Neurofisiologia dell'attenzione sostenuta nella prima infanzia: indagine delle relazioni longitudinali con i risultati della memoria di riconoscimento, parte 1

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La capacità di sostenere l’attenzione è un dominio cognitivo critico che emerge nell’infanzia ed è predittivo di una moltitudine di processi cognitivi. Qui, abbiamo utilizzato una misura definita dalla frequenza cardiaca (HR) dell'attenzione sostenuta per valutare i corrispondenti cambiamenti nella potenza dell'elettroencefalografia frontale (EEG) a 3 mesi di età. In secondo luogo, abbiamo esaminato come le basi neurali dell’attenzione sostenuta definita dalle risorse umane fossero associate al coinvolgimento dell’attenzione sostenuta.

Mantenere l’attenzione e la memoria è un problema a cui le persone devono prestare attenzione nella vita quotidiana. La memoria viene influenzata anche quando abbiamo difficoltà a concentrarci. Pertanto, mantenere una buona concentrazione può aiutare a migliorare la memoria.

Innanzitutto, una buona notte di sonno è fondamentale per mantenere la concentrazione e la memoria. Quando ci manca il sonno, il nostro cervello si affatica e diventa difficile concentrarsi. Pertanto, è molto importante garantire un sonno adeguato ogni notte. Inoltre, mantenere un’attività fisica moderata può anche aiutare a migliorare la concentrazione e la memoria. L’esercizio moderato aumenta il flusso sanguigno e l’apporto di ossigeno, migliorando la funzione cerebrale.

In secondo luogo, una buona dieta può anche aiutare a migliorare la concentrazione e la memoria. Proteine, verdure, frutta e grassi sani sono tutti cibi buoni. Inoltre, il mantenimento di un moderato apporto di acqua può anche mantenere la normale funzione cerebrale.

Inoltre, mantenere un umore felice e positivo può anche aiutare la concentrazione e la memoria. Lo stress e le emozioni negative possono influenzare la concentrazione e la memoria, quindi è importante rimanere positivi. Inoltre, una buona rete sociale e un buon supporto sociale possono anche aiutare a mantenere la normale funzione cerebrale.

In breve, mantenere la relazione tra attenzione e memoria richiede la nostra attenzione. Un buon sonno, un regolare esercizio fisico, una dieta sana, una mentalità positiva e un buon supporto sociale sono tutte chiavi per mantenere una buona funzione cerebrale. Sviluppiamo insieme buone abitudini di vita per mantenere il nostro cervello sano. Si può vedere che dobbiamo migliorare la memoria. La Cistanche può migliorare significativamente la memoria perché è un materiale medicinale tradizionale cinese con molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia della carne macinata deriva da una varietà di principi attivi in ​​essa contenuti, tra cui acido carbossilico, polisaccaridi, flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello attraverso vari canali.

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In terzo luogo, abbiamo valutato se le misure di attenzione sostenuta neurale o comportamentale a 3 mesi prevedevano i successivi punteggi di memoria di riconoscimento a 9 mesi di età. Settantacinque bambini sono stati inclusi a 3 mesi di età e hanno fornito dati EEG e attenzione utilizzabili, mentre 25 bambini sono tornati in laboratorio a 9 mesi e hanno fornito dati di memoria di riconoscimento utilizzabili.

Il presente studio si concentra sulla potenza oscillatoria nella banda di frequenza theta (4-6 Hz) durante le fasi di attenzione sostenuta e di disattenzione definite dalle risorse umane. I risultati hanno rivelato che il potere theta era significativamente più alto durante le fasi di attenzione sostenuta. In secondo luogo, una maggiore potenza theta durante l’attenzione sostenuta era positivamente associata alla percentuale di tempo trascorso in attenzione sostenuta.

In terzo luogo, le analisi longitudinali hanno indicato un'associazione positiva significativa tra il potere theta durante l'attenzione sostenuta su punteggi di confronto visivo accoppiato 9-mese in modo tale che un potere theta più elevato prevedeva punteggi di confronto visivo accoppiato più elevati a 9 mesi. Questi risultati evidenziano l'interrelazione tra i sistemi di attenzione e di eccitazione che hanno implicazioni longitudinali per i successivi processi di memoria di riconoscimento.

Parole chiave

Attenzione infantile; EEG; Sviluppo; Memoria di riconoscimento.

1. Introduzione
La capacità di sostenere l’attenzione è un dominio cognitivo critico che emerge nell’infanzia ed è predittivo di una moltitudine di risultati cognitivi durante lo sviluppo del bambino (Brandes-Aitken et al., 2019; Johansson et al., 2015, Pérez-Edgar et al., 2010). La maggior parte delle ricerche esistenti che esaminano i predittori e le associazioni longitudinali dell’attenzione sostenuta del bambino si sono basate sulla metodologia comportamentale.

Tuttavia, l’uso della psicofisiologia e del neuroimaging può aumentare la nostra capacità di prevedere le differenze individuali nei risultati cognitivi, longitudinalmente (Farah, 2018). Questo articolo contiene tre domande di ricerca.

In primo luogo, una misura di attenzione sostenuta definita dalla frequenza cardiaca (HR) corrisponde ai cambiamenti nelle oscillazioni neurali a 3 mesi di età? In secondo luogo, in che modo le misure neurali dell’attenzione sostenuta sono correlate con l’impegno nell’attenzione sostenuta definita dalle risorse umane? In terzo luogo, le differenze individuali nell’attenzione sostenuta e nella neurofisiologia a 3 mesi predicono i risultati della memoria di riconoscimento a 9 mesi di età?

L’attenzione è un dominio cognitivo multidimensionale, composto da meccanismi cognitivi sia esogeni (riflessivi) che endogeni (non riflessivi). L'attenzione sostenuta è una manifestazione critica dell'attenzione endogena che si riferisce alla capacità di focalizzare l'attenzione su un dato stimolo per un periodo prolungato in presenza di distrattori.

L'attenzione sostenuta condivide considerevoli substrati neurobiologici con il sistema di eccitazione fisiologica generale (Richards, 2011). In generale, è noto che il sistema nervoso autonomo (ANS) modula le regioni cerebrali fronto-corticali che supportano i processi di attenzione sostenuta (Arnsten, 1998, 2009; Arnsten & Li, 2005). Questa relazione è mediata corticamente tramite la connettività tra il tronco encefalico, il talamo e gli input colinergici con la corteccia frontale (Reynolds et al., 2013; Reynolds et al., 2013; Sarter et al., 2001).

Pertanto, l'attivazione del sistema nervoso autonomo innesca effetti a valle sullo stato di eccitazione del bambino che possono portare a livelli ottimali o subottimali per l'attenzione e l'elaborazione più profonda.

L'interazione dei sistemi di eccitazione e attenzione si riflette in fasi di attenzione distinte e misurabili (Reynolds & Romano, 2016; Richards, 2011). In particolare, un metodo psicofisiologico affidabile per misurare l'attenzione sostenuta sta caratterizzando le decelerazioni della frequenza cardiaca (Richards e Casey, 1991). Richards (1989) ha scoperto che durante i periodi di decelerazione della frequenza cardiaca, i bambini di 2-mese impiegano il doppio del tempo per spostare la loro attenzione visiva lontano da un punto centralestimolo a uno stimolo periferico, indicando una maggiore concentrazione e una diminuzione della distraibilità.

L'integrazione delle misure osservabili con quelle fisiologiche fornisce una finestra più obiettiva sui periodi di coinvolgimento attivo (cioè, rispetto alla sola misurazione del comportamento visivo, che potrebbe non riflettere il coinvolgimento) e un ulteriore livello di specificità sul tipo di attenzione che viene indicizzata. Questa stretta relazione tra frequenza cardiaca e comportamenti visivi enfatizza ulteriormente le basi fisiologiche dello sviluppo dell’attenzione sostenuta. Entro i 3 mesi di età, le associazioni tra decelerazione della frequenza cardiaca e attenzione sostenuta diventano evidenti, poiché il sistema di attenzione anteriore dei bambini e i sistemi di regolazione cardiaca iniziano a maturare e a co-modularsi tra loro (Reynolds & Richards, 2008).

A 3 mesi di età, i periodi di attenzione sostenuta sono più probabilmente guidati da sistemi di allerta in maturazione (cioè eccitazione) che da sistemi esecutivi (cioè guidati dal compito, dall’alto verso il basso e volitivi), perché le abilità esecutive non emergono prima della fine del primo anno (Colombo, 2002; Ruff & Rothbart, 2001). Osservare i meccanismi corticali insieme ai meccanismi del sistema nervoso autonomo che supportano le associazioni di eccitazione-attenzione può chiarire informazioni non altrimenti evidenti dalla misurazione del solo comportamento nella prima infanzia.

L'elettroencefalografia (EEG) è un popolare metodo di neuroimaging per caratterizzare l'attività neurale diretta alla base dei processi cognitivi, in particolare nell'infanzia. L’EEG misura la sincronizzazione neurale indicizzando la potenza oscillatoria in bande di frequenza distinte collegate a specifici processi cognitivi.

Per quanto riguarda l'attenzione sostenuta, la sincronizzazione theta (4–7 Hz; Orekhova et al., 1999) e la desincronizzazione alfa (6–9 Hz; Ward, 2003) sono più comunemente esaminate. Xie e Richards (2017) hanno esaminato le relazioni tra l’attenzione sostenuta dal bambino, indicizzata attraverso la decelerazione della frequenza cardiaca, e le oscillazioni dell’EEG. Utilizzando un campione trasversale di neonati di età di 6, 8, 10 e 12 mesi, gli autori hanno scoperto che 10- e 12-bambini di un mese dimostravano sincronizzazione theta e desincronizzazione alfa durante episodi di attenzione sostenuta rispetto agli episodi di disattenzione.

Questi risultati si basano sul lavoro passato di Richards e Reynolds che collegavano l’attenzione sostenuta definita dalla frequenza cardiaca con i componenti EEG correlati agli eventi (Reynolds, Courage e Richards, 2011; Richards, 2003). Si tratta di uno studio importante perché è stato il primo a dimostrare differenze di sviluppo nella potenza oscillatoria neurale associata a fasi di attenzione sostenuta definite dalla frequenza cardiaca.

Sono necessarie ulteriori ricerche per collegare il cervello al comportamento di attenzione osservabile.

Caratterizzare le basi biologiche dell’attenzione sostenuta nelle prime fasi della vita è fondamentale poiché si ritiene che l’attenzione infantile sia predittiva di una serie di esiti cognitivi (Brandes-Aitken et al., 2019, 2020; Johansson et al., 2015). Lo sviluppo dell’attenzione è uno dei processi più centrali e pervasivi attivi durante l’infanzia (Brandes-Aitken et al., 2019; Diamond, 2009).

L'attenzione si riversa attraverso lo sviluppo in una moltitudine di domini evolutivi più complessi, tra cui le funzioni esecutive (Johansson et al., 2015), la regolazione delle emozioni (Brandes-Aitken et al., 2021; Pérez-Edgar et al., 2010), la memoria, il linguaggio, e comunicazione sociale (Mundy & Jarrold, 2010; Salley et al., 2016). Gli studi esistenti che esaminano la natura gerarchica dell'attenzione sostenuta hanno studiato le misure comportamentali dell'attenzione sostenuta osservata a partire da circa 10 mesi (Frick et al., 2018; Johansson et al., 2015; Johansson et al., 2016).

Tuttavia, l’architettura neurale che supporta l’attenzione sostenuta emergente nei primi mesi di vita dell’infanzia può gettare le basi per abilità cognitive di ordine superiore in senso longitudinale.

1.1. Lo studio attuale

Nel presente studio, abbiamo studiato i modelli di attenzione sostenuta e attività neurale definiti dalle risorse umane a 3 mesi di età e le associazioni longitudinali con successive capacità di memoria di riconoscimento a 9 mesi di età. Il presente studio si pone tre domande di ricerca:

1. Le misure di attenzione sostenuta definite dalle risorse umane caratterizzano le oscillazioni neurali differenziate a 3 mesi di età? Abbiamo ipotizzato che l'attività neurale sarebbe più elevata durante le fasi di attenzione sostenuta definita dalle risorse umane.

2. Le oscillazioni neurali definite dalle risorse umane corrispondono all'impegno nell'attenzione sostenuta definita dalle risorse umane? Abbiamo ipotizzato che l’attività neurale sarebbe associata ad un maggiore coinvolgimento dell’attenzione sostenuta.

3. Le misure definite dall'HR dell'attenzione sostenuta e della corrispondente attività neurale a 3 mesi predicono i risultati della memoria di riconoscimento longitudinale a 9 mesi di età? Abbiamo ipotizzato che una maggiore attività neurale durante l'attenzione sostenuta definita dalle risorse umane a 3 mesi sarebbe associata a punteggi di memoria di riconoscimento più elevati a 9 mesi.

2. Metodi

2.1. Partecipanti

Il campione iniziale comprendeva 100 neonati (63 maschi; età M=3,46 mesi, SD=0,38) reclutati da eventi della comunità, servizi familiari, fornitori di assistenza sanitaria e volantini affissi presso attività commerciali locali intorno a New York. York. Il campione finale includeva solo i neonati che avevano fornito dati EEG utilizzabili (N=75; vedere il protocollo per i dati relativi all'attrito). I partecipanti sono stati esclusi dalla partecipazione al presente studio in base alla nascita prima delle 36 settimane di gestazione, alle nascite multiple o alla presenza di disturbi dello sviluppo.

Le famiglie sono state invitate a partecipare allo studio quando i bambini avevano 3 mesi di età. Vedere la Tabella 1 per i dati demografici dei partecipanti al campione analitico. Il presente studio è stato condotto secondo le linee guida stabilite nella Dichiarazione di Helsinki, con il consenso informato scritto ottenuto da un genitore o tutore per ciascun bambino prima di qualsiasi valutazione o raccolta di dati. Tutte le procedure di ricerca sono state approvate dall'IRB [MASKED FOR BLINDING].

2.2. Protocollo

I neonati e i loro caregiver hanno visitato il laboratorio a 3 (Età M=3.48, SD=0.39) e a 9 mesi (Età M=9.48, SD=0). 53). Al 3-mese sono stati registrati l'EEG e l'ECG del bambino durante un compito di attenzione e a riposo, e sono state raccolte le risposte ai questionari socio-demografici. A distanza di 9-mese, è stato somministrato un compito di memoria di riconoscimento visivo e sono stati registrati i dati sull'aspetto del bambino.

Del campione iniziale (N=100), 7 neonati non hanno fornito dati EEG a causa di problemi comportamentali, 8 file EEG sono andati persi a causa di problemi tecnici di acquisizione dei dati, 7 file EEG erano inutilizzabili a causa di artefatti eccessivi e 3 non ha fornito sufficienti dati EEG di attenzione sostenuta (vedere Sezione 2.3.4). Pertanto, il campione analitico comprendeva 75 bambini a 3 mesi.

Dopo 9-mese, un sottogruppo di 25 neonati è tornato al laboratorio e ha fornito dati utilizzabili sulla memoria di riconoscimento. Il logoramento nel campione di studio è principalmente attribuito all'inizio della pandemia di COVID-19. I test per questo studio sono iniziati nel marzo 2018 e sono stati interrotti nel marzo 2020. Per valutare i bias legati all’attrito, abbiamo eseguito test t per valutare le differenze nelle covariate tra ciascun punto temporale. Il campione di neonati di 3-mese ritornato a 9 mesi non differiva in modo significativo dal campione di neonati di 3-mese che non era ritornato in termini di rapporto reddito-bisogni, istruzione materna o potenza EEG (t Meno di o uguale a 1,1, p maggiore o uguale a ,23).

2.3. Materiali e misure

2.3.1. Caratteristiche della famiglia e del nucleo familiare

Alle famiglie sono stati somministrati questionari per ottenere informazioni demografiche tra cui età materna e infantile, razza ed etnia. I caregiver hanno anche riferito sul livello più alto di istruzione raggiunto e sul reddito familiare annuo. Il rapporto reddito familiare/bisogni (ITN) è il reddito familiare totale diviso per la soglia di povertà federale per il numero corrispondente di adulti e bambini presenti in casa e viene utilizzato come misura dello stato socioeconomico all'interno delle analisi.

2.3.2. Misura dell'attenzione sostenuta definita dalle risorse umane

Questo studio utilizza gli stessi stimoli e procedure di Xie et al. (2017) per misurare l’attenzione sostenuta. I partecipanti si sono seduti sulle ginocchia dei loro operatori sanitari mentre veniva loro presentato un video dinamico di Sesame Street su un grande monitor di computer. Una telecamera davanti al bambino ha registrato il viso del bambino, mentre una telecamera dietro i partecipanti ha registrato lo stimolo. Il video di 4-minuti comprendeva diversi personaggi di Sesame Street, come "Elmo" e "Big Bird", che si muovevano da una parte all'altra, scomparivano, cantavano e ballavano.

È stato ripetutamente dimostrato che questi video suscitano periodi di attenzione prolungata nei bambini piccoli (Xie et al., 2017). L'attenzione visiva agli stimoli è stata codificata manualmente retroattivamente con il software Net Station 5.1. I dati sulla frequenza cardiaca sono stati modificati ed elaborati utilizzando il software QRSTool per rimuovere artefatti e identificare i battiti cardiaci. Gli intervalli tra i battiti (IBI, o il tempo in millisecondi tra i battiti cardiaci) sono stati utilizzati per valutare la frequenza cardiaca con IBI più lunghi che indicavano frequenze cardiache più lente e viceversa.

I periodi di attenzione sostenuta del bambino sono stati classificati in base all'aspetto del bambino e alla decelerazione della frequenza cardiaca. I criteri per classificare i periodi di attenzione sostenuta del bambino richiedevano la fissazione visiva del bambino allo stimolo abbinata a una diminuzione della frequenza cardiaca (Richards, 2011). Nello specifico, le fasi di attenzione sostenuta definite dall'HR iniziavano quando il bambino guardava lo schermo e la mediana di cinque valori IBI consecutivi era inferiore alla mediana dei cinque IBI precedenti l'inizio dello sguardo.

Le fasi di attenzione sostenuta definite dall'HR terminavano (e iniziavano le fasi di disattenzione) quando la mediana di cinque valori IBI consecutivi era superiore alla mediana dei cinque IBI precedenti l'inizio dello sguardo. Tutte le fasi dell'attenzione si verificano durante l'osservazione degli stimoli sperimentali. Per caratterizzare il coinvolgimento dell'attenzione sostenuta, abbiamo calcolato la proporzione del tempo nelle fasi di attenzione sostenuta definite dalle risorse umane (secondi di attenzione sostenuta/secondi totali di sguardo visivo (Tonnsen et al., 2018; Xie & Richards, 2016). hanno definito le fasi di attenzione sostenuta e disattenzione (basate sul fatto che il bambino guarda o non guarda gli stimoli del computer) per valutare il valore aggiunto incorporando la decelerazione delle risorse umane nella nostra caratterizzazione dell'attenzione sostenuta.

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