S. J. Webb, J. Greenson, and G. Dawson, "Resting state cortical connectivity reflected in EEG coherence in individuals with autism," Biological psychiatry, vol. 62, no. 3, pp. 270-273, 2007.
[4] S. Furlong, J. R. Cohen, J. Hopfinger, J. Snyder, M. M. Robertson, and M. A. Sheridan, "Resting-state EEG Connectivity in Young Children with ADHD," Journal of Clinical Child & Adolescent Psychology, pp. 1-17, 2020.
[5] Y. Wang, F. Tao, C. Zuo, M. Kanji, M. Hu, and D. Wang, "Disrupted Resting Frontal–Parietal Attention Network Topology Is Associated With a Clinical Measure in Children With Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder," Frontiers in psychiatry, vol. 10, p. 300, 2019.
[6] J. S. Bendat and A. G. Piersol, Random data: analysis and measurement procedures. John Wiley & Sons, 2011.
[7] C. J. Stam, G. Nolte, and A. Daffertshofer, "Phase lag index: assessment of functional connectivity from multi channel EEG and MEG with diminished bias from common sources," Human brain mapping, vol. 28, no. 11, pp. 1178-1193, 2007.
[8] C. J. Stam, B. Jones, G. Nolte, M. Breakspear, and P. Scheltens, "Small-world networks and functional connectivity in Alzheimer's disease," Cerebral cortex, vol. 17, no. 1, pp. 92-99, 2007.
[9] P. Barttfeld et al., "Functional connectivity and temporal variability of brain connections in adults with attention deficit/hyperactivity disorder and bipolar disorder," Neuropsychobiology, vol. 69, no. 2, pp. 65-75, 2014.
[10] H. Dini, F. Ghassemi, and M. S. Sendi, "Investigation of Brain Functional Networks in Children Suffering from Attention Deficit Hyperactivity Disorder," Brain Topography, vol. 33, no. 6, pp. 733-750, 2020.
[11] M. Ahmadlou and H. Adeli, "Functional community analysis of brain: A new approach for EEG-based investigation of the brain pathology," Neuroimage, vol. 58, no. 2, pp. 401-408, 2011.
[12] C. Chen et al., "Altered Functional Connectivity in Children with ADHD Revealed by Scalp EEG: An ERP Study," Neural Plasticity, vol. 2021, 2021.
[13] M. Ahmadlou, H. Adeli, and A. Adeli, "Graph theoretical analysis of organization of functional brain networks in ADHD," Clinical EEG and neuroscience, vol. 43, no. 1, pp. 5-13, 2012.
[14] A. H. Ghaderi, M. A. Nazari, H. Shahrokhi, and A. H. Darooneh, "Functional brain connectivity differences between different ADHD presentations: impaired functional segregation in ADHD-combined presentation but not in ADHD-inattentive presentation," Basic and Clinical Neuroscience, vol. 8, no. 4, p. 267, 2017.
[15] M. Ahmadi et al., "Cortical source analysis of resting state EEG data in children with attention deficit hyperactivity disorder," Clinical Neurophysiology, vol. 131, no. 9, pp. 2115-2130, 2020.
[16] R. D. Pascual-Marqui et al., "The resting microstate networks (RMN): cortical distributions, dynamics, and frequency specific information flow," arXiv preprint arXiv:1411.1949, 2014.
[17] L. Canuet et al., "Resting-state EEG source localization and functional connectivity in schizophrenia-like psychosis of epilepsy," PloS one, vol. 6, no. 11, p. e27863, 2011.
[18] R. D. Pascual-Marqui, "Instantaneous and lagged measurements of linear and nonlinear dependence between groups of multivariate time series: frequency decomposition," arXiv preprint arXiv:0711.1455, 2007.
[19] D. S. Bassett, E. T. Bullmore, A. Meyer-Lindenberg, J. A. Apud, D. R. Weinberger, and R. Coppola, "Cognitive fitness of cost-efficient brain functional networks," Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 106, no. 28, pp. 11747-11752, 2009.
[20] M. Rubinov and O. Sporns, "Complex network measures of brain connectivity: uses and interpretations," Neuroimage, vol. 52, no. 3, pp. 1059-1069, 2010.
[21] D. J. Watts and S. H. Strogatz, "Collective dynamics of ‘small-world’networks," nature, vol. 393, no. 6684, pp. 440-442, 1998.
[22] R. J. Barry, A. R. Clarke, R. McCarthy, and M. Selikowitz, "EEG coherence in attention-deficit/hyperactivity disorder: a comparative study of two DSM-IV types," Clinical Neurophysiology, vol. 113, no. 4, pp. 579-585, 2002.
[23] J. Montagu, "The hyperkinetic child: a behavioural, electrodermal and EEG investigation," Developmental Medicine & Child Neurology, vol. 17, no. 3, pp. 299-305, 1975.
[24] R. J. Chabot and G. Serfontein, "Quantitative electroencephalographic profiles of children with attention deficit disorder," Biological psychiatry, vol. 40, no. 10, pp. 951-963, 1996.
[25] W. Klimesch, P. Sauseng, and S. Hanslmayr, "EEG alpha oscillations: the inhibition–timing hypothesis," Brain research reviews, vol. 53, no. 1, pp. 63-88, 2007.
[26] M. E. Smith, L. K. McEvoy, and A. Gevins, "Neurophysiological indices of strategy development and skill acquisition," Cognitive Brain Research, vol. 7, no. 3, pp. 389-404, 1999.
[27] T. S. Hale et al., "Atypical alpha asymmetry in adults with ADHD," Neuropsychologia, vol. 47, no. 10, pp. 2082-2088, 2009.
[28] M. Jouzizadeh, R. Khanbabaie, and A. Ghaderi, " A spatial profile difference in electrical distribution of resting-state EEG in ADHD children using sLORETA," International Journal of Neuroscience, vol. 130, no. 9, pp. 917-925, 2020