Good Mood

för att se denna rapport som en PDF, se fetala EEGs: signaler från livets gryning

som neuroforskare och mor till två barn har jag alltid velat veta hur små hjärnor fungerar. Enligt vissa webbplatser jag hade läst, hade elektrisk aktivitet registrerats från hjärnan hos ett mänskligt foster bara sex veckor och tre dagar efter befruktningen (1). Det skulle vara bara tre veckor efter det att fostrets hjärta börjar slå (2) och en vecka efter de tidigaste inspelade fosterrörelserna (3)., Men som någon neuroforskare kommer att berätta för dig är det svårt att registrera elektrisk aktivitet från vuxna mänskliga hjärnor med hjälp av elektroencefalografi (EEG) på grund av störningar från hårbotten och kranialbenen. Hur kunde en baby storleken på en druva producera tillräckligt elektrisk aktivitet för att upptäckas?

jag bestämde mig för att hitta den ursprungliga forskningen och bestämma om den gjordes bra. Jag förväntade mig att elektriska signaler från moderns muskler skulle maskera dem från det ofödda barnets hjärna., Värre, de flesta forskare använder fetala EEG för att registrera hjärnaktivitet hos spädbarn under födseln eller under graviditetens sista trimester. Faktum är att alla papper som publiceras offentligt på nätet citerade hjärnforskningen på spädbarn under första trimestern begagnade. Jag började frukta att påståendet att ett 45-dagars gammalt Foster visar hjärnaktivitet var fel.

för att hitta svaret var jag tvungen att besöka Kongressbiblioteket och damma av ett vetenskapligt papper så gammalt att det inte är offentligt tillgängligt på internet., Papper detaljerad hjärnforskning som ägde rum under tragiska medicinska akutfall i Philadelphia på 1950-talet. I 1955, Winslow Borkowski och Richard Bernstine, läkare på Jefferson Medical College Hospital, tillfälligt konserverade på en liten ofödda barnet bort 45 dagar efter befruktning under ett utomkvedshavandeskap och registreras från frontal-och occipital delar av sin hjärna. Teamet använde nålelektroder för att spela in hjärnaktivitet vid 3 millimeter och 1 centimeter under hjärnytan (4)., Dessa elektroder trängde in i kranialvävnaden, vilket löser problemet med elektrisk störning från närliggande muskler. Vid 45 dagar efter befruktningen är hjärnan böjd framåt och är nästan lika stor som hela fostrets kropp, vilket möjliggör dessa djupa inspelningar (5).

vanligtvis registrerar läkare hjärnaktivitet eller EEGs, med hjälp av elektroder placerade i hårbotten., Genom att använda en elektrod som faktiskt går in i hjärnan får läkare och forskare en mer exakt inspelning eftersom elektroderna upptäcker mer neural aktivitet än muskulär aktivitet när elektroden är omgiven av neuralvävnad. Borkowski och Bernstines inspelningsteknik är den mest tillförlitliga metoden för inspelning av EEGs, men det orsakar också permanent hjärnskada och används därför endast hos djur eller människor med okontrollerbara anfall. I detta fall hade fostret bara några minuter att leva, så den invasiva vetenskapliga tekniken ansågs inte oetisk., Särskilt slutade användningen av denna teknik på barn födda för tidigt för att överleva, såvitt jag vet, 1961 (6).

läkarna började spela in från den 45-dagars gamla fostret 10 minuter efter operationen som separerade den från moderns blodtillförsel och fortsatte inspelning i nästan 90 minuter tills fullständig hjärndöd, bestämd av den fullständiga bristen på EEG-aktivitet (4)., Även om det kan vara förvånande att fostrets hjärnaktivitet fortsatte så länge efter separation från moderns oxygenerade blodflöde, har neonatala neuroner skyddsmekanismer för att hjälpa dem att överleva metabolisk nöd och syrefattiga miljöer (7).

övertygad om att bevisen för mänsklig hjärnaktivitet vid 45 dagar efter befruktningen var stark, vände jag mig till frågan om vad vi kan lära av dessa fetala EEG-inspelningar.

elektroencefalogram (EEGs) registrerar den spontana elektriska aktiviteten som genereras av aktiva neuroner i hjärnan., I allmänhet producerar hjärnan elektrisk aktivitet uppdelad i två delar – samtidiga rytmiska komponenter, ofta kallade hjärnvågor och händelserelaterade potentialer, relaterade till sensorisk stimulering eller uppgiftsrelaterat tänkande. Forskare som observerar en EEG kan inte berätta vad en person tänker och känner, men händelserelaterade potentialer visar att hjärnan känner och uppfattar sin miljö. Händelsepotentialer är också lätta att upptäcka från hårbotten eller, när det gäller ett ofödat barn, från elektroder på ytan av sin mammas mage., Från extern mätning vet vi att ett 26-veckors foster efter befruktningen svarar på ljud med händelserelaterade potentialer (8), Men tekniska begränsningar hindrar forskare från att få tydliga data vid tidigare graviditetsåldrar.

däremot kan hjärnvågor vara svåra att upptäcka med icke-invasiva metoder. När de kan mätas kan vissa rytmer av hjärnvågor indikera en persons medvetenhetstillstånd, till exempel hos vuxna:

• långsam vågaktivitet observeras under djup sömn.,
• korta utbrott av högfrekvent rytmisk aktivitet som kallas ”sömnspindlar” observeras

under lättare sömn.

• snabbare rytmisk aktivitet kan ses under rörelse och uppgifter som behöver uppmärksamhet.

slutligen indikerar frånvaron av EEG-aktivitet hjärndöd.

När Borkowski och Bernstine studerade den 45-dagars gamla fostrets hjärna observerade de mönster av hjärnaktivitet som de beskrev som likartade de som observerades hos äldre Foster (6)., Normalt utveckla foster, friska för tidigt födda barn, och fullgångna nyfödda visar två huvudsakliga EEG mönster:” diskontinuerlig ”aktivitet och” trace-alternant ” aktivitet (9). Diskontinuerlig aktivitet är en blandning av långsam vågaktivitet och utbrott som liknar händelserelaterade potentialer. Trace-alternant aktivitet avser skarpa utbrott av elektrisk aktivitet följt av flera rytmer med hög amplitud. Forskare har posited att trace-alternant aktivitet representerar tyst sömn, och diskontinuerlig aktivitet representerar vakenhet eller snabb ögonrörelse sömn (10)., Äldre för tidigt födda barn visar mer spårväxlande aktivitet än yngre för tidigt födda barn, vilket tyder på att spårväxlande aktivitet ökar med fostermognad (11).

Från 1955 till 1961, Borkowski och Bernstine studerat EEGs från totalt sex foster, i åldrarna 43 till 120 dagar efter befruktningen och tas bort under ektopisk graviditet eller hysterektomi. Bernstine beskrev hjärnvågorna (6):

”elektrisk aktivitet var låg spänning (10 till 20 mikrovolt) vågor som inträffade vid ½ till 2 per sekund. Snabbare (2-8 vågor per sekund) aktivitet var närvarande nästan lika ofta., Rytmen vid åtta till tolv vågor per sekund var avgjort mindre frekvent som var aktivitet vid större än tolv vågor per sekund.”

viktigt är att det faktum att dessa forskare observerade flera typer av rytmer avslöjar att nätverk av neuroner visade mer än ett aktivitetsmönster. Fosterneuronerna sköt inte bara slumpmässigt, men synkroniserades med närliggande neuroner under små tidsperioder. Vidare liknade lågspänningsmönstren långvågssömn hos vuxna, men det är oklart om det betyder att fostret sov., Dessutom gjorde läkarna en speciell observation i det 45-dagars gamla fostret (4):

”utbrott av snabb vågaktivitet (16 per sekund) från den ytliga cortexen och djupare strukturer i hjärnstammen sågs vid två tillfällen. Dessa vågor liknade sömnspindlar som observerats i det vuxna elektroencefalogrammet.”

som tidigare nämnts visas” sömnspindlar ” vanligen i vuxna eggar under lättare sömn. Hos vuxna korrelerar ”sömnspindlar” med förstärkning av kopplingar mellan neuroner och kan hjälpa till att bilda långsiktiga minnen (12)., Det är möjligt att de tjänar samma syfte i fostret; fostrets hjärna är dock inte bara en miniatyrvuxen hjärna. Det utvecklas inifrån och Ut. Specifikt utvecklas djupa subkortiska områden först. När cortex börjar utvecklas bildar den interna kretsar först. Anatomiska utsprång från subkortikala områden till cortex visas endast under andra trimestern. Projektioner med användning av monoaminer, såsom dopamin och serotonin, bildar först mellan 12 och 16 veckor, och excitatoriska prognoser bildar senare mellan 20 och 23 veckor efter befruktningen (9)., Sömnspindlar uppstår vanligtvis från ömsesidiga kopplingar mellan en djup subkortisk struktur – den thalamiska retikulära kärnan-och cortex (13). Sambandet mellan den thalamiska retikulära kärnan och cortexen skulle emellertid ännu inte ha utvecklats hos ett 45-dagars gammalt Foster. Med tanke på att fetala EEG-inspelningar kom från de ytliga frontala och occipitala områdena, visar dessa inspelningar sannolikt aktivitet som kommer från djupa hjärnregioner som är sammankopplade med aktivitet från interna kortikala kretsar (5).,

slutligen avslutade Borkowski och Bernstine sina inspelningar vid hjärndöd (4):

”all elektrisk aktivitet i hjärnan hade helt försvunnit i 91 minuter från tiden för ligering av livmoderartärerna.”

om frånvaron av hjärnaktivitet signalerar hjärndöd, indikerar närvaron av hjärnaktivitet hjärnans liv. Vetenskapen visar tydligt att en unik mänsklig individ bildar sig vid uppfattningen., Om närvaron av hjärnaktivitet indikerar ett liv som är värdigt medicinsk intervention och skydd hos en människa utanför livmodern, varför garanterar det inte heller skydd för en människa inuti livmodern?

i sanning kan fostrets hjärnaktivitet börja långt före 45 dagars graviditet. Att lära sig om livet och erfarenheten hos det unga fostret är en skattjakt: forskare måste samla ledtrådar från observationer gjorda under ohälsosamma graviditeter och nödsituationer för att få insikt i det mänskliga barnets hälsosamma utveckling., Medan jag som mamma är angelägen om att veta när mitt ofödda barn börjar få hjärnaktivitet, är jag ännu mer tacksam för att vårt samhälle bryr sig mer om det ofödda barnets säkerhet än utvecklingen av vetenskaplig kunskap. När vi utvecklar ny teknik kan vi lära oss mycket mer om fostrets In utero-erfarenheter, men den första prioriteringen måste alltid vara moderns och barnets säkerhet.

Katrina Furth, Ph D. är en neurolog och en associerad forskare med Charlotte Lozier Institutet.

1. 6 till 7 veckor / Prenatal översikt . ., Tillgänglig: http://www.ehd.org/dev_article_unit7.php
2. Gittenberger-De Groot AC, Jongbloed MRM, Poelmann på NYTT. Normal och onormal hjärtutveckling. I: MD JHM, FRCP JIEHM, redaktörer. Pediatrisk Kardiovaskulär Medicin . Wiley-Blackwell; 2012 . s. 1-22. Tillgänglig: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781444398786.ch1/summary
3. de Vries JIP, Visser GHA, Prechtl HFR. Uppkomsten av fostrets beteende. I. kvalitativa aspekter. Tidig Hum Dev. 1982 Dec 30;7(4):301-22.
4. Borkowski WJ, Bernstine RL. Elektroencefalografi hos fostret. Neurology. 1955 Maj 1;5(5):362.
5. Sadler, T. W. Langmans medicinska embryologi ., 13: e ed. Wolters Kluwer Health; 2015 . Tillgänglig från: http://archive.org/details/LangmansMedicalEmbryology13E2015GHANIM
6. Bernstine RL. Fetal elektrokardiografi och elektroencefalografi. Springfield, Sjuk: Thomas; 1961. 97 s.
7. Pfisterer U, Khodosevich K. Neuronal överlevnad i hjärnan: neuron typspecifika mekanismer. Celldöd. 2017 Mar;8(3):e2643.
8. Draganova R, Eswaran H, Murphy ’ S, Lowery C, Preissl H. Seriell magnetoencephalographic undersökning av fostrets och det nyfödda auditiva diskriminerande framkallat reaktioner. Tidig Hum Dev. 2007 Mar 1;83(3):199-207.
9. Anderson AL, Thomason MIG., Funktionell plasticitet före vaggan: en översyn av neural funktionell avbildning hos det mänskliga fostret. Neurosci Biobehav Rev. Nov 2013 1;37(9, Del B):2220-32.
10. Thaler I, Boldes R, Timor-Tritsch I. realtids spektralanalys av Fetal EEG: ett nytt tillvägagångssätt för övervakning av sömntillstånd och fostrets tillstånd under arbetet. Pediatr Res. 2000 Sep;48(3):340-5.
11. André M, Lamblin M-D, d’Allest ÄR, Curzi-Dascalova L, Moussalli-Salefranque F, Nguyen Den Tich S, et al. Elektroencefalografi hos för tidiga och fullgångna spädbarn. Utvecklingsfunktioner och ordlista. Neurofysiol Clin Neurofysiol., 2010 Maj 1;40(2):59-124.
12. Holz J, Piosczyk H, Feige B, Spiegelhalder K, Baglioni C, Riemann D, et al. EEG sigma och slow-wave aktivitet under NREM sömn korrelerar med natten deklarativ och procedurminne konsolidering. J Sover Res. 2012 1 Dec;21(6):612-9.
13. Gardner RJ, Hughes SW, Jones MW. Differentiell Spike Timing och Fasdynamik hos retikulära Talamiska och prefrontala kortikala neuronala populationer under Sömnspindlar. J Neurosci. 2013 Nov 20;33(47):18469-80.

figur legend:

EEG-inspelningar från 45-dagars gammalt Foster avlägsnat under en ektopisk graviditet., Hjärndöd inträffade sist, ungefär 91 minuter efter separation från livmoderns artärer.