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Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography (<sub>d</sub>EEG)

Dense array electroencephalography (dEEG), which provides a non-invasive window for measuring brain activity and a temporal resolution unsurpassed by any ...

This study examined infant response and recovery from a social challenge and parent responses. Behavioral and physiological responses were measured from forty-three 5- and 6-month-olds infants during a modified still-face procedure that used an additional still-face reunion sequence. Results confirm the hypothesis that infants of more responsive parents show more regulation than infants of less responsive parents. Infants of more responsive parents showed greater regulation of heart rate and negative affect during the final episode of the procedure than infants of less responsive parents. In addition, this procedure elicited a cortisol response (from .22 microg/dl to .31 microg/dl). Findings suggest important links between parent behavior and infant stress reactivity and regulation.

Infant stress and parent responsiveness: regulation of physiology and behavior during still-face and reunion.

Infant Stress und Eltern Reaktionsf&#xE4;higkeit: Regulierung der Physiologie und Verhalten w&#xE4;hrend der Still-Gesicht und Wiedervereinigung.

Data from animal models indicate that neonatal stress or pain can permanently alter subsequent behavioral and/or physiological reactivity to stressors. However, cumulative effects of pain related to acute procedures in the neonatal intensive care unit (NICU) on later stress and/or pain reactivity has received limited attention. The objective of this study is to examine relationships between prior neonatal pain exposure (number of skin breaking procedures), and subsequent stress and pain reactivity in preterm infants in the NICU. Eighty-seven preterm infants were studied at 32 (+/-1 week) postconceptional age (PCA). Infants who received analgesia or sedation in the 72 h prior to each study, or any postnatal dexamethasone, were excluded. Outcomes were infant responses to two different stressors studied on separate days in a repeated measures randomized crossover design: (1) plasma cortisol to stress of a fixed series of nursing procedures; (2) behavioral (Neonatal Facial Coding System; NFCS) and cardiac reactivity to pain of blood collection. Among infants born <or=28 weeks gestational age (GA), but not 29-32 weeks GA, higher cumulative neonatal procedural pain exposure was related to lower cortisol response to stress and to lower facial (but not autonomic) reactivity to pain, at 32 weeks PCA, independent of early illness severity and morphine exposure since birth. Repeated neonatal procedural pain exposure among neurodevelopmentally immature preterm infants was associated with down-regulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, which was not counteracted with morphine. Differential effects of early pain on development of behavioral, physiologic and hormonal systems warrant further investigation.

Neonatal procedural pain exposure predicts lower cortisol and behavioral reactivity in preterm infants in the NICU.

Neonatal prozeduralen Schmerzen Exposition prognostiziert niedrigere Cortisol-und Verhaltenswissenschaften Reaktivit&#xE4;t bei Fr&#xFC;hgeborenen in der Kinderklinik.

Cortisol plays an important role in learning and memory. An inverted-U shaped function has been proposed to account for the positive and negative effects of cortisol on cognitive performance and memory in adults, such that too little or too much impair but moderate amounts facilitate performance. Whether such relationships between cortisol and mental function apply to early infancy, when cortisol secretion, learning, and memory undergo rapid developmental changes, is unknown. We compared relationships between learning/memory and cortisol in preterm and full-term infants and examined whether a greater risk for adrenal insufficiency associated with prematurity produces differential cortisol-memory relationships. Learning in three-month old (corrected for gestational age) preterm and full-term infants was evaluated using a conjugate reinforcement mobile task. Memory was tested by repeating the same task 24h later. Salivary cortisol samples were collected before and 20 min after the presentation of the mobile. We found that preterm infants had lower cortisol levels and smaller cortisol responses than full-term infants. This is consistent with relative adrenal insufficiency reported in the neonatal period. Infants who showed increased cortisol levels from 0 to 20 min on Day 1 had significantly better memory, regardless of prematurity, than infants who showed decreased cortisol levels.

Cortisol, contingency learning, and memory in preterm and full-term infants.

Cortisol, Kontingenz Lernen und Ged&#xE4;chtnis in Fr&#xFC;h-und Neugeborenen.

Animal studies have shown that prenatal alcohol exposure (PAE) is linked to alterations in the stress response systems. To date, little is known about the impact of PAE on stress systems in human infants. The current study examined PAE effects on the stress response, as evidenced by the activation of the limbic-hypothalamic-pituitary-adrenal (L-HPA) axis and autonomic system and changes in negative affect during a social-emotional challenge in human infants. We also examined whether the effects of PAE on infant responsiveness differed in boys and girls.

Infant stress reactivity and prenatal alcohol exposure.

Tierversuche haben gezeigt, dass pr&auml;nataler Alkohol Exposition (PAE) mit &Auml;nderungen in der Antwort-Belastungssysteme verkn&uuml;pft ist. Bislang ist wenig &uuml;ber die Auswirkungen von PAE auf Belastungssysteme in menschliche S&auml;uglinge bekannt. Die aktuelle Studie untersucht PAE-Auswirkungen auf die Stress-Reaktion, wie die Aktivierung des limbischen-Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren (L-HPA) Achse und autonome System und &Auml;nderungen im negativ beeinflussen w&auml;hrend eine sozial-emotionale Herausforderung in menschliche S&auml;uglinge belegt. Wir pr&uuml;fen auch, ob die Auswirkungen von PAE auf Kleinkinder Reaktionsf&auml;higkeit jungen und M&auml;dchen Einzelpunkten.

Kleinkinder Spannung Reaktivit&auml;t und pr&auml;nataler Alkohol Exposition.

Little is known about the developmental trajectory of cortisol levels in preterm infants after hospital discharge.

Altered basal cortisol levels at 3, 6, 8 and 18 months in infants born at extremely low gestational age.

&Uuml;ber die Entwicklungsbiologie Flugbahn des Cortisol-Level bei Fr&uuml;hgeborenen ist nach Krankenhaus-Entlassung wenig bekannt.

Ver&auml;nderte basalen Cortisol-Level 3, 6, 8 und 18 Monate bei S&auml;uglingen, die bei extrem niedrigen Gestationsalter geboren.

There is evidence that the developmental trajectory of cortisol secretion in preterm infants is altered, with elevated basal cortisol levels observed postnatally through at least 18 months corrected age (CA). This alteration is possibly due to neonatal pain-related stress. High cortisol levels might contribute to greater risk of impaired neurodevelopment. Since maternal factors are important for the regulation of infant stress responses, we investigated relationships between infant (neonatal pain-related stress, attention, cortisol) and maternal (stress, interactive behaviors) factors at age 8 months CA. We found that interactive maternal behaviors buffered the relationship between high neonatal pain-related stress exposure and poorer focused attention in mothers who self-reported low concurrent stress. Furthermore, in preterm infants exposed to high concurrent maternal stress and overwhelming interactive maternal behaviors, higher basal cortisol levels were associated with poor focused attention. Overall, these findings suggest that maternal factors can influence the cognitive resilience at 8 months of preterm infants exposed to early life stress.

Maternal stress and behavior modulate relationships between neonatal stress, attention, and basal cortisol at 8 months in preterm infants.

Gibt es Beweise daf&uuml;r, dass die Entwicklungsbiologie Flugbahn des Cortisol-Sekretion bei Fr&uuml;hgeborenen ge&auml;ndert wird, mit erh&ouml;hten basalen Cortisol korrigiert Ebenen beobachtet postnatal durch mindestens 18 Monate alt (CA). Diese &Auml;nderung ist m&ouml;glicherweise durch neonatale Schmerzen im Zusammenhang mit Stress. Hohe Cortisol-Level k&ouml;nnen zu erh&ouml;hte Gefahr von gest&ouml;rter Hirnentwicklung beitragen. Da m&uuml;tterliche Faktoren wichtig f&uuml;r die Regulierung des S&auml;uglings Spannung Antworten sind, wir untersucht Beziehungen zwischen S&auml;ugling (neonatale Schmerzen im Zusammenhang mit Stress, Aufmerksamkeit, Cortisol) und m&uuml;tterlicherseits (Stress, interaktives Verhalten) Faktoren im Alter von 8 Monaten CA. Wir fanden, dass interaktive m&uuml;tterliche Verhaltensweisen die Beziehung zwischen hohen neonatale Schmerz Stress am Exposition und &auml;rmeren fokussierte Aufmerksamkeit im M&uuml;tter gepuffert, die geringe Anzahl gleichzeitiger Belastung self-reported. Dar&uuml;ber hinaus wurden bei Fr&uuml;hgeborenen, hohen gleichzeitigen m&uuml;tterlicher Stress und &uuml;berw&auml;ltigende interaktive m&uuml;tterlichen Verhaltensweisen ausgesetzt, h&ouml;here basalen Cortisol-Level mit Armen konzentrierter Aufmerksamkeit. Diesen Ergebnissen zufolge insgesamt m&uuml;tterliche Faktoren die kognitive Widerstandsf&auml;higkeit bei 8 Monate von Fr&uuml;hgeborenen zu fr&uuml;hen Leben Stress ausgesetzt beeinflussen k&ouml;nnen.

M&uuml;tterliche Stress und Verhalten modulieren Beziehungen zwischen neonatale Spannung, Aufmerksamkeit und basalen Cortisol bei 8 Monate bei Fr&uuml;hgeborenen.

We examined the role of physiological regulation (heart rate, vagal tone, and salivary cortisol) in short-term memory in preterm and full-term 6-month-old infants. Using a deferred imitation task to evaluate social learning and memory recall, an experimenter modeled three novel behaviors (removing, shaking, and replacing a glove) on a puppet. Infants were tested immediately after being shown the behaviors as well as following a 10-min delay. We found that greater suppression of vagal tone was related to better memory recall in full-term infants tested immediately after the demonstration as well as in preterm infants tested later after a 10-min delay. We also found that preterm infants showed greater coordination of physiology (i.e., tighter coupling of vagal tone, heart rate, and cortisol) at rest and during retrieval than full-term infants. These findings provide new evidence of the important links between changes in autonomic activity and memory recall in infancy. They also raise the intriguing possibility that social learning, imitation behavior, and the formation of new memories are modulated by autonomic activity that is coordinated differently in preterm and full-term infants.

Physiological correlates of memory recall in infancy: vagal tone, cortisol, and imitation in preterm and full-term infants at 6 months.

Wir untersucht die Rolle von physiologischen Gesetzen (Herzfrequenz, Vagusnerven Ton und Speichel Cortisol) im Kurzzeitged&auml;chtnis bei Fr&uuml;hgeborenen und endg&uuml;ltigen 6 Monate alten S&auml;uglingen. Verwenden eine verz&ouml;gerte Nachahmung Aufgabe zum Auswerten von soziales Lernen und Ged&auml;chtnis, modelliert ein Experimentator drei neuartige Verhaltensweisen (entfernen, sch&uuml;tteln und ersetzen einen Handschuh) auf eine Puppe. S&auml;uglinge wurden sofort nach die Verhalten gezeigt wird, wie auch nach einer Verz&ouml;gerung von 10-min getestet. Wir fanden, dass gr&ouml;&szlig;ere Unterdr&uuml;ckung des Vagusnerven Ton mit besseren Ged&auml;chtnis bei endg&uuml;ltigen S&auml;uglingen unmittelbar nach der Demonstration sowie wie bei Fr&uuml;hgeborenen, die sp&auml;ter nach einer Verz&ouml;gerung von 10-min getestet getestet verwandt war. Wir fanden auch, dass Fr&uuml;hgeborene st&auml;rkeren Koordinierung der Physiologie (d.h., enger Kopplung von Vagusnerven Ton, Herzfrequenz und Cortisol) zeigte im Ruhezustand und w&auml;hrend der Abruf als endg&uuml;ltigen m&ouml;glich. Diese Erkenntnisse belegen neue wichtigen Verbindungen zwischen &Auml;nderungen in Autonome Reaktionen und Ged&auml;chtnis im S&auml;uglingsalter. Sie erh&ouml;hen auch die faszinierende M&ouml;glichkeit, dass soziales Lernen, Imitation Verhalten und die Bildung von neuen Erinnerungen durch autonome Reaktionen moduliert werden, die koordinierte anders in Fr&uuml;hgeburten und endg&uuml;ltigen m&ouml;glich ist.

Physiologische korreliert der Ged&auml;chtnis in Kinderschuhen: Vagusnerven Ton, Cortisol und Nachahmung bei Fr&uuml;hgeborenen und endg&uuml;ltigen S&auml;uglingen unter 6 Monaten.

Learning difficulties in preterm infants are thought to reflect impairment in arousal regulation. We examined relationships among gestational age, learning speed, and behavioral and physiological reactivity in 55 preterm and 49 full-term infants during baseline, contingency, and nonreinforcement phases of a conjugate mobile paradigm at 3 months corrected age. For all infants, negative affect, looking duration, and heart rate levels increased during contingency and nonreinforcement phases, whereas respiratory sinus arrhythmia (RSA, an index of parasympathetic activity) decreased and cortisol did not change. Learners showed greater RSA suppression and less negative affect than nonlearners. This pattern was particularly evident in the preterm group. Overall, preterm infants showed less learning, spent less time looking at the mobile, and had lower cortisol levels than full-term infants. Preterm infants also showed greater heart rate responses to contingency and dampened heart rate responses to nonreinforcement compared to full-term infants. Findings underscore differences in basal and reactivity measures in preterm compared to full-term infants and suggest that the capacity to regulate parasympathetic activity during a challenge enhances learning in preterm infants.

Contingency Learning and Reactivity in Preterm and Full-Term Infants at 3 Months.

Lernschwierigkeiten bei Fr&uuml;hgeborenen werden gedacht, um Wertminderungen in Erregung Verordnung Rechnung zu tragen. Wir untersucht Beziehungen zwischen Gestationsalter, lernen Geschwindigkeit und Verhaltens- und physiologischen Reaktivit&auml;t bei 55 Fr&uuml;hgeburt und 49 endg&uuml;ltigen S&auml;uglingen w&auml;hrend Baseline, Kontingenz und Nonreinforcement Phasen eines konjugierten mobile Paradigmas nach 3 Monaten korrigiert Alter. F&uuml;r alle Kinder &auml;nderte nicht negativ beeinflussen, suchen, Dauer, und Herzfrequenz w&auml;hrend der Kontingenz und Nonreinforcement Phasen, erh&ouml;ht, w&auml;hrend die Respiratorische Sinusarrhythmie (RSA, ein Index der parasympathische Aktivit&auml;t) abgenommen und Cortisol. Lernenden zeigte gr&ouml;&szlig;ere RSA Unterdr&uuml;ckung und weniger negativ beeinflussen als Nonlearners. Dieses Muster zeigte sich insbesondere in der Schwangerschaftswoche Gruppe. Insgesamt, Fr&uuml;hgeburt S&auml;uglinge zeigten weniger lernen und verbrachten weniger Zeit auf dem Mobile hatten niedrigere Cortisol als endg&uuml;ltigen m&ouml;glich. Fr&uuml;hgeborene auch zeigte gr&ouml;&szlig;ere Herzfrequenz Antworten Kontingenz und ged&auml;mpft Herzfrequenz Antworten zu Nonreinforcement, die im Vergleich zur endg&uuml;ltigen m&ouml;glich. Ergebnisse unterstreichen Unterschiede in basalen und Reaktivit&auml;t Ma&szlig;nahmen im Fachmagazin im Vergleich zum endg&uuml;ltigen S&auml;uglinge und schlagen vor, da&szlig; die Kapazit&auml;t, parasympathische Aktivit&auml;t w&auml;hrend eine Herausforderung zu regulieren lernen bei Fr&uuml;hgeborenen verbessert.

Kontingenz lernen und Reaktionsf&auml;higkeit bei Fr&uuml;hgeborenen und endg&uuml;ltigen S&auml;uglingen nach 3 Monaten.

In humans, anticipatory stress involves activation of the limbic-hypothalamic-pituitary-adrenal axis, which releases stress hormones such as cortisol in response to an impending stressor. Conditioning of the stress response to anticipate and prepare for future challenges is a hallmark of adaptation. It is unknown whether human infants in the first year of life have developed the neural circuitry to support the anticipation of stressful events in an attachment context. Here, we show that human infants at six months of age produce an anticipatory stress response, as indicated by the release of stress hormones, when re-exposed after 24 h to a context in which they demonstrated a stress response to a disruption in the parent-infant relationship. Although infant stress response (cortisol elevation) was greater to the stressful event (parent unresponsiveness) than to the second exposure to the stress context (room, chair, presence of parent and experimenter, etc.), it was greater in the stress group than in the control group on both days. Results suggest that human infants have the capacity to produce an anticipatory stress response that is based on expectations about how their parents will treat them in a specific context.

Infant anticipatory stress.

Beim Menschen umfasst vorauseilende Spannung Aktivierung der limbische-Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse, die Stresshormone wie Cortisol als Reaktion auf eine bevorstehende Stressor freigibt. Konditionierung der Stress-Reaktion zu antizipieren und auf k&uuml;nftige Herausforderungen vorzubereiten ist ein Markenzeichen der Anpassung. Es ist unbekannt, ob menschliche S&auml;uglinge im ersten Jahr des Lebens, die neuralen Schaltkreis entwickelt haben, die Vorfreude auf stressige Ereignisse in einem Anlage-Kontext zu unterst&uuml;tzen. Hier zeigen wir, dass menschliche S&auml;uglinge sechs Monate alt eine vorausschauende Stressantwort, produzieren, wie durch die Aussch&uuml;ttung von Stresshormonen, wenn re-exposed nach 24 h an einen Kontext, in dem sie eine Stress-Reaktion auf eine St&ouml;rung in der Eltern-Kind-Beziehung zeigten. Obwohl Kleinkinder Stressantwort (Cortisol H&ouml;he) zum stressigen Ereignis (&uuml;bergeordnete Reaktionsmangel) als die zweite Ausstellung an den Druck-Kontext (Zimmer, Stuhl, Anwesenheit der Eltern und Experimentator usw.) gr&ouml;&szlig;er war, war es an beiden Tagen gr&ouml;&szlig;er in der Druck-Gruppe als in der Kontrollgruppe. Ergebnisse legen nahe, dass menschliche S&auml;uglinge haben eine vorausschauende Stress-Reaktion zu produzieren, die basiert auf Erwartungen dar&uuml;ber, wie sie zu ihren Eltern in einem bestimmten Kontext behandeln werden.

Kleinkinder vorauseilende Spannung.

The current study examined whether the psychological stress of the still-face (SF) task (i.e. stress resulting from a parent's unresponsiveness) is a valid laboratory stress paradigm for evaluating infant cortisol reactivity. Given that factors external to the experimental paradigm, such as arriving at a new place, may cause an elevation in cortisol secretion; we tested the hypothesis that infants would show a cortisol response to the SF task but not to a normal FF task (control). Saliva was collected for cortisol measurement from 6-month-old infants (nÂ =Â 31) randomly assigned to either a repeated SF task or to a continuous FF task. Parent-infant dyads were videotaped. Salivary cortisol concentration was measured at baseline, 20, and 30Â min after the start of the procedure. Infant salivary cortisol concentrations showed a significant increase over time for the SF task but not for the FF task. The results provide new evidence that the repeated SF task provides a psychological challenge that is due to the SF condition rather than to some non-task related factor; these results provide internal validity for the paradigm. The study offers new insight into the role of parent-infant interactions in the activation of the infant stress response system.

Relationship disruption stress in human infants: a validation study with experimental and control groups.

Die aktuelle Studie untersucht, ob der psychische Stress der Aufgabe noch-Gesicht (SF) (d.h. infolge eines Elternteils Reaktionsmangel betonen) ist ein g&uuml;ltiger Labor Spannung Paradigma f&uuml;r die Bewertung der Kleinkinder Cortisol Reaktivit&auml;t. Angesichts der Tatsache, dass dem experimentellen Paradigma wie z. B. die Ankunft an einem neuen, externen Faktoren eine H&ouml;he im Cortisol-Sekretion f&uuml;hren; Wir testeten die Hypothese, dass S&auml;uglinge, eine Cortisol-Antwort auf die SF-Aufgabe jedoch nicht auf eine normale FF-Aufgaben (Kontrolle zeigen w&uuml;rde). Speichel Cortisol-Messung von 6 Monate alten S&auml;uglingen zusammengestellt wurde (n = 31) zuf&auml;llig ausgew&auml;hlten entweder eine wiederholte SF-Aufgabe oder eine dauerhafte FF-Aufgabe. Eltern-Kind-Dyaden wurden gefilmt. Speichel Cortisol-Konzentration wurde gemessen bei Studienbeginn, 20 und 30 min nach dem Start des Verfahrens. Kleinkinder Speichel Cortisol-Konzentrationen zeigten eine deutliche Steigerung im Laufe der Zeit f&uuml;r die SF-Aufgabe aber nicht f&uuml;r die FF-Aufgabe. Die Ergebnisse liefern neue Anhaltspunkte, die wiederholte SF-Aufgabe eine psychologische Herausforderung, die durch die SF-Bedingung nicht auf einige Verwandte keine Tasks-Faktor ist; Diese Ergebnisse liefern Interne Validit&auml;t f&uuml;r das Paradigma. Die Studie bietet neue Einblicke in die Rolle der Eltern-Kind-Interaktionen die Aktivierung von der Kleinkinder Stress-Antwort-System.

Article	Year
Infant stress and parent responsiveness: regulation of physiology and behavior during still-face and reunion. Child development\| PubMed ID: 14552412	2003
Neonatal procedural pain exposure predicts lower cortisol and behavioral reactivity in preterm infants in the NICU. Pain\| PubMed ID: 15661436	2005
Cortisol, contingency learning, and memory in preterm and full-term infants. Psychoneuroendocrinology\| PubMed ID: 16122876	2006
Infant stress reactivity and prenatal alcohol exposure. Alcoholism, clinical and experimental research\| PubMed ID: 17117971	2006
Altered basal cortisol levels at 3, 6, 8 and 18 months in infants born at extremely low gestational age. The Journal of pediatrics\| PubMed ID: 17236892	2007
Maternal stress and behavior modulate relationships between neonatal stress, attention, and basal cortisol at 8 months in preterm infants. Developmental psychobiology\| PubMed ID: 17299787	2007
Physiological correlates of memory recall in infancy: vagal tone, cortisol, and imitation in preterm and full-term infants at 6 months. Infant behavior & development\| PubMed ID: 20189251	2010
Contingency Learning and Reactivity in Preterm and Full-Term Infants at 3 Months. Infancy : the official journal of the International Society on Infant Studies\| PubMed ID: 20717491	2008
Infant anticipatory stress. Biology letters\| PubMed ID: 20739315	2011
Relationship disruption stress in human infants: a validation study with experimental and control groups. Stress (Amsterdam, Netherlands)\| PubMed ID: 21438783	2011

David W. Haley

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