Auditory event-related potentials and cognitive outcome after very preterm birth

Abstract

Children born before 32 gestational weeks have a high incidence of neuropsychological deficits. The structural and functional correlates of such impairments in preterm infants are incompletely understood, and early diagnostic tools are needed, but still lacking. Auditory event-related potentials (AERPs) are neurophysiological measures of cortical sound detection, encoding, discrimination, and attentional processes. Abnormal AERPs have been associated with cognitive and behavioral problems. To date, there has been very little research into AERP in preterm infants. Therefore, our aim was to investigate if AERPs in infants and children born very preterm correlate with cognitive outcome, and whether AERPs are related to findings on magnetic resonance imaging (MRI) at term. We investigated 70 children at 4-5 years of age who had been born very preterm, using AERPs and psychological testing, and compared them with more mature preterm and full-term children of the same age. Furthermore, we performed AERPs and MRI in another 42 very preterm infants at term, and these infants had a follow-up testing at 2 years of age.

AERPs at preschool age in children born very preterm showed abnormalities in comparison with more maturely born children. Similar abnormalities have been reported in full-term children with cognitive and behavioral problems (especially smaller amplitudes of early AERP deflections). Within the very preterm group, faster early sound processing was associated with better psychological test results, and sound differentiation was different between children with normal and abnormal test results. We showed that immaturity at birth, neonatal morbidity, and neonatal brain damage had an impact on different aspects of auditory processing, and that this impact still was present at 5 years of age. In the infants investigated at term age, we showed that later sound processing as well as sound differentiation has a high correlation with both cognitive and neurological outcome. Neonatal morbidity rather than prematurity itself had a strong impact on sound differentiation. AERPs showed stronger associations with outcome than brain volumes.

We conclude that AERPs are promising as a prognostic tool for outcome in very preterm infants. They can add considerably to established anatomical methods such as MRI. However, more research is needed before AERPs can be applicable in clinical praxis.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Barn födda före 32 gestationsveckor, även de utan svåra neurologiska avvikelser, har en hög förekomst av neuropsykologiska problem såsom läs-, inlärnings-, språk-, minnes- och beteendeproblem. Det är ännu inte klarlagt vilka funktionella och strukturella förändringar i hjärnan som orsakar dessa problem. Möjligheten till tidig diagnos behövs men saknas ännu.

Auditiva händelserelaterade potential (AERP) är neurofysiologiska mått på hjärnans reaktion på hörselstimuli och registreras med elektroencefalografi (EEG). I mer än 50 år har AERP använts i stor utsträckning i neuropsykologisk och utvecklingsforskning. De är uttryck för olika kortikala processer och representerar upptäckt av ljudet, dess analysering, jämförelse med andra och tidigare ljud och ljudrelaterad uppmärksamhet. Dessa processer är avgörande för omedveten orientering i en krävande ljudmiljö och för kognitiva processer som att lära sig språk. Hos fullgångna barn och vuxna har onormala AERP satts i samband med sådana kognitiva och beteendeproblem som ofta förekommer efter mycket för tidig födsel. Hittills har forskning om AERP hos prematura barn varit mycket begränsad. Därför var syftet med detta doktorsarbete att undersöka om AERP hos mycket prematurfödda förskolebarn skiljer sig från mognare prematura och fullgångna barn och om dessa skillnader korrelerar med kognitiv utveckling. Dessutom avsåg vi att utforska om AERP vid fullgången tid (40 graviditetsveckor) är av värde för att förutsäga utvecklingen i barnaåldern och hur AERP är relaterade till hjärnvolymer uppmätta med magnetresonanstomografi (MRT).

Vi undersökte 70 mycket prematurfödda barn i 4-5-års ålder och jämförde dem med mognare prematurfödda och fullgångna barn av samma ålder. Alla dessa barn genomgick AERP och psykologiska testmetoder. Dessutom utförde vi AERP-registrering och MRT hos ytterligare 42 mycket prematurfödda barn vid fullgången tid och följde upp barnen med psykologiska och neurologiska test vid 2-års ålder.

Våra resultat visade att mycket prematurfödda barn i förskoleåldern skiljer sig från barn födda senare i graviditeten avseende AERP och att deras AERP-avvikelser liknar dem man tidigare påvisat hos fullgångna barn med kognitiva och beteendeproblem. Framför allt har de lägre amplituder i tidiga AERP-vågor. Däremot hittade vi i denna ålder inga skillnader i deras förmåga att skilja åt olika ljud. Vi visade också att snabbare tidig ljudbearbetning inom den mycket prematurfödda gruppen var förenad med bättre psykologiska testresultat och att förmågan att skilja åt ljud skiljde sig mellan barnen med normala och abnorma testresultat. Sjukligheten i neonatalperioden påverkade bearbetningen av hörselintryck ännu i 5-års åldern och den påverkade andra kortikala processer än för tidig födsel eller hjärnskada diagnostiserad med ultraljud.

Hos spädbarnen som undersöktes med AERP vid fullgången tid visade vi att senare ljudbearbetningsprocesser (efter 250 ms) och åtskillnad av ljud har en stark korrelation med såväl kognitiv som neurologisk utveckling vid 2-års ålder. Dessutom var det snarare neonatal sjuklighet än prematuritet i sig som förändrade förmågan att skilja mellan ljud. AERP visade starkare koppling till utvecklingen vid denna ålder än hjärnvolymer. Hjärnvolymerna korrelerade dock med koncentrationerna av tillväxtfaktorn Insulin-like growth factor-I i neonatalperioden till skillnad från AERP.

Vi drar slutsatsen att AERP bör kunna utvecklas till en lovande metod för att förutsäga den senare utvecklingen hos mycket prematura barn och att denna metod kan ge viktig information utöver den som erhålls med anatomiska metoder som MRT. Ytterligare forskning behövs dock innan AERP kan bli användbart i klinisk praxis.

• author: Hövel, Holger
• supervisor: Vineta Fellman; Elna-Marie Larsson; Minna Huotilainen
• opponent: Professor Georgieff, Michael K, Institute of Child Development and Department of Pediatrics, University of Minnesota, Minneapolis, USA
• organization: Paediatrics (Lund)
• publishing date: 2015
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Pediatrics
• keywords: Preterm, Event-related potentials, Mismatch negativity, Magnetic resonance imaging, developmental outcome
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2015:30
• pages: 202 pages
• defense location: Belfragesalen, BMC D15, Klinikgatan 32, Lund
• defense date: 2015-03-28 10:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-109-5
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Authors Ingrid Hansen-Pupp and Holger Hövel contributed equally to paper 3.
• id: 09484722-a70a-4004-9a13-83d1fc32a89e (old id 5149151)
• date added to LUP: 2016-04-01 13:11:24
• date last changed: 2019-11-19 13:49:54