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Recent Advances in Resting-State Electroencephalography Biomarkers for Autism Spectrum Disorder—A Review of Methodological and Clinical Challenges - 10/08/16

Doi : 10.1016/j.pediatrneurol.2016.03.010 
Tosca-Marie Heunis, PhD a, , Chris Aldrich, DEng, PhD b, c, Petrus J. de Vries, MBChB, MRCPsych, PhD d
a Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, Stellenbosch University, Stellenbosch, South Africa 
b Department of Process Engineering, Stellenbosch University, Stellenbosch, South Africa 
c Department of Mining Engineering and Metallurgical Engineering, Western Australian School of Mines, Curtin University, Perth, Australia 
d Division of Child and Adolescent Psychiatry, University of Cape Town, Cape Town, South Africa 

Communications should be addressed to: Dr. Heunis (née Pistorius); Division of Child and Adolescent Psychiatry, University of Cape Town, 46 Sawkins Road, Rondebosch, 7700, South Africa.Division of Child and Adolescent PsychiatryUniversity of Cape Town46 Sawkins RoadRondebosch7700South Africa

Abstract

Background

Electroencephalography (EEG) has been used for almost a century to identify seizure-related disorders in humans, typically through expert interpretation of multichannel recordings. Attempts have been made to quantify EEG through frequency analyses and graphic representations. These “traditional” quantitative EEG analysis methods were limited in their ability to analyze complex and multivariate data and have not been generally accepted in clinical settings. There has been growing interest in identification of novel EEG biomarkers to detect early risk of autism spectrum disorder, to identify clinically meaningful subgroups, and to monitor targeted intervention strategies. Most studies to date have, however, used quantitative EEG approaches, and little is known about the emerging multivariate analytical methods or the robustness of candidate biomarkers in the context of the variability of autism spectrum disorder.

Methods

Here, we present a targeted review of methodological and clinical challenges in the search for novel resting-state EEG biomarkers for autism spectrum disorder.

Results

Three primary novel methodologies are discussed: (1) modified multiscale entropy, (2) coherence analysis, and (3) recurrence quantification analysis. Results suggest that these methods may be able to classify resting-state EEG as “autism spectrum disorder” or “typically developing”, but many signal processing questions remain unanswered.

Conclusions

We suggest that the move to novel EEG analysis methods is akin to the progress in neuroimaging from visual inspection, through region-of-interest analysis, to whole-brain computational analysis. Novel resting-state EEG biomarkers will have to evaluate a range of potential demographic, clinical, and technical confounders including age, gender, intellectual ability, comorbidity, and medication, before these approaches can be translated into the clinical setting.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : autism spectrum disorder, resting-state electroencephalography, EEG, biomarker


Plan


 Competing interests: PJdV and CA report no conflicts of interest in relation to the work presented here. TH was the developer of one of the biomarker methods discussed in the review paper.9 However, she does not have any financial conflicts of interest in relation to the method, which was published in an open-source, peer-reviewed publication.9
 Author contributions: PJdV and TH had the idea for the review. TH performed the review and generated the first draft of the manuscript. PJdV, TH and CA contributed to the drafting and reviewing of the manuscript. All authors read and approved the final manuscript.


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Vol 61

P. 28-37 - août 2016 Retour au numéro
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