Многоуровневый анализ моторной и поведенческой динамики у девятимесячных недоношенных и доношенных младенцев в изменяющихся эмоциональных и интерактивных контекстах

Введение

Недоношенность определяется как рождение ранее 37 недель гестации. Дети, рожденные недоношенными, подвержены риску развития проблем с моторной координацией и социоэмоциональным функционированием. Традиционные методы оценки моторного развития у недоношенных детей часто используют психологические шкалы, которые не учитывают важную информацию о моментных изменениях в движениях и поведении. В данном исследовании применяется динамический анализ движений и поведения в контексте парадигмы «неподвижного лица», установленной развивающейся парадигмой.

Методы анализа динамики

Анализ динамики может быть проведен с помощью различных методов, таких как спектральный анализ, анализ рекуррентной квантификации и методы энтропии. Каждый метод характеризует различные аспекты временного ряда, такие как стабильность, нерегулярность или переходы состояний.

Энтропия движений

В науке о движении более высокая или более нерегулярная энтропия движений используется для указания на большую сложность движений, что связано с возможностью использования различных стратегий движений для выполнения конкретной задачи. Сложность движений изменяется в процессе моторного развития, обычно увеличиваясь от детства до взрослого возраста. В младенчестве сложность движений демонстрирует нелинейные изменения.

Результаты исследования

В первом исследовании было обнаружено, что недоношенные дети демонстрируют более высокую перестановочную энтропию в движениях левой лодыжки и туловища, но не в движениях правой лодыжки или запястий. Эффектов недоношенности или эмоционального контекста на микроуровне поведенческой динамики не обнаружено.

Многомасштабная энтропия (MSE)

Для анализа кривой структуры многомасштабной перестановочной энтропии были исследованы эффекты недоношенности, масштабного фактора и местоположения сенсора. Масштабный фактор можно аналогировать с «увеличением» фактором в оптических камерах. Увеличение сигнала на n раз позволяет изучать активность на более низкой частоте, отличающейся на фактор n.

Индекс сложности

Индекс сложности, сумма перестановочной энтропии по всем 50 временным масштабам, анализировался на предмет эффектов недоношенности, фазы, местоположения сенсора. Были обнаружены основные эффекты недоношенности, сенсора и взаимодействия недоношенности и сенсора, но не эффекта фазы или взаимодействия фазы и недоношенности на индекс сложности.

Среднее ускорение

Для сравнения с индексом сложности была проведена та же модель с использованием среднего ускорения. Были обнаружены эффекты сенсора и взаимодействия недоношенности и сенсора, но не эффекта недоношенности в сенсоре отсылки или эффектов фазы или взаимодействия фазы и недоношенности.

Индекс сложности в специфических частотных диапазонах

Индекс сложности был исследован в гамма (30-45 Гц), бета (14-30 Гц), альфа (8–13,5 Гц), тета (4,5–7,5 Гц), дельта (0,5-4 Гц) диапазонах как эксплораторные анализы с применением поправки Бонферрони для пяти гипотезных тестов. Были обнаружены эффекты фазы на индекс сложности в более высоких частотных диапазонах (гамма, бета и альфа), но не в тета и дельта диапазонах.

Чувствительность анализа

В анализах чувствительности мы ограничили анализ младенцами в обеих группах, которые могли сидеть без поддержки (n=25). Эффекты немного уменьшились, но остались устойчивыми, за исключением различий в левой лодыжке в индексе сложности в дельта диапазоне.

Исследование 2

В исследовании 2 были проанализированы микроуровневые поведенческие динамики в фазах «неподвижного лица» парадигмы «неподвижного лица», но с большей выборкой, так как это совместимо с подходом стандартного сбора данных в парадигме «неподвижного лица», с использованием видеозаписей по сравнению с датчиками.

Обсуждение

Исследование 1 является первым доказательством концепции, использующим сенсоры движений в парадигме «неподвижного лица», что позволяет проводить детализированный анализ кинематики движений по многим временным масштабам. Компьютерные анализы этих моторных паттернов выявили сигнатуры в энтропии движений младенцев, соответствующие различным контекстам «неподвижного лица» (игра, «неподвижное лицо» и воссоединение). Более того, мы обнаружили различия между доношенными и недоношенными группами в энтропии движений в левой лодыжке и туловище. Эти различия не изменились существенно и оставались устойчивыми в анализах чувствительности, включающих только младенцев, которые могли сидеть без поддержки на момент оценки. В исследовании 2 мы кодировали и анализировали микроуровневые поведенческие динамики в фазах «неподвижного лица» парадигмы «неподвижного лица», но с большей выборкой, так как это совместимо с подходом стандартного сбора данных в парадигме «неподвижного лица», с использованием видеозаписей по сравнению с датчиками. Микроанализ динамики поведения не выявил различий в результате повторного стресса, и не было убедительных доказательств эффекта недоношенности.

Заключение

Мы продемонстрировали применение методов динамического анализа на двух уровнях движения младенцев в рамках установленной развивающейся парадигмы. Мы нашли предварительные доказательства различий в результате недоношенности в двигательной динамике на кинематическом уровне, но не на поведенческом уровне. Частотно-специфические анализы выявили «эффект неподвижного лица» в сложности движений и развивающиеся различия, которые потенциально отражают менее продвинутое постуральное развитие, различия в моторных способностях и менее плавные движения ногами у недоношенных детей. Мы выделили ключевые аспекты интерпретации энтропии в младенчестве и стрессовых контекстах. Простая интерпретация, что более низкая энтропия отражает более стереотипное поведение или развивающийся риск, не была поддержана. Исследование сложности движений в младенчестве необходимо учитывать моторное развитие, чтобы точно захватить эффект факторов развивающегося риска. Наши результаты информируют будущую работу о том, как многомасштабная энтропия может быть применена и интерпретирована в исследовании развития младенцев.