Time-frequency analysis of cortical responses to gentle touch investigated with EEG

Abstract

Hos människan finns det två typer av sensoriska nerver som på huden registrerar lätt beröring. Dessa två kallas Aβ- och CT-afferenter. De registrerar när något rör vid huden och skickar då elektriska impulser upp till hjärnan, vilket leder till känslan av beröring. Aβ-afferenter leder elektriska impulser snabbt och har funktioner såsom att avgöra objekts lokalisering och rörelse över huden. CT-afferenter leder elektriska impulser långsamt och har endast receptorer belägna i behårad hud. Deras funktion är ännu inte helt känd, men det finns forskning som indikerar att de är viktiga för hur behaglig vi upplever att en beröring är. Man vet heller inte vart i hjärnan de impulser de skickar till slut hamnar. Detta har lett till att mycket forskning har gjorts på detta, för att få en större förståelse för hur behaglig beröring bearbetas i hjärnan och i slutändan hur den skulle kunna påverka vårt beteende. En av de metoder som har använts för att studera hur lätt beröring bearbetas i hjärnan är elektroencefalografi, förkortat EEG. Den fungerar genom att man placerar elektroder på huvudet hos en försöksperson. Dessa elektroder kan registrera de spänningsskillnader som uppstår när nervcellerna i hjärnan skickar elektriska impulser mellan varandra. Detta kan dels ses som positiva eller vågor eller som en synkronisering eller desynkronisering av nervcellernas impulser, vilket innebär att impulser vid vissa frekvenser ökar eller minskar. Synkroniseringen anses stå för en del av hjärnan som är inaktiv, medan desynkronisering anses stå för en del av hjärnan som aktivt bearbetar information. Vid en tidigare EEG-studie på lätt beröring såg man två positiva vågor, en tidig och en sen. Tidpunkten för den första var då man förväntar sig att impulser från Aβ-afferenter når hjärnan, och tidpunkten för den andra var då man förväntar sig att impulser från CT när hjärnan. Denna sena våg såg man däremot inte när man gjorde ett liknande experiment med Magnetoencefalografi (förkortat MEG, en metod som registrerar magnetfält som uppstår av de ovan nämnda spänningsskillnaderna i hjärnan). Syftet med denna studie har därmed varit att med EEG vidare undersöka aktivitet som uppstår i hjärnan vid lätt beröring, med en fokus på eventuell sen aktivitet. Detta för att få en större förståelse för hjärnans bearbetning av lätt och behaglig beröring. En väsentlig skillnad från tidigare den EEG-studien är att vi har använt oss av en EEG-inspelning med 128 elektroder, istället för 64. Detta för att få en högre precision för var i hjärnan vi ser aktivitet och för att eventuellt se något man inte tidigare kunnat se. Den typ av aktivitet vi har letat efter i detta arbete är synkronisering och desynkronisering av nervcellernas impulser. Det frekvensintervall vi främst tittat på kallas beta, vilket innebär impulser mellan 15 och 30 Hz. EEG spelades in på 14 försökspersoner, samtidigt som de stimulerades med en mjuk borste på överarmen 200 gånger, på ett sådant sätt som definierats som optimalt för att aktivera CT-afferenter. Med hjälp av medelvärdet för de 200 stimuleringarna utfördes så kallad tids-frekvensanalys. Med denna metod räknade man ut synkronisering och desynkronisering av nervcellsimpulser efter stimuleringstillfället. Det mest framstående resultat vi fick var en desynkronisering i mittlinjen av hjärnan efter 1,2 sekunder. Eftersom vi såg en desynkronisering kan vi anta att detta representerar en del av hjärnan som aktivt bearbetar information. Den sena tidpunkten för denna aktivitet stämde överens med då man kan förvänta sig att impulser från CT-afferenter når hjärnan. Man har tidigare sett aktivitet i mittlinjen när man har studerat lätt beröring med EEG och MEG, men inte i form av en desynkronisering vid denna sena tidpunkt. Därmed anser vi att vi har hittat en ny möjlig representation av hjärnans bearbetning av lätt och behaglig beröring. Vi tror att den sena aktiviteten beror på både impulser från CT- och Aβ-afferenter, vilket stämmer överens med tidigare slutsatser om att båda typerna av afferenter är viktiga för upplevelsen av beröring som behaglig. Vidare forskning krävs för att utreda betydelsen av den sena desynkroniseringen, och den fortsatta planen inom forskningsgruppen är att räkna ut vilka anatomiska strukturer i hjärnan som gett upphov till denna aktivitet.