MEG induced activation measures in describing auditory cortex maturation

Abstract

Kuuloaivokuoren ärsykkeisiin liittyvien neuraalisten oskillaatioiden kehitystä ihmisellä ei vielä täysin tunneta. Tämän tutkimuksen tavoitteena on kuvata auditorisen prosessoinnin kehitystä induced-aktivaation ja phase-locking-arvon avulla. Koehenkilöt olivat 6–13,5-vuotiailta lapsia (N=36) sekä aikuisia (N=11). Koko pään kattavaa magnetoenkefalografiaa (MEG) käytettiin nauhoittamaan aivokuoren aktivaatiota passiivisen kuuntelun tehtävän aikana. Osallistujille esitettiin yksinkertaisia siniääniä (1000 Hz, kesto 50 ms) ärsykkeenä erikseen molempiin korviin. Induced-aktivaatiosta ja phase-locking-arvosta laskettiin aika-taajuuskuvat (time-frequency representation) sekä vasemman että oikean hemisfäärin aktivaation mukaan käyttämällä Morlet wavelet -muunnosta. Tarkempaa tutkimista varten aktivaation maksimin voimakkuus laskettiin aika-taajuuskuvan avulla.

Tulokset osoittivat merkittäviä eroja lasten ja aikuisten rytmisen induced-aktivaation ja phase-locking-arvon välillä. Aikuisilla havaittiin voimakkaampi vaste induced-aktivaatiossa ja varhaisemmat latenssit kuin lapsilla. Lisäksi aikuisilla oli lapsiin verrattuna nähtävissä voimakkaampi ja aikaisempi phase-locking-arvo. Tuloksissa ei havaittu eroja eri-ikäisten lapsiryhmien välillä. Kontralateraaliseen korvaan esitetty ärsyke aiheutti voimakkaamman, aikaisemman ja taajuudeltaan matalamman induced-aktivaation sekä voimakkaamman phase-locking-arvon kuin ipsilateraalinen ärsyke. Kontralateraalinen dominanssi oli havaittavissa jokaisessa ikäluokassa ja se näkyi ainoastaan oikeassa hemisfäärissä.

Löydökset osoittavat kuulotiedon käsittelyyn liittyvän rytmisen aktivaation kehityksen olevan keskeneräistä vielä 13 vuoden iässä. Tulokset viittaavat siihen, että kontralateraalinen preferenssi on kehittynyt ainakin 6-vuotiailla lapsilla ja että neuraalisten oskillaatioiden kehittymismekanismissa on eroja vasemman ja oikean hemisfäärin välillä. Tulokset antavat viitteitä siitä, että induced-aktivaation avulla voidaan luonnehtia auditorisen prosessoinnin kypsymisen erilaisia kehityskaaria, jotka todennäköisesti heijastavat ikään liittyviä eroavaisuuksia auditorisessa prosessoinnissa. Nämä tulokset tarjoavat pohjan tulevaisuuden tutkimuksille.

Maturational trajectory of stimulus-evoked changes in neural oscillation is still quite unknown in humans. The purpose of this study was to describe maturational changes of auditory processing in induced activation power and phase-locking values. The subjects were children between the age of 6 and 13 years (N=36) and adults (N=11). In this thesis, whole-head magnetoencephalography (MEG) were used to record cortical auditory activation during passive listening. The pure tones stimuli (1000 Hz, 50 ms duration) were monoaurally presented to both ears. Time-frequency analyses were applied using Morlet wavelet transform to stimulus induced power and phase-locking values from the left and the right auditory cortices. For closer examination, measures of the maximum activation were calculated from time-frequency representations.

The results revealed significant differences in rhythmic induced activity and inter-trial phase-locking between children and adults. Adults showed stronger induced power and earlier latencies than children. Also, adults had stronger phase-locking across trials and earlier timing of the maximum phase-locking than those in children. Changes between children in different age groups were not observed. Contralateral ear stimulation evoked stronger, earlier and lower frequency induced responses and also stronger phase-locking than ipsilateral ear stimulation. Further, contralateral dominance was observed in all age groups and only in the right hemisphere.

The findings indicate that the maturation of induced activation is not complete before the age of 13 years. Moreover, results imply that contralateral preference has developed in children at least by the age of 6, and suggest hemispheric differences in neural oscillatory maturation mechanism. The current data proposes that the temporal and spectral induced activation profiles might characterize different developmental trajectories, possibly reflecting age-related differences in neural auditory processing and providing a basis for further examination.