Source analysis of cortical responses to gentle touch investigated with EEG
Var i hjärnan hanteras impulser från behaglig beröring?
Abstract
Känseln är ett av våra viktigaste sinnen och utgör en stor del av hur vi upplever omvärlden.
Den hjälper oss till exempel att identifiera föremål, varna oss för faror och är också en viktig
del av vårt sociala samliv. Avsikten med detta projekt var att analysera ursprunget till de
mönster i hjärnan som ses vid behaglig beröring av huden. Vi vet sedan tidigare att det i
princip finns två typer av nervfibrer som leder information om beröring från huden till
hjärnan, och lite förenklat kan de delas upp i snabba och långsamma fibrer. Studier har visat
att dessa ger upphov till lite olika mönster i hjärnan; de snabba fibrerna leder till den del av
hjärnan som huvudsakligen är känt för att hantera känsel medan de långsamma leder till
områden som bland annat avgör hur vi upplever beröringen. Eftersom vi känner till de olika
fibrernas egenskaper och hur fort de kan fortleda impulser, kan vi i princip skilja på deras
aktivitet i hjärnan genom att se när aktiviteten börjar. Till detta används en metod som kallas
EEG, som mäter hjärnans elektriska aktivitet. Den behagliga beröringen har getts med hjälp
av en specialbyggd robot försedd med en mjuk borste.
Det vi letat efter är mönster i hjärnans aktivering som upprepar sig om och om igen. Inom
vetenskapen kallas detta statistisk signifikans – lite förenklat att det inte är sannolikt att
mönstret du ser beror på slumpen. Vi fick resultat som man kunde förvänta sig, det vill säga
tidig aktivitet i de områden av hjärnan som hanterar ”vanlig” beröring från de snabba fibrerna
och senare aktivitet i områden som kopplats till de långsammare fibrerna, där aktiviteten kan
kopplas till emotionella aspekter av beröring.
Nästa steg skulle kunna vara att upprepa försöket med fler försökspersoner eftersom vi sett
skillnader mellan individer. Att ha en bra förståelse för hur denna typ av beröring normalt sett
analyseras i hjärnan kan ge en insikt i vad det är som inte fungerar när beröringen upplevs
annorlunda eller obehaglig. Detta ses till exempel hos personer med autism.
Degree
Student essay
Other description
Light touch to the hairy skin is encoded by two systems of sensory afferents; myelinated Aβ
and unmyelinated C-tactile (CT). While there is a scientific consensus on the nature of the Aβ
afferents, the function of the CT afferents remains somewhat more elusive. Previous studies
have attributed their function as related to the processing of pleasant, gentle touch, and have
found that areas such as the insula and parts of the medial frontal cortex are likely involved in
the processing of this information. With the high temporal resolution of the EEG, it should in
theory be possible to differentiate between the activation of the CT-system and the Aβ-system
due to the difference in their conduction velocity.
The study was conducted with 14 test subjects. A 128-electrode cap was used for evaluating
the brain’s response to gentle touch delivered by a custom-made robotic device on the
forearm. MRI scans were done to calculate the patterns of cortical sources for the recorded
EEG responses. Data was processed and analysed using MNE-Python. To analyse our data
statistically, we used a cluster-based permutation test with threshold-free cluster enhancement
(TFCE). This modern method was not used previously to analyse EEG or MEG data.
Early brain responses (from 20 ms, Aβ-driven) showed numerous electrodes with statistically
significant activity, and source analysis showed activation around the arm area of the
contralateral primary sensory cortex (S1). Mid-late activity (1.6 s) showed a negativity in
central electrodes consistent among all participants. Source analysis at 1.6 s showed activation
bilaterally in the frontal midline, likely the posterior and anterior MCC. This late activation of
the MCC is consistent with previous studies using MEG and MRI.
We conclude that 128-channel EEG combined with TFCE statistics can be used to study the
brain’s late responses to gentle touch.