Auditory stead-state responses as a marker of cortical arousal

The topic of this experimental thesis was a pilot study testing usefulness of auditory steady-state responses (ASSR) as a diagnostic tool for identifying the presence of consciousness in severely brain injured patients. As a model for impaired neural connectivity, a deep NREM sleep (N2 and N3 phases) was used. According to Massimini [1, 2] the breakdown of cortical long-range effective connectivity occurs in similar way to damages in patients with impaired consciousness.Fifteen 15 healthy subjects volunteered for the study. Three experimental conditions were used: high-attention, low-attention and sleep. Subjects were presented with a series of sine-wave auditory stimuli. A number of different modulating frequencies was used (4Hz, 8Hz, 12Hz, 20Hz, 40Hz) to investigate those most sensitive to the level of cortical arousal. The EEG data were analyzed using a Fast Fourier Transform (FFT). Then, for the relative amplitudes of responses in selected frequency modulations, statistical analysis of variance with repeated measures was done. Three within-subject factors were used: the state factor with two levels (sleep and awake) and two three-level position factors, related to positions in X and Y axes in stereotactic space. Data values for the awake factor were calculated as the mean of high- and low-attention condition.The effect of reduced amplitude was observed in sleep condition, compared with the responses for awake conditions. This effect was particularly important in case of the lowest modulating frequency (4Hz and 8Hz) and for 40 Hz in the medial electrodes. The results leads to extend the study to tests on patients with impaired consciousness.

Wykonano badanie pilotażowe, testujące metodę słuchowych potencjałów wywołanych stanu ustalonego (auditory steady-state responses - ASSR) jako użytecznego kryterium diagnostycznego do określania poziomu świadomości u pacjentów po ciężkich urazach mózgu. Jako modelu uszkodzeń połączeń nerwowych wykorzystano głębsze fazy snu wolnofalowego (N2 i N3). Zgodnie z wynikami badań Massiminiego [1, 2] dochodzi wówczas do przerwania efektywnych połączeń dalekozasięgowych w korze mózgowej na analogicznej zasadzie jak u pacjentów z zaburzeniami świadomości.W doświadczeniu przebadano 15 zdrowych ochotników w trzech warunkach eksperymentalnych: skupionej uwagi, obniżonej uwagi oraz snu. Badanym podawano serie bodźców dźwiękowych. Zastosowano szereg różnych częstotliwości modulujących (4Hz, 8Hz, 12Hz, 20Hz, 40Hz) celem wyłonienia tych najbardziej wrażliwych na stopień pobudzenia korowego. Na danych EEG przeprowadzono analizę z użyciem szybkiej transformacji Fouriera (FFT). Następnie dla względnych amplitud odpowiedzi w wybranych częstotliwościach modulacyjnych wykorzystano statystyczną analizę wariancji z pomiarami powtarzanymi. Zastosowano trzy czynniki wewnątrzgrupowe: czynnik stanu na dwóch poziomach (snu i czuwania) oraz czynnik umiejscowienia elektrody na stereotaktycznej osi X i na osi Y. Dane dla czynnika czuwania były obliczone jako średnia z warunku obniżonej i skupionej uwagi.Zaobserwowano efekt zmniejszonej amplitudy w warunkach snu w porównaniu z odpowiedziami dla obu warunków w stanie czuwania. Efekt ten okazał się szczególnie istotny w przypadku najniższych częstotliwości modulujących (4Hz i 8Hz) oraz dla 40Hz w grupie elektrod przyśrodkowych. Uzyskane wyniki skłaniają do poszerzenia zastosowanej procedury na populację pacjentów z głębokimi zaburzeniami świadomości.