Prueba de la función sensorial y multisensorial en niños con Trastorno del Espectro Autista

Resumen

We describe how to implement a battery of behavioral tasks to examine the processing and integration of sensory stimuli in children with ASD. The goal is to characterize individual differences in temporal processing of simple auditory and visual stimuli and relate these to higher order perceptual skills like speech perception.

Resumen

Además de las deficiencias en la comunicación social y la presencia de intereses restringidos y comportamientos repetitivos, los déficits en el procesamiento sensorial son ahora reconocidos como un síntoma central en el trastorno del espectro autista (TEA). Nuestra capacidad de percibir e interactuar con el mundo exterior tiene sus raíces en el procesamiento sensorial. Por ejemplo, escuchar una conversación implica el procesamiento de las señales auditivas procedentes del altavoz (contenido del habla, la prosodia, sintaxis), así como la información asociada visual (expresiones faciales, gestos). En conjunto, la "integración" de estos multisensoriales (es decir, en combinación audiovisual) piezas de los resultados de la información en una mejor comprensión. Tal integración multisensorial ha demostrado ser fuertemente dependiente de la relación temporal de los estímulos emparejados. Por lo tanto, los estímulos que se producen en estrecha proximidad temporal son altamente probable que resulte en beneficios de comportamiento y de percepción - ganancias que se cree ser el reflejo de laEl juicio de sistema perceptivo de la probabilidad de que estos dos estímulos provienen de la misma fuente. Se espera que los cambios en esta integración temporal para alterar fuertemente los procesos de percepción, y es probable que disminuya la capacidad de percibir e interactuar con nuestro mundo con precisión. Aquí, una batería de tareas diseñadas para caracterizar diversos aspectos de procesamiento temporal sensorial y multisensorial en niños con ASD se describe. Además de su utilidad en el autismo, esta batería tiene un gran potencial para la caracterización de cambios en la función sensorial en otras poblaciones clínicas, así como que se utiliza para examinar los cambios en estos procesos a través de la vida útil.

Introducción

La investigación en neurociencias tradicional se ha acercado a menudo la comprensión de la percepción sensorial, centrándose en las modalidades sensoriales individuales. Sin embargo, el entorno se compone de una amplia gama de entradas sensoriales que se integran en una vista perceptual unificada del mundo de una manera aparentemente sin esfuerzo. El hecho de que existimos en un rico entorno tan multisensorial requiere que entendamos mejor la forma en que el cerebro combina la información a través de los diferentes sistemas sensoriales. La necesidad de esta comprensión se amplifica aún más por el hecho de que la presencia de múltiples piezas de información sensorial a menudo resulta en mejoras sustanciales en el comportamiento y la percepción ^1-3. Por ejemplo, hay una gran mejora (hasta 15 dB en la relación señal a ruido) en la capacidad para entender el habla en un ambiente ruidoso si el observador también puede ver movimientos de los labios del orador ^4-7.

Uno de los principales factores queafecta cómo se combinan e integran los diferentes estímulos sensoriales es su proximidad temporal relativa. Si dos señales sensoriales ocurren cerca en el tiempo, una estructura temporal que sugiere un origen común, son muy propensos a ser integrado como lo demuestran los cambios en el comportamiento y la percepción ^8-12. Una de las más poderosas herramientas experimentales para examinar el impacto de la estructura temporal multisensorial en las respuestas de comportamiento y de percepción es el juicio de simultaneidad (SJ) tareas ^13-16. En tal tarea, multisensorial (por ejemplo, visual y auditiva) estímulos están emparejados en varios asincronías inicio del estímulo (SOA) que van desde objetivamente simultánea (es decir., Un desplazamiento de 0 mseg temporal) a altamente asíncrona (por ejemplo, 400 ms). Los participantes deberán juzgar los estímulos como simultánea o no a través de un simple botón. En una tarea de este tipo, incluso cuando los estímulos visuales y auditivos se presentan al SOA de 100 mseg o más, los sujetos informan que el parfue simultánea en una gran proporción de los ensayos. La ventana de tiempo en el que dos entradas pueden ocurrir y tienen una alta probabilidad de ser percibido como algo que ocurre de manera simultánea se conoce como la ventana de unión temporal (TBW) ^17-19.

El ACT es una construcción altamente etológico, ya que representa las regularidades estadísticas del mundo que nos ¹⁹ alrededor. La "ventana" ofrece flexibilidad para la especificación de eventos de origen común; uno que permite estímulos que ocurren a distancias diferentes con diferentes tiempos de propagación (tanto físicas y neuronales) para todavía ser "unido" a la otra. Sin embargo, aunque el TBW es una construcción probabilístico, los cambios que se expanden (o contrato) el tamaño de esta ventana es probable que tengan en cascada y los efectos potencialmente perjudiciales sobre la percepción ^20,21.

Trastorno del espectro autista (TEA) es un trastorno del neurodesarrollo que se ha diagnosticado clásico on la base de déficit en la comunicación social y la presencia de intereses restringidos y comportamientos repetitivos ^22. Además, y como recientemente codificada en el DSM-5, los niños con TEA presentan frecuentemente alteraciones en sus respuestas a los estímulos sensoriales. En lugar de limitarse a un solo sentido, estos déficits menudo abarcan múltiples sentidos incluyendo oído, el tacto, el equilibrio, el gusto y la visión. Junto con esta presentación "multisensorial", las personas con TEA a menudo presentan déficits en el ámbito temporal. Colectivamente, estas observaciones sugieren que la función temporal multisensorial puede ser alterada preferentemente en el autismo ^17,23-25. Aunque concordante con la visión de la función sensorial alterada en los TEA, cambios en la función temporal multisensorial también pueden ser un importante contribuyente a los déficits en la comunicación social en los TEA, dada la importancia de una rápida y vinculante de estímulos multisensoriales exacta para funciones sociales y de comunicación. Tomar comon ejemplo el intercambio de voz descrito anteriormente en el que la información importante está contenida tanto en el auditorio y las modalidades visuales. De hecho, estas tareas se han utilizado para demostrar diferencias significativas en la anchura de la TBW multisensorial en niños con autismo de alto funcionamiento ^26-28.

Debido a su importancia para la función normal de percepción, sus posibles implicaciones en los procesos de orden superior, tales como la comunicación social (y otras habilidades cognitivas), y su relevancia clínica, una batería de tareas diseñadas para evaluar la función temporal multisensorial en los niños con TEA se describe.

Protocolo

Declaración de Ética: Todos los sujetos deberán dar su consentimiento informado antes del experimento. La investigación descrita aquí ha sido aprobado por la Junta de Revisión Institucional del Centro Médico Universitario Vanderbilt.

1. Experimento Set Up

1. Pida a los participantes que completen las tareas en una habitación de sonido controlado con poca luz.
   NOTA: Tenga en cuenta la implementación de un horario visual ^29,30 como parte del diseño del estudio. Aunque cada tarea en esta batería es relativamente corto, la realización de varias tareas en una fila puede causar fatiga en algunos niños, ambas con desarrollo típico (TD) y con TEA. Un horario visual debe incluir todas las actividades previstas (ambas tareas y exámenes de audición / visión), así como las pausas breves entre las tareas. Esta estructura ayudará a contribuir a una experiencia de investigación en general positivo para el participante, e incluso se ha demostrado que para obtener respuestas más precisas en algunas tareas ^31.
2. Coloque una mentonera a la mesa donde el participante se sentará al completar la tarea, con el monitor de la computadora colocada a 60 cm de distancia del participante. Esto es para asegurar que los estímulos son la misma intensidad para cada participante. Utilice auriculares o altavoces con cancelación de ruido para la entrega estímulo auditivo.
3. Debido a las diferencias en las plataformas experimentales individuales (tarjeta de sonido, tarjeta gráfica, sistema operativo, etc.), verificar la duración del estímulo y estímulo asincronías inicio (SOA) con un osciloscopio, célula fotovoltaica, y el micrófono en cada equipo para el experimento.
   NOTA: Dependiendo de la plataforma individual (por ejemplo, una tarjeta de sonido lento), realizar ajustes en el código de la prueba por lo que el momento de la presentación del estímulo es exacta.

2. Los estímulos

1. Generar 2 .wav o .mp4 archivos con duración de 16 mseg (incluyendo un 2 - 3 mseg rampa arriba y abajo de la rampa) a 500 Hz y 1000 Hz. Para ello,especificando una onda sinusoidal de la frecuencia deseada con una rampa gradual hasta amplitud completa, seguido por una rampa hacia abajo en el extremo del tono. Ahorre la onda sinusoidal como un archivo auditivo. Pruebe el volumen de cada tono con un medidor de nivel de presión sonora para verificar que se juega en 60 dB. Si se utilizan altavoces para presentar los estímulos auditivos, el sonido debe ser probado a 60 cm de distancia de la pantalla (donde el participante se sentará). Si se utilizan auriculares, medir el volumen directamente uno al lado del auricular.
   NOTA: Es más fácil para mantener el equipo en un volumen estándar y ajustar el volumen del tono en consecuencia ajustando el código utilizado para generar el estímulo o un programa de edición de audio.
2. Crear estímulos visuales, ya sea por que especifican el tamaño y la ubicación del flash en el código de la prueba, o mediante la generación de una imagen de mapa de bits o JPEG con un fondo negro y un anillo blanco en torno a un punto de mira de fijación, y la visualización en el momento apropiado. Establecer la duracióndel flash visual a 16 ms en el código experimento.
3. Los estímulos del habla Record por un hablante nativo en una habitación tranquila frente a un fondo blanco liso de los hombros para arriba con el altavoz en el centro del marco. Registre los estímulos de vídeo con la cámara de vídeo de resolución más alta disponible. Alternativamente, vídeos de estímulo a disposición del público se pueden utilizar si se desea.
   NOTA: Video y audio del altavoz diciendo las sílabas "ba" y "ga" se requieren para este experimento.
   1. El uso de cualquier programa de edición de vídeo, exportar el componente auditivo de cada pista y guardar como un archivo .wav separado. Para ello, entrar en la ventana de configuración de exportación y seleccione "archivo de audio wav" en el menú desplegable "Formato". Marque "Exportar audio" y luego haga clic en "Exportar" para la parte inferior de la ventana de Configuración de exportación.
   2. A continuación, exportar el componente visual (es decir, el vídeo en silencio) de cada pista de und guardar como un archivo .avi separado. Para ello, entrar en la ventana de configuración de exportación y seleccione "AVI sin comprimir" en el menú desplegable "Formato". Marque "Exportar vídeo" y haga clic en "Exportar" para la parte inferior de la ventana de Configuración de exportación.
   3. Por último, retire el componente auditivo de la pista "ga" y sustituirlo por el componente auditivo de la pista "ba" para que el estímulo McGurk. Para ello, seleccione el archivo ".avi" desde el escritorio en el que la fuente de vídeo mediante la selección de "Fuente", en este caso "ga_VOnly.avi". Del mismo modo seleccione otro video "ba_Aonly.avi". En el menú de secuencia de programa, asegúrese de que el video (V1) fuente "Video 1" es "ga_VOnly.avi" y el audio (A1) fuente "Audio 1" es "ba_Aonly.avi". Verifique que la aparición del estímulo visual "ga" se temporalmente alineado con los sti auditivasMulus "ba".
      NOTA: Es importante que los estímulos auditivos son la misma grabación exacta tanto en el audiovisual y el único estímulo auditivo (no sólo la misma sílaba) de modo que la única diferencia entre un "ba" audiovisual y el estímulo McGurk es el componente de vídeo. Esto asegurará que se puede hacer una comparación adecuada para examinar la influencia del estímulo visual en la sílaba auditivo percibido.

3. Equipo de batería

NOTA: Esta tarea requiere que todos los participantes son capaces de entender y cumplir con las instrucciones verbales del experimentador.

1. Asegúrese de que todos los participantes tengan una visión normal mediante la realización de un examen sencillo antes de la prueba. Use una tabla de Snellen en 20 pies y pedirle al participante que lea cada línea con los dos ojos abiertos (los participantes será la visualización de los estímulos con los dos ojos abiertos). Anote la línea más baja que la parteicipants informan con precisión los estímulos visuales. Los participantes deben tener una visión de 20/40 o mejor.
2. Asegúrese de que todos los participantes tengan una audición normal probando los umbrales de audición en 500, 1.000, 2.000 y 4.000 Hz en cada oído. Pruebas auditivas debe ser completada en un ambiente controlado de sonido con un audiómetro.
   1. Para encontrar umbral de un participante, instruir al participante a levantar la mano cada vez que detectan un tono. Juega un tono de 500 Hz pulsada encaminado a la oreja derecha a partir de 35 dB y disminuir el volumen en pasos de 5 dB. Una vez que el participante ya no detecta un tono, aumentar el volumen en pasos de 5 dB para verificar el volumen perceptible bajo. Repita este procedimiento con cada frecuencia, y luego repetir todas las frecuencias de tono en el oído izquierdo. Los participantes deben tener umbrales de 20 dB o más bajas.
3. Asegúrese que los participantes son capaces de entender y cumplir con las instrucciones verbales midiendo tanto el coeficiente intelectual y las habilidades del lenguaje receptivo con estandarizadomedidas neuropsicológicas antes de la prueba. Los participantes deben tener un coeficiente intelectual medido de 70 o más. Si se desea, las pruebas neuropsicológicas adicional se puede completar en este momento.

4. La simultaneidad Juicio (SJ)

NOTA: La tarea SJ es una de dos alternativas de elección forzada de tareas (2-AFC) y consiste en un anillo visual y 1000 Hz tono auditivo presentado en diversos SOAs (negativo = auditiva precedente visual, auditiva positivo = procedimiento visual) se presentan en orden aleatorio .

1. Asegúrese de incluir bastante grande SOAs (al menos -400 a 400 ms) para obtener una medición precisa de la anchura total de la ACT (típico conjunto de estímulos: -400, -300, -200, -150, -100, - 50, 0, 50, 100, 150, 200, 300, 400 mseg SOA). Utilice el mismo conjunto de SOA para cada participante, que permite la fácil comparación de la ejecución de tareas entre los participantes. Presentar un mínimo de 20 ensayos por SOA para una estimación precisa. La tarea tarda aproximadamente 15-20 minutos para completar. Proporcionar un breve descanso cada 100 ensayos para reducir la fatiga de los participantes.
2. Instruya a los participantes a observar un destello y un pitido y explicar que su tarea consiste en decidir si el flash y el pitido se produjeron al mismo tiempo o en momentos diferentes. Indique al participante presionar "1" en el teclado numérico, si ocurrieron los estímulos al mismo tiempo, o "2", si se ha producido el estímulo a una hora diferente.
   NOTA: Si un cuadro de respuesta está disponible, esto también puede ser utilizado para la recogida de respuestas. Incluya estas mismas instrucciones de la pantalla respuesta después de cada ensayo.
3. Como sustituto alternativa el flash y sonido con un token discurso visual y auditiva (boca "ba" y expresó "ba") y el presente al mismo SOA con la misma instrucción de tareas ("A la misma hora o tiempos diferentes?"). De esta manera, comparar el TBW para los estímulos que varían en complejidad y contenido social dentro de los sujetos individuales^27.

5. Orden Temporal Juicio (TOJ)

NOTA: La tarea TOJ auditiva es una tarea 2-AFC utilizado para examinar la agudeza temporal del procesamiento auditivo. La tarea visual TOJ es una tarea 2-AFC utilizado para examinar la agudeza temporal del procesamiento visual. La tarea multisensorial TOJ es una tarea 2-AFC utilizado para examinar la agudeza temporal a través audición y la visión. Cada tarea dura aproximadamente 10 a 15 minutos para completar.

1. En la tarea TOJ auditiva, instruir al participante a escuchar dos pitidos presentados (500 Hz y 1000 Hz) a diversos retrasos y pedir al participante presionar "1" si el tono más alto se jugó por primera vez o presione "2" si el tono más bajo se juega primero. Presentar 20 ensayos para cada SOA en orden aleatorio.
   NOTA: En comparación con la tarea SJ, hay un rango dinámico mucho menor de SOA sobre las que la percepción auditiva de unisensory y cambios visuales orden temporal, los mismose utilizar un conjunto de estímulos donde SOAs más pequeños están más fuertemente representadas (típico conjunto de estímulos: -250, -200, -150, -75, -50, -35, -20, -10, 10, 20, 35, 50, 75 , 150, 200, 250 ms SOA, donde negativo = tono más alto precedente tono más bajo, = tono más bajo positivo proceder tono más alto) para las tareas TOJ unisensory.
2. En la tarea visual TOJ, instruir a los participantes a observar dos círculos (por encima y por debajo de un punto de mira fijación central) a diversas demoras y pedir al participante presionar "1" si el círculo superior aparece por primera vez o pulse si el círculo inferior aparece "2" primero. Presentar 20 ensayos para cada SOA en orden aleatorio.
   NOTA: En esta tarea, SOAs negativos indican que el círculo superior se presentó primero y positivas SOAs indican que el círculo inferior fue presentado por primera vez.
3. En la tarea TOJ audiovisual, instruir al participante para observar un pequeño flash central y escuchar un solo tono (1000 Hz) a varias demoras y pedir al participante t o presione "1", si se presentó el pitido primero o pulse "2" si el flash se presentó primero. Presentar 20 ensayos para cada SOA en orden aleatorio.
   NOTA: La precisión en la TOJ audiovisual suele ser mucho peor en comparación a la TOJ auditiva unisensory y tareas TOJ visuales. Esto requiere una gama más amplia de SOA en comparación con las tareas TOJ unisensory (típico conjunto de estímulo: -300, -250, -200, -150, -100, -80, -50, -20, 0, 20, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300). En esta tarea, SOAs negativos indican que el auditorio se presentó por primera vez y SOAs positivo indica que el visual se presentó primero.
   NOTA: Como con la tarea SJ, la tarea TOJ se puede adaptar para examinar el procesamiento temporal a través de múltiples tipos de estímulos. Aquí la tarea TOJ se completó con estímulos simples (pitidos auditivas y destellos visuales), pero esto se puede ampliar a buscar otras parejas de estímulo como el habla y el movimiento biológico ^24.

tle "> 6. McGurk Tarea

NOTA: La ilusión McGurk consta de un video de la sílaba visual "GA" emparejado con una grabación auditiva de la sílaba "ba". Muchos temas se fusionar realmente las sílabas visuales y auditivas y percibir este par como la sílaba "da" o "Tha" ^32.

1. Instruya a los participantes a observar diferentes sílabas y pedir al participante para informar de la sílaba que percibían. En una cuadra presentes 20 ensayos cada una de las sílabas unisensory (sólo sílabas auditivas (A- "ba", A- "ga") y sólo sílabas visuales (V- "ba", V- "ga") en orden aleatorio. En un segundo bloque, presentes 20 ensayos cada una de las sílabas audiovisuales (AV "ba", AV- "ga", y el "ba" A- / V- "ga" McGurk estímulo) en orden aleatorio. Pídale al participante que pulse la letra en el teclado correspondiente alsílaba percibido ("pulse b para ba, pulse g para ga, pulse d para da, pulse t para Tha"). Esta tarea tarda aproximadamente 5-10 minutos totales para completar.
2. Una estimación más conservadora consiste en un formato de respuesta abierta ³³ en la que el participante informa en voz alta la sílaba percibida y la respuesta es registrada por el experimentador.

Resultados

Esta batería de trabajo ha tenido un gran éxito en la medición de las diferencias individuales en el procesamiento temporal en individuos con y sin ASD ^17,18,23,27. Para la tarea SJ, trazar los datos resultantes de cada sujeto individual calculando primero la proporción de respuestas en cada SOA que sujeta respondió "síncrono" y luego ajustar la curva de respuesta resultante con una curva de Gauss. Como se ilustra en la Figura 1A, hay una ventana de tiempo en el que pares de e...

Discusión

El manuscrito describe elementos de una batería de tareas psicofísica que se utilizan para evaluar el procesamiento temporal y la agudeza en la investigación de sistemas multisensoriales sensorial y. La batería tiene una amplia aplicabilidad para un número de poblaciones y se ha utilizado por nuestro laboratorio con el fin de caracterizar el rendimiento temporal audiovisual en adultos, niños típicos ^{18 10,39,} y en los niños y adultos con autismo ^17,23. Además, se ha utilizado para examinar...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Oscilloscope
Photovoltaic cell
Microphone
Noise-cancelling headphones
Chin rest
Audiometer