El descubrimiento de golpe Sordera: Trastornos Detección de ritmo con los dedos sincronizada Tapping y tareas de sincronización de percepción

Resumen

Las tareas de comportamiento que permitan la evaluación de las capacidades de sincronización de percepción y sensoriomotoras en la población general (es decir, los no músicos) se presentan. La sincronización de los dedos tocando al ritmo de un estímulo auditivo y detección de irregularidades rítmicas proporciona un medio para descubrir trastornos del ritmo.

Resumen

Un conjunto de tareas conductuales para evaluar las capacidades de sincronización de percepción y sensoriomotoras en la población general (es decir, los no músicos) se presenta aquí con el objetivo de descubrir los trastornos del ritmo, como la sordera ritmo. Batir la sordera se caracteriza por el bajo rendimiento en la percepción de las duraciones en los patrones rítmicos auditivos o mala sincronización del movimiento con ritmos auditivos (por ejemplo, con ritmos musicales). Estas tareas incluyen la sincronización de los dedos tocando al ritmo de los estímulos auditivos simples y complejos y la detección de irregularidades rítmicas (tarea de detección anisochrony) incrustados en los mismos estímulos. Estas pruebas, que son fáciles de administrar, incluyen una evaluación de ambas capacidades perceptivas y sensoriomotoras temporización bajo diferentes condiciones (por ejemplo, batir los precios y tipos de material auditivo) y están basados ​​en los mismos estímulos auditivos, que van desde un simple metrónomo a un complejo fragmento musical. El análisis de synchrondatos tocando zada se realiza con estadísticas circulares, que proporcionan medidas fiables de precisión de sincronización (por ejemplo, la diferencia entre el tiempo de los grifos y el momento de los impulsos de estimulación) y consistencia. Estadísticas circulares en aprovechar los datos son especialmente adecuados para la detección de las diferencias individuales en la población general. Tapping sincronizada y detección anisochrony son medidas sensibles para identificar los perfiles de los trastornos del ritmo y se han utilizado con éxito para descubrir casos de mala sincronización con el tiempo de percepción salvado. Esta evaluación sistemática de la oportunidad de percepción y sensoriomotor puede extenderse a poblaciones de pacientes con daño cerebral, enfermedades neurodegenerativas (por ejemplo, la enfermedad de Parkinson), y trastornos del desarrollo (por ejemplo, déficit de atención con hiperactividad).

Introducción

Los seres humanos son particularmente eficientes en la tramitación de la duración de los eventos que ocurren en su entorno ^1. En particular, la capacidad de percibir el ritmo de la música o el tictac regular de un reloj y la capacidad de moverse junto con ella (por ejemplo, en la danza o deportes sincronizados) está muy extendida en la población general (es decir, en personas que no han recibido formación musical) ^2,3. Estas capacidades se basan en una red neuronal compleja que involucra las regiones corticales del cerebro (por ejemplo, la corteza premotora y el área motora suplementaria) y las estructuras subcorticales, como los ganglios basales y el cerebelo ^4-7.

La interrupción de esta red y el procesamiento temporal pobres consiguiente puede ser el resultado de daño cerebral ^8-10 o la degeneración neuronal, como se observa en pacientes con enfermedad de Parkinson ^11. Sin embargo, la mala percepción de la duración y la mala sincronización de la bcomer de la música también puede manifestarse en individuos sanos en ausencia de daño cerebral. A pesar del hecho de que la mayoría puede percibir ritmos auditivos y sincronizar el movimiento al ritmo (por ejemplo, en la música), hay notables excepciones. Algunas personas tienen grandes dificultades en la sincronización de sus movimientos corporales o dedo de tapping al ritmo de la música y pueden exhibir mala percepción ritmo, mostrando dificultades para discriminar melodías con notas de diferente duración. Esta condición se ha referido como "vencer la sordera" o "disritmia" ^2,12-14. Por ejemplo, batir la sordera fue descrito en un estudio reciente ^13, en el que se denunció el caso de un paciente llamado Mathieu. Mathieu fue particularmente inexacta en rebotando al ritmo de canciones rítmicas (por ejemplo, una canción de merengue). Sincronización todavía era posible, pero sólo con el sonido de una secuencia isócrono sencilla (por ejemplo, un metrónomo). Sincronización pobre eraasociada a la mala percepción de ritmo, como lo revela la Batería de Montreal de Evaluación de Amusia (mbea) ^15. En una tarea adicional, Mathieu se le pidió para que coincida con los movimientos de un bailarín de la música; curiosamente, Mathieu exhibió la percepción del tono irreprochable.

La mala percepción del ritmo y sincronización pobres, en los individuos sordo-beat con la percepción del tono ahorrado, fueron observados en otros estudios ^2,12,14, lo que proporciona evidencia convincente de que el ritmo trastornos pueden ocurrir en forma aislada. Batir la sordera es, por tanto, distinta de la descripción típica de amusia congénita (es decir, la sordera de tonos), una percepción del tono trastorno neurológico que afecta a la producción y ^16-19. Curiosamente, la mala percepción del ritmo y de la producción pueden co-ocurrir con mal procesamiento de tono en ^12,16,20 amusia congénita. Sin embargo, la mala percepción ritmo en este caso depende de la capacidad de un individuo para percibir variación de tono. Cuándovariaciones de tono en las melodías se retiran, amusics congénitas pueden discriminar con éxito las diferencias de ritmo ^21.

Las diferencias individuales importantes se han observado en la sordera latido; este hecho merece una atención especial. En la mayoría de los casos, tanto la percepción del ritmo y la sincronización con el ritmo de la música son deficientes ^2,12-14; Sin embargo, la sincronización pobre también puede ocurrir cuando la percepción del ritmo está a salvo ^2. Esta disociación entre la percepción y la acción en el dominio de tiempo se ha demostrado mediante tareas de tapping sincronizados con una variedad de estímulos auditivos rítmicos (por ejemplo, un metrónomo y música) y usando diferentes tareas de percepción del ritmo (por ejemplo, la discriminación de las melodías basadas en diferentes duraciones de las notas y la detección de desviaciones de isocronía en secuencias rítmicas). Este hallazgo es especialmente relevante porque apunta a la posible separación de la percepción y la acción en relación con mecanismo de tiempos, como se ha observado previamente en el procesamiento de tono ^17,22-25. Más disociaciones se destacaron dependiendo de la complejidad de estímulo ^2. La mayoría de los sincronizadores pobres exhiben dificultades selectivas con estímulos complejos (por ejemplo, la música o el ruido de amplitud modulada derivada de la música), mientras que todavía mostraron una sincronización precisa y consistente con secuencias isócronos simples; otros sincronizadores pobres mostraron el patrón opuesto. En resumen, estos resultados convergen en lo que indica que hay una variedad de fenotipos de los trastornos de temporización en la población general (como se observa en otros dominios de procesamiento musical como el tono ^25,26), que requieren un conjunto sensible de tareas para ser detectado. Caracterización de los patrones de los trastornos del ritmo es particularmente relevante para el esclarecimiento de los mecanismos específicos que están mal funcionamiento en el sistema de distribución.

El objetivo del método ilustrado aquí es proporcionar un conjunto de tareas que pueden serutilizado para descubrir los casos de sordera latido en la población general y detectar diferentes subtipos de trastornos de temporización (por ejemplo, afectando perceptual vs. tiempo sensoriomotoras o una clase particular de estímulos rítmicos). Sensoriomotoras capacidades de sincronización en su mayoría han sido examinados usando tareas dedos tocando con el material auditivo. Se les pide a los participantes a aprovechar su dedo índice en sincronía con los estímulos auditivos, como a una secuencia de tonos igualmente espaciados en el tiempo o la música (es decir, en una tarea sincronizada o ritmo tocando ^27-29). Otro paradigma popular, que ha sido fuente de considerables esfuerzos de modelado ^29-32, es el paradigma de la sincronización de continuación, en la que el participante sigue golpeando al tipo previsto por un metrónomo después del sonido se ha detenido. La percepción del ritmo es estudiada con una variedad de tareas que van desde la discriminación duración, estimación, bisección (es decir, la comparación de las duraciones de "corto" y & #39; normas largas '), y la detección de anisochrony (es decir, determinar si existe un intervalo desviada dentro de una secuencia isócrona) a la tarea de alineación ritmo (es decir, detectar si un metrónomo superpuesta a la música está alineado con el ritmo) ^{1,2 , 20,33,34.} La mayoría de los estudios se han centrado en la percepción del tiempo, vencer a la producción o al calendario sensoriomotor, las cuales fueron analizadas aisladamente. Sin embargo, es probable que tales tareas diferentes se refieren a algo diferentes capacidades (por ejemplo, tiempo de intervalo vs. tiempo basado en ritmo, perceptual vs. tiempo sensoriomotor) y no reflejan el funcionamiento de los mismos mecanismos de temporización y la circuitería neuronal asociada. Este problema se puede evitar mediante el uso de baterías recientemente propuestas de tareas que evalúan ambas habilidades perceptivas y de temporización sensoriomotoras. Estas baterías permiten a los investigadores para obtener un perfil exhaustivo de las capacidades de sincronización de un individuo. Ejemplos de este tipo de baterías son los bea prueba de alineación (BAT) ^34, la batería para la Evaluación de Habilidades auditiva Sensoriomotor Timing (BAASTA) ^35, y la Harvard Batir Assessment Test (H-BAT) ^36. Estas baterías consisten en aprovechar las tareas con una variedad de estímulos auditivos rítmicos que van desde la música a secuencias isócronos, así como tareas de percepción (por ejemplo, la discriminación de duración, la detección de la alineación de un metrónomo al compás de la música, y anisochrony detección). En todos los casos, se usó el mismo conjunto de fragmentos musicales en las tareas perceptuales y sensoriomotoras.

En este trabajo, se expone un conjunto de tareas que son particularmente eficientes en revelar patrones de trastornos del ritmo en individuos latidos sordos y sincronizadores pobres, como se muestra en los estudios previos ^2. Estas tareas son parte de una batería más grande de pruebas, el BAASTA ^35. Capacidades de sincronización Sensoriomotor se prueban pidiendo a los participantes a aprovechar su dedo al ritmo de simple yestímulos auditivos complejos (por ejemplo, secuencias de isócronas, música y ruido rítmico derivado de los estímulos musicales) ^27,28. Tiempo Perceptual se prueba con una tarea de detección anisochrony ^2,20,33,37. Se presenta un conjunto de tonos isócronos. En algunos casos, uno de los tonos (por ejemplo, el penúltimo) se presenta más pronto o más tarde de lo esperado sobre la base de la estructura isócrono de la secuencia auditiva. Se pidió a los participantes para detectar desviaciones de isocronía. La ventaja de estas tareas de percepción sensomotora y el ritmo es que ambos implican secuencias de estímulos (en lugar de las duraciones individuales) y estímulos de diferente complejidad. Así, con base en la evidencia anterior, estas tareas proporcionan las condiciones óptimas para descubrir diferentes fenotipos de la sordera ritmo y sincronización pobres. Se presta especial atención a la técnica adoptada en el análisis de datos de sincronización. Esta técnica se basa en estadísticas circulares, un enfoque que es particularmente nosotrosll adaptado para el examen de sincronización imprecisa e inconsistente con el ritmo.

Protocolo

1. Las tareas de sincronización

1. Preparación de los instrumentos:
   1. Conecte un instrumento de percusión MIDI estándar a la computadora a través de una interfaz MIDI convencional.
      NOTA: La adquisición de datos se realiza a través de un instrumento de percusión electrónica MIDI. El dispositivo captura el momento exacto de los grifos de los dedos durante las tareas de sincronización del motor.
   2. Abra el software dedicado para la presentación del estímulo y la grabación de respuesta.
      NOTA: La tarea de sincronización se lleva a cabo utilizando el software estándar para la presentación del material de audio y grabación de los datos de un instrumento musical MIDI digital (con 1 ms de precisión).
2. Sonido Material y procedimiento:
   1. Desde la interfaz de software, seleccione el impulso de estimulación para ser utilizado en la tarea de sincronización entre tres opciones (secuencia isócrona, música, y el ruido modulada en amplitud obtenida a partir de la envolvente de la onda del estímulo musical).
      NOTA: La ISOCsecuencia hronous se compone de 96 tonos isócrona presentados (duración = 30 ms). El estímulo musical es una versión para piano generada por computadora de un fragmento de la Marcha Radetzky (Opus 228), de Johann Strauss, que incluye 96 golpes (Beat = negra). Extractos de las tres estímulos se proporcionan como materiales adicionales para este manuscrito.
   2. Seleccione el tempo adecuado para el impulso de estimulación seleccionado (450, 600, o 750 ms Inter-inicio-intervalo (IOI) / Inter-beat-intervalo (IBI)) como se indica en la interfaz del software. Asegúrese de que los estímulos se entregan a un nivel de volumen agradable en los auriculares.
   3. Pídale al participante que se siente en una habitación tranquila frente al monitor de la computadora.
   4. Pídale al participante que toque en el instrumento de percusión MIDI con el dedo índice de su o su mano dominante en sincronía con los tonos de la secuencia isócrono o con los ritmos musicales para estímulos más complejos (música o ruido). Instruir a la particint para aprovechar la mayor regularidad posible, sin cambiar la tasa de extracción, mientras que la sincronización con el impulso de estimulación.
   5. Iniciar la presentación del estímulo y el registro de los grifos.
   6. Finalice la grabación de tomas después de presentar el último tono o ritmo musical.
3. Análisis de datos:
   NOTA: Analizar los datos de las tareas de tapping sincronizadas utilizando estadística circular ^38,39. Este método está particularmente bien adaptado para el análisis de datos de sincronización ^40,41; por otra parte, las estadísticas circulares son sensibles a las diferencias individuales en las capacidades de sincronización y por lo tanto son capaces de descubrir los casos de mala sincronización de ^2,40. El procedimiento de análisis se describe a continuación se lleva a cabo utilizando el software Matlab (utilizando la caja de herramientas CircStat ^39).
   1. Transformar la época de los grifos relativos a los impulsos de estimulación en ángulos en el círculo unidad (0-360 °) siguiendo el procedimiento indicado por Berens ^39. 0 ° (que es eqUAL a 360 °) corresponde al tiempo de la ocurrencia del impulso de estimulación (es decir, los sonidos o ritmos musicales). Utilice la siguiente fórmula para obtener el ángulo para cada momento del grifo: [ángulo (radianes) = 2 × π × (tiempo del grifo / IOI)]. Convertir radianes en grados con la función circ_rad2ang ^39.
   2. Trazar los ángulos obtenidos en el ensayo tocando como una distribución de puntos en el círculo unitario. Para ello, utilice la función circ_plot ^39. Proporcionar ángulos en radianes como argumento para la función para mostrar la parcela (véase el ejemplo en la Figura 1).
   3. Para cada ensayo tocando, utilice los ángulos (puntos en el círculo) para calcular la media del vector resultante R ^38,39,42 (ver Figura 1). Usa los circ_mean ³⁹ y ³⁹ circ_r funciones, que permiten el cálculo de precisión de la sincronización y la coherencia, respectivamente.
   4. Compute la precisión de sincronización (es decir, en promedio, a qué distancia del impulso de estimulación del participante grifos en un ensayo tocando sincronizado), que se corresponde con el ángulo θ del vector R. Utilice la función circ_mean ^39. Proporcionar ángulos en radianes como argumento para la función.
   5. Presentar los datos de tapping a la prueba de Rayleigh ⁴³ para evaluar si la distribución de los puntos alrededor del círculo es al azar, usando la función circ_rtest ^39. Proporcionar ángulos en radianes como argumento para la función.
      NOTA: En la prueba de Rayleigh, rechazar la hipótesis nula (es decir, la uniformidad circular, puntos distribuidos al azar en todo el círculo) si la longitud R vector es lo suficientemente grande (por ejemplo, mayor que 0,4), lo que indica que los participantes roscados en una relación de fase dada con respecto al impulso de estimulación por encima del azar. Sólo cuando la prueba de Rayleigh es significativo (es decir, cuando el distribution de puntos alrededor del círculo no es aleatorio) La precisión de la sincronización se puede interpretar correctamente.
   6. Calcular la consistencia de sincronización (es decir, la variabilidad en la discrepancia entre el tiempo de los grifos y los impulsos de estimulación), que corresponde a la longitud del vector R (de 0 a 1). Utilice la función circ_r ^39. Proporcionar ángulos en radianes como argumento para la función.
      NOTA: La consistencia es 1 cuando todos los grifos se producen exactamente en el mismo intervalo de tiempo antes o después de los impulsos de estimulación; la consistencia es 0 cuando los grifos se distribuyen aleatoriamente alrededor del círculo.
4. Evaluación de los resultados individuales:
   NOTA: Comparar el rendimiento de un participante a un grupo normativo oa un grupo de control para descubrir casos de mala precisión de sincronización o pobre consistencia. Para realizar esta comparación, ejecute un t-test corregido ⁴⁴ implementado en el progra singlims ordenadorm ( http://homepages.abdn.ac.uk/j.crawford/pages/dept/SingleCaseMethodsComputerPrograms.htm ).
   1. Abra el programa singlims ordenador. Introduzca la media y la desviación estándar de la precisión de la sincronización, y el tamaño de la muestra del grupo normativo o control. Proporcionar la precisión de sincronización para que el participante puede comparar con el grupo normativo o control. Haga clic en el botón "Calcular" para obtener los resultados de la prueba t corregido.
      NOTA: El participante realiza significativamente peor que el grupo normativo o control cuando la probabilidad de dos colas de la t-test corregido es inferior a 0,05.
   2. Introduzca la media y la desviación estándar de la consistencia de sincronización y tamaño de la muestra del grupo normativo o control. Proporcionar la consistencia de sincronización para el participante que se va a comparar con el grupo normativo o control.

2. Tareas de percepción del ritmo (Detección de Anisochrony)

1. Preparación de los instrumentos:
   1. Abra el programa informático utilizado para la ejecución de las tareas de detección anisochrony. Asegúrese de que las teclas del teclado de ordenador están correctamente configurados para registrar las respuestas de los participantes.
      NOTA: Las tareas de percepción del ritmo se implementan utilizando software estándar para llevar a cabo experimentos de comportamiento (es decir, la presentación del estímulo y el registro de las respuestas de comportamiento).
2. Sonido Material y procedimiento:
   1. Seleccione el estímulo (ya sea estímulo isócrono o la música) como se indica por la interfaz de software. Elija el tempo adecuado (450, 600, o 750 ms IOI / IBI) del estímulo seleccionado. Asegúrese de que los estímulos se entregan a través de los auriculares a un nivel de volumen cómodo.
      NOTA: Los estímulos se basan en el mismo material auditivo utilizado en las tareas de sincronización. Cada estímulo incluye sólo 8 isochrtonos onously presentados o ritmos musicales en lugar de 96. Para cada tipo de estímulo, hay una versión de "cambio" (50% de los ensayos, n = 24) y una versión de "no cambio" (50% de los ensayos, n = 24). En los estímulos de cambio, el sonido o musical penúltimo golpe se produce antes o después de lo esperado (por 8, 12, o 16% de la secuencia IOI / IBI) basado en el anterior IOIs / IBI. En el estímulo no-cambio, los IOIs / IBI son completamente isócrono.
   2. Indique al participante que se siente en una habitación tranquila en frente del monitor de la computadora, escuchar al juez de estímulo y luego, después de su presentación, si un cambio en el intervalo entre los estímulos o latidos (es decir, anisochrony) está presente o no. Anime a los participantes a prestar atención a la secuencia completa.
   3. Iniciar la presentación del estímulo. Pídale al participante que responda pulsando una de las dos teclas en el teclado del ordenador (es decir, una de las claves para el "cambio" o la otra clave de "no-cambiar "respuestas) después de la presentación del estímulo.
3. Análisis de datos:
   NOTA: Analizar los datos obtenidos de la tarea de percepción del ritmo mediante el cálculo del índice de discriminabilidad (d ') en cada nivel de cambio (a las 8, 12, 16% de la IOI / IBI) y para cada IOI / IBI. Cuanto mayor sea la d 'valor, mayor será la sensibilidad a la anisochronies.
   1. Considere las respuestas (n = 48) producidos por cada participante de un estímulo determinado, registradas en el archivo de salida por el software que se utiliza para ejecutar el experimento conductual. Cuente el número de respuestas cuando el anisochrony presente en el estímulo se ha detectado correctamente. Calcular la tasa Golpea (es decir, número de visitas / número de cambio de estímulos).
   2. Contar el número de respuestas cuando el participante informó de un cambio en el intervalo entre estímulos o latidos cuando no hubo ningún cambio. Calcule el falso-alarma (FA) tasa (es decir, el número de AF / número de no-change estímulos).
   3. Calcular el z-score para la tasa Golpea y tasa de FA, mediante la función de Matlab DISTR.NORM.INV (z-score = DISTR.NORM.INV (Visitas tasa o velocidad FA)). Reste el z-score para la tasa de FA desde el z-score para la tasa Golpea obtener d '.
4. Evaluación de los resultados individuales:
   NOTA: Comparar el rendimiento de un participante a un grupo normativo o control para descubrir casos de mala percepción del ritmo. En cuanto a los resultados de las tareas de sincronización, lleve a cabo un t-test corregido utilizando el programa singlims ordenador.
   1. Abra el programa singlims ordenador. Introduzca la media y la desviación estándar de d 'y el tamaño de la muestra del grupo normativo o control. Proporcionar el d 'valor para el participante que se va a comparar con el grupo normativo o control.
      NOTA: El participante realiza significativamente peor que el grupo normativo o de control cuando el dosprobabilidad de cola de la t-test corregido es inferior a 0,05.

Resultados

Las actividades descritas anteriormente se han utilizado con éxito para caracterizar las capacidades de sincronización de las personas sin formación musical ^2,34-36. En un estudio representativo reciente sobre beat-sordera ^2, un grupo de 99 no músicos (estudiantes universitarios) fueron seleccionados utilizando dos tareas de sincronización simples. Los participantes sincronizan su dedo tocando con una secuencia isócrono y un fragmento musical a un ritmo cómodo (con un IOI / IBI de 600 ms). D...

Discusión

El objetivo del método descrito es proporcionar un conjunto de tareas y estrategias de análisis para caracterizar las capacidades de sincronización de la mayoría de los individuos y detectar casos de sordera ritmo o mala sincronización. Los pasos críticos del protocolo implican 1) la configuración de los instrumentos utilizados para la presentación del estímulo y la recogida de datos dedo tocando y respuestas de los sujetos, 2) la recopilación de datos utilizando dos conjuntos de tareas (sincronización y la p...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Matlab	Mathworks		High-level language and interactive environment for numerical computation, visualization, and programming
MAX MSP	Cycling '74		Software for data acquisition from MIDI-controlled interfaces, and stimulation presentation
Presentation	Neurobehavioral Systems		Software for conducting experiments in experimental psychology. Allows precisely-times stimulus delivery and collection of behavioral responses.
Roland HPD- 10	Roland		Hand percussion pad (MIDI instrument)
EDIROL FA-66	Roland		MIDI interface to connect the MIDI instrument to the computer.