Specific features of brain connectivity during silent reading in children with developmental dyslexia

Abstract

Numerous studies have used electrophysiological methods in attempts to discriminate dyslexic from non-dyslexic readers and to identify brain mechanisms underlying specific reading disability. The aim of the present study is to apply an analysis of largescale neuronal networks to study brain connectivity in children with developmental dyslexia during silent reading and to compare results with their peers. EEG signal was recorded from five dyslexic and five normal readers (three female and two male) using 10-20 International system for electrode placement and mono-polar montage. Additional EOG electrodes were used in order to register horizontal and vertical eye movements. Subjects had a task to read a simple story silently. The text was presented on a computer screen with 40 cm distance from the subject’s eyes. Five-second artefact free periods were analysed offline using spectral analysis (FFT algorithm). Amplitude correlations in Theta rhythm (4-7 Hz) between all 19 electrodes were calculated. Statistically significant correlations (p=0.01) were further used for neural network modelling.We found that dyslexic children had one closed neural network that consisted of four elements (centro-parietal cortex: C3-C4- Cz-P4 electrodes) and three interhemispheric connections between homologous electrodes without complex intra- and interhemispheric connections. Non-dyslexic readers had far more, both quantitatively and qualitatively, complex large-scale neuronal networks in frontotemporal and centro-parietal cortex. Complex cognitive functions, such as reading, require dynamic collaboration between close and distant cortical regions in order to achieve adequate connections for parallel information processing.

Brojne studije koristile su elektrofiziološke metode u pokušaju da diferenciraju decu sa razvojnom disleksijom od tipičnih čitača kao i da identifikuju mehanizme koji su u osnovi razvojne disleksije. Cilj ove studije bio je da se ispitaju karakteristike povezivanja moždanih regija u lokalne i široko-distribuirane neuralne mreže kod dece sa razvojnom disleksijom tokom čitanja u sebi i da se rezultati uporede sa rezultatima dece urednih čitača. EEG signal je snimljen kod petoro dece sa razvojnom disleksijom (2 dečaka i 3 devojčice) i pet urednih čitača iste polne i uzrasne strukture, koristeći 10-20 Internacionalni sistem za pozicioniranje elektroda uz monopolarnu montažu. Dodatne elektrode su korišćene kako bi se registrovali pokreti očiju. Ispitanici su imali zadatak da u sebi čitaju jednostavan tekst. Tekst je prezentovan na monitoru računara na udaljenosti od 40cm od očiju ispitanika. Periodi od 5 sekundi bez artefakata analizirani su spektralnom analizom (FFT-Fast Fourier Transform algoritam). Statistički značajne (p<0.01) korelacije u amplitudi teta ritma (4-7 Hz) između svih 19 elektroda korišćene su za dalje modeliranje neuralnih mreža. Ustanovljeno je da su deca sa razvojnom disleksijom formirala jednu četvoročlanu neuralnu mrežu (centro-parijetalni korteks: C3- C4-Cz-P4) kao i tri interhemisferne konekcije između homolognih elektroda leve i desne hemisfere bez kompleksnih intra ili interhemisfernih konekcija. Deca sa tipičnom funkcijom čitanja su ostvarila daleko veći broj tročlanih, četvoročlanih i petočlanih zatvorenih mreža u odnosu na decu sa razvojnom disleksijom. Kognitivna funkcija kao što je čitanje zahteva dinamičku saradnju bliskih i udaljenih kortikalnih regiona u cilju postizanja paralelnog procesiranja informacije.