Analysis of the relationship between evoked potentials and electrodermal activity during the application of visual stimuli in infants

Abstract

Each year, more than 10% of infants are born prematurely, before reaching 37 weeks of gestational age. Premature birth, characterised by shorter gestation periods and exposure to different external environments compared to the womb, has significant implications for nervous system development. However, there remains a considerable gap in our comprehension of how to identify and mitigate the developmental hurdles that preterm infants may encounter. Evaluating preterm infants during their early months of life is particularly intricate due to ongoing neurodevelopment, and the available literature on this subject is limited. This dissertation addresses the critical need for effective methods to assess and detect developmental immaturity in infants. Investigating infant responses to visual stimuli as a diagnostic tool can yield insights into their future prospects. Early diagnosis allows for timely intervention tailored to individual needs, increasing the likelihood of normative development into adulthood. Focusing on two key signals: Electrodermal Activity (EDA) and Visual Evoked Potentials (VEPs), the primary goal is to establish a connection between these signals to enhance our understanding of neurovisual system development in both full-term and preterm infants. To accomplish this goal, this study resorted to a systematic data collection, signal processing optimisations, parametrisation, and a comprehensive analysis. Results from the analysis of full-term and preterm infants, focusing on data collected at 4 and 12 months, revealed a pattern with P100 latency typically decreasing, possibly showing signs of maturation. Some infants showed increased Skin ConductanceResponses (SCRs) with age. Furthermore, the study revealed varying trends in Electrodermal Activity (EDA) Power values, with some infants exhibiting a decrease and others showing an increase, suggesting differing responses in development. Notably, the relationship betweenEDAandVEPs identified differences between these two infantgroups, particularly in response to visual stimuli. The methodologies demonstrated their effectiveness in analysing the signals and establishing a connection between neonate development and electrophysiology. This research sheds light on intricate signal interactions, which hold promise for enhancing diagnostic and analytical applications in the future, ultimately improving immaturity detection for infants.

Em cada ano, mais de 10% dos bebés nascem prematuramente, antes de atingirem as 37 semanas de gestação. O parto prematuro, caracterizado por períodos de gestação mais curtos e exposição a ambientes externos diferentes do útero, tem implicações significativas no desenvolvimento do sistema nervoso. Contudo, ainda existe uma lacuna considerável na nossa compreensão de como identificar e mitigar os obstáculos no desenvolvimento que os bebés prematuros podem enfrentar. Avaliar bebés prematuros nos primeiros meses de vida é particularmente complexo devido ao contínuo neurodesenvolvimento, e a literatura disponível sobre este tema ser limitada. Esta dissertação aborda a necessidade de existirem métodos eficazes para avaliar e detetar imaturidades do desenvolvimento em bebés. Investigar as respostas dos bebés a estímulos visuais tem se demonstrado próspero e possivelmente relevante para este fim. O diagnóstico precoce permite intervenções atempadas adaptadas às necessidades individuais, aumentando a probabilidade de um desenvolvimento normativo na idade adulta. Deste modo, o estudo concentra-se em dois tipos de sinal: Atividade Eletrodérmica (EDA) e Potenciais Evocados Visuais (PEVs), com o objetivo principal de estabelecer uma ligação entre os mesmos para melhorar a nossa compreensão do desenvolvimento do sistema neurovisual em bebés nascidos a termo e pré-termo. Com isto em mente, foi implementada uma recolha de dados sistemática, aperfeiçoamento do processamento de sinais, parametrização e análise dos dados. Os resultados da análise destes sinais registados em bebés de termo e pré-termo, aos 4 e 12 meses, revelaram um padrão em que a latência do P100 normalmente diminui, possivelmente revelando sinais de maturação. Alguns bebés apresentaram um aumento nas Respostas da Condutância da Pele (SCR) com a idade. O estudo revelou tendências variadas nos valores de Potência do EDA, com alguns bebés a apresentarem uma diminuição e outros a mostrarem um aumento, sugerindo variabilidade de respostas no desenvolvimento. Em adição, a relação entre EDA e PEVs identificou diferenças entre esses dois grupos de bebés, particularmente em resposta a estímulos visuais. As metodologias demonstrarama sua eficácia na análise dos sinais e no estabelecimento de uma ligação entre o desenvolvimento neonatal e a eletrofisiologia. Esta investigação melhora o nosso conhecimento relativamente a interações complexas de sinais e espera-se que estas metodologias venham a contribuir para melhorar a capacidade de detetar imaturidades em bebés e de avaliação do desenvolvimento.