Development of Audio-Visual «Looming» Perception in Infants Receiving Extra Motor Stimulation and Full-Term Controls: A Longitudinal High-Density Electroencephalography Study

Abstract

Formålet med denne longitudinelle EEG-studien var å undersøke om tidlig ekstra motorisk stimulering, spesifikt babysvømming, kunne fremskynde utviklingen av visuell bevegelsesoppfattelse hos spedbarn. Det ble simulert virtuelle baller på direkte kollisjonskurs med tre ulike hastigheter, mens elektroencefalografi (EEG) ble brukt til å måle looming-relaterte hjerneresponser. Ti ekstrastimulerte spedbarn og ti terminfødte friske kontroller ble testet longitudinelt før (3-5 måneder) og etter de begynte å krabbe (8-12 måneder). En peak-analyse på enkeltforsøk avslørte at da spedbarna ble eldre og hadde begynt å krabbe, viste de sine looming-relaterte hjerneresponser betydelig nærere kollisjon, noe som tyder på en mer effektiv prosessering av visuell bevegelse etter starten av egenprodusert bevegelse. Videre viste spedbarn som mottok ekstra stimulering signifikant kortere tid-til-kollisjon (TTC)-verdier sammenlignet med kontrollspedbarn, noe som kan bety at tidlig motorisk stimulering bidrar til en raskere utvikling av prospektiv kontroll for bevegelsesoppfattelse. I første testing viste begge gruppene looming-responser med kortere TTC-verdier for raskere loom, mens spedbarn med krabbeerfaring viste sine looming-relaterte hjerneresponser ved konstante TTC-verdier for ulike hastigheter. Tidsfrekvensanalyser viste indusert hjerneaktivitet i alfa/beta-frekvensbåndet for kontrollspedbarnene, mens de som mottok ekstra stimulering viste gamma-aktivitet under prosessering av audio-visuell looming informasjon. «Coherence connectivity» analyse viste flere signifikante forbindelser for ekstrastimulerte spedbarn enn kontrollgruppen etter at de hadde begynt å krabbe, i frekvensbåndene som er involvert i audio-visuell prosessering identifisert av TSE-analysen. I andre testing viste begge gruppene flere funksjonelle forbindelser under prosessering av looming sammenlignet med ikke-looming stimuli og testingen før krabbeerfaring. Videre forskning burde se på om intervensjoner i form av tidlig ekstra motorisk stimulering av utviklingsmessig sårbare spedbarn kan bidra til en utvikling som følger de friske normalutviklede.The aim of this longitudinal EEG study was to determine whether early extra motor stimulation, in this case baby swimming, could accelerate the development of visual motion perception in infants. Virtual balls approached on a collision course under three different loom speeds, and electroencephalography was used to measure the looming-related brain responses. Ten extra-stimulated infants and ten full-term healthy controls were tested longitudinally before (3-5 months) and after crawling onset (8-12 months). A VEP peak analysis on a trial-by-trial basis showed that with age, infants showed their looming-related brain responses at significantly shorter values of time-to-collision (TTC), suggesting a more efficient processing of looming visual motion after the onset of self-produced locomotion. Additionally, locomotory extra-stimulated infants showed their looming-responses at significantly shorter values of TTC than locomotory control infants, suggesting that early motor stimulation may contribute to a more rapid development of prospective control for motion perception. It was also observed that when infants were younger, they showed their looming-related brain responses at shorter TTC for faster looms, whereas after the onset of self-produced locomotion infants showed their responses at fixed TTC across loom speeds. Time-frequency analyses revealed induced brain activity in the alpha/beta frequency band for controls, while extra-stimulated infants showed higher-frequency gamma activity during processing of audio-visual looming information. Coherence connectivity analysis revealed that, in frequency bands involved in audio-visual processing identified by TSE analysis, extra-stimulated infants showed more significant connections than controls after becoming mobile. During processing of looming in the second testing, both groups displayed more functional connections compared to non-looming stimuli and processing in the initial testing before self-produced locomotion. Further investigation should explore whether interventions, such as early extra motor stimulation, can facilitate development in developmentally vulnerable infants