Découvrir beat Surdité: détection des troubles du rythme avec le doigt taraudage synchronisé et tâches de temporisation perceptuelles

Résumé

Tâches comportementales qui permettent l'évaluation des capacités de synchronisation de perception et sensori-motrices dans la population générale (ce est à dire, non-musiciens) sont présentés. Synchronisation des tapotement des doigts au rythme de un stimuli auditifs et la détection des irrégularités rythmiques fournit un moyen de découvrir des troubles du rythme.

Résumé

Un ensemble de tâches comportementales pour évaluer les capacités de synchronisation de perception et sensori-motrices dans la population générale (ce est à dire, non-musiciens) est présenté ici avec l'objectif de découvrir des troubles du rythme, comme battement surdité. Battre la surdité est caractérisée par la mauvaise performance dans la perception des durées de motifs rythmiques auditifs ou mauvaise synchronisation de mouvement avec des rythmes sonores (par exemple, avec des rythmes musicaux). Ces tâches comprennent la synchronisation de tapotement des doigts au rythme de stimuli auditifs simples et complexes et la détection des irrégularités rythmiques (tâche de détection de anisochrony) embarqués dans les mêmes stimuli. Ces tests, qui sont faciles à administrer, comprennent une évaluation des deux capacités perceptives et sensori-motrices de synchronisation dans des conditions différentes (par exemple, de battre les prix et types de matériel auditif) et sont basés sur les mêmes stimuli auditifs, allant d'un simple métronome à un complexe extrait musical. L'analyse de synchronedonnées tapant Ized est effectuée avec les statistiques circulaires, qui fournissent des mesures fiables de la précision de la synchronisation (par exemple, la différence entre le calendrier des robinets et le calendrier des stimuli de stimulation) et la cohérence. Statistiques circulaires sur tapant données sont particulièrement bien adaptés pour détecter des différences individuelles dans la population générale. Taraudage synchronisé et la détection de anisochrony sont des mesures sensibles pour identifier les profils des troubles du rythme et ont été utilisés avec succès pour découvrir des cas de mauvaise synchronisation avec le calendrier de perception épargné. Cette évaluation systématique de calendrier perceptif et sensori-moteur peut être étendu à des populations de patients atteints de lésions cérébrales, les maladies neurodégénératives (par exemple, la maladie de Parkinson), et des troubles du développement (par exemple, Attention Deficit Hyperactivity Disorder).

Introduction

Les êtres humains sont particulièrement efficaces pour le traitement de la durée des événements qui se produisent dans leur environnement ^1. En particulier, la capacité à percevoir le rythme de la musique ou le tic-tac régulier d'une horloge et la capacité de se déplacer avec elle (par exemple, en danse ou de sport synchronisées) est très répandu dans la population générale (ce est à dire, chez les personnes qui ne ont pas reçu formation musicale) ^2,3. Ces capacités sont soutenues par un réseau neuronal complexe impliquant régions corticales du cerveau (par exemple, le cortex prémoteur et l'aire motrice supplémentaire) et structures sous-corticales, comme les noyaux gris centraux et le cervelet ^4-7.

La perturbation de ce réseau et traitement temporel pauvres conséquente peut entraîner des lésions cérébrales ou ^8-10 dégénérescence neuronale, comme observé chez les patients atteints de la maladie de Parkinson ^11. Cependant, la mauvaise perception de la durée et de mauvaise synchronisation à la bmanger de la musique peut aussi se manifester chez des individus sains en l'absence de lésions cérébrales. En dépit du fait que la majorité peut percevoir rythmes auditifs et de synchroniser le mouvement au rythme (par exemple, dans la musique), il ya des exceptions notables. Certaines personnes ont de grandes difficultés à synchroniser leurs mouvements corporels ou tapotement des doigts au rythme de la musique et peuvent présenter une mauvaise perception de battement, montrant des difficultés à discriminer mélodies avec des notes de durée différente. Cette condition a été dénommé «battre la surdité» ou «troubles du rythme" ^2,12-14. Par exemple, la surdité battre a été décrite dans une étude récente ^13, dans lequel le cas d'un patient nommé Mathieu a été signalé. Mathieu était particulièrement inexactes au rebondir au rythme de chansons rythmiques (par exemple, une chanson Merengue). Synchronisation était encore possible, mais seulement pour les sons d'une séquence isochrone simple (par exemple, un métronome). Mauvaise synchronisation étaitassocié à une mauvaise perception de battement, comme l'a révélé par la batterie de l'évaluation des Amusia (MBEA) ¹⁵ Montréal. Dans une tâche supplémentaire, Mathieu a été demandé de faire correspondre les mouvements d'un danseur à la musique; intéressant, Mathieu exposée intacte perception de la hauteur.

Mauvaise perception du rythme et une mauvaise synchronisation, chez les personnes de battement sourd avec perception de la hauteur épargné, ont été observés dans d'autres études ^2,12,14, fournissant ainsi des preuves convaincantes que le rythme troubles peuvent survenir de façon isolée. Battre la surdité est donc distincte de la description typique de l'amusie congénitale (ce est à dire, la surdité musicale), une perception de la hauteur trouble neurologique qui affecte la production et ^16-19. Fait intéressant, une mauvaise perception du rythme et de la production peuvent co-produire avec un traitement inadéquat de hauteur en amusie congénitale ^12,16,20. Néanmoins, une mauvaise perception de rythme dans ce cas dépend de la capacité d'un individu à percevoir variation de hauteur. Quandvariations de hauteur dans les mélodies sont supprimés, amusiques congénitales peuvent réussir à distinguer les différences de rythme ^21.

Les différences individuelles importantes ont été observées dans la surdité battement; ce fait mérite une attention particulière. Dans la plupart des cas, à la fois la perception du rythme et la synchronisation au rythme de la musique sont déficients ^2,12-14; Toutefois, mauvaise synchronisation peut également se produire lorsque la perception rythmique est épargné ^deux. Cette dissociation entre la perception et de l'action dans le domaine de synchronisation a été démontré en utilisant des tâches de taraudage synchronisé avec une variété de stimuli auditifs rythmiques (par exemple, un métronome et de la musique) et en utilisant différentes tâches de perception rythmique (par exemple, la discrimination des mélodies en fonction des différentes durées de note et la détection des écarts par rapport à isochronie en séquences rythmiques). Cette constatation est particulièrement pertinente car elle souligne la séparation possible de la perception et de l'action en matière de mécanisme de synchronisations, comme précédemment observée dans le traitement de pas ^17,22-25. D'autres dissociations ont été soulignés en fonction de la complexité du stimulus ^2. La plupart des synchroniseurs pauvres exposées difficultés sélectifs avec stimuli complexes (par exemple, la musique ou bruit modulé en amplitude dérivé de la musique), alors qu'ils ont encore montré une synchronisation précise et cohérente avec des séquences isochrones simples; autres synchroniseurs pauvres ont montré une tendance opposée. En résumé, ces résultats convergent pour indiquer qu'il ya une variété de phénotypes des troubles de synchronisation dans la population générale (comme observé dans d'autres domaines du traitement musical tels que la hauteur ^25,26), qui nécessitent un ensemble de tâches sensibles à détecter. Caractériser les modes de troubles du rythme est particulièrement pertinent pour faire la lumière sur les mécanismes spécifiques qui sont défectueux dans le système de chronométrage.

Le but du procédé illustré ici est de fournir un ensemble de tâches qui peuvent êtreutilisé pour découvrir des cas de surdité battement dans la population générale et de détecter les différents sous-types de troubles de synchronisation (par exemple, affecter la perception vs calendrier sensori-moteur ou une classe particulière de stimuli rythmiques). Sensori capacités de synchronisation ont pour la plupart été examinés à l'aide des tâches de doigts tapotant avec du matériel auditif. Les participants sont invités à exploiter leur index en synchronie avec des stimuli auditifs, comme à une séquence de tons également espacées dans le temps ou de la musique (ce est à dire, dans une tâche synchronisée ou stimulé tapant ^27-29). Un autre paradigme populaire, qui a été la source de considérables efforts de modélisation ^{29 à 32,} est le paradigme de continuation de la synchronisation, dans lequel le participant continue tapant au taux prévu par un métronome après le son se est arrêté. Rhythm perception est étudié avec une variété de tâches allant de la discrimination de la durée, l'estimation, bisection (ie, en comparant les durées de «court» et & #39, les normes longues »), et la détection de anisochrony (c.-à déterminer se il existe un intervalle déviant au sein d'une séquence isochrone) à la tâche d'alignement de temps (ce est-à détecter si un métronome superposée à la musique est aligné avec le temps) ^{1,2 , 20,33,34.} La plupart des études ont porté sur la perception du temps, battre la production ou le calendrier sensori-moteur, qui ont été testés dans l'isolement. Cependant, il est probable que ces différentes tâches se rapportent à des capacités différentes (par exemple, de synchronisation d'intervalle contre le calendrier basé beat, perceptive vs calendrier sensori-moteur) et ne reflètent peu pas le fonctionnement des mêmes mécanismes de synchronisation et le circuit de neuronale associée. Ce problème peut être contourné en utilisant des piles récemment proposées de tâches qui évaluent les capacités de synchronisation de perception et sensori-motrices. Ces batteries permettent aux chercheurs d'obtenir un profil exhaustif des capacités de synchronisation d'un individu. Exemples de ces piles sont soitau test d'alignement (BAT) ^34, de la batterie pour l'évaluation des capacités auditives sensorimotrice Timing (BAASTA) ^35, et de la Harvard Battre Assessment Test (H-BAT) ^36. Ces batteries sont constitués de tâches tapant avec une variété de stimuli auditifs rythmiques allant de la musique à des séquences isochrones ainsi que des tâches de perception (par exemple, la discrimination fondée sur la durée, la détection de l'alignement d'un métronome au rythme de la musique, et anisochrony détection). Dans tous les cas, le même ensemble d'extraits de musique a été utilisée dans des tâches perceptives et sensori-motrices.

Dans cet article, nous illustrons un ensemble de tâches qui sont particulièrement efficaces à révéler des modèles de troubles du rythme chez les individus de battement sourd et synchroniseurs pauvres, comme indiqué dans les études antérieures ^2. Ces tâches font partie d'une plus grande batterie de tests, le BAASTA ^35. capacités de synchronisation sensorimotrice sont testés en demandant aux participants de puiser leur doigt au rythme de simple etstimuli auditifs complexes (par exemple, des séquences isochrones, la musique et le bruit rythmique dérivé de stimuli musicaux) ^27,28. Calendrier de perception est testé avec une tâche de détection de anisochrony ^2,20,33,37. Un ensemble de tons isochrones est présenté. Dans certains cas, l'une des tonalités (par exemple, l'avant-dernière) est présentée plus tôt ou plus tard que prévu sur la base de la structure de la séquence isochrone auditif. Les participants sont invités à détecter les écarts par rapport isochronie. L'avantage de ces tâches de perception sensori-motrices et de rythme, ce est qu'ils impliquent tous deux séquences de stimuli (au lieu de durées simples) et des stimuli de complexité différente. Ainsi, sur la base des preuves antérieures, ces tâches fournissent les conditions optimales pour découvrir différents phénotypes de battement surdité et mauvaise synchronisation. Une attention particulière est accordée à la technique adoptée dans l'analyse des données de synchronisation. Cette technique est basée sur les statistiques circulaires, une approche qui est particulièrement nousll adapté pour examiner la synchronisation inexactes et incohérentes au rythme.

Protocole

1. Les tâches de synchronisation

1. Préparation des instruments:
   1. Connectez un instrument MIDI standard de percussion à l'ordinateur via une interface MIDI classique.
      NOTE: acquisition de données est réalisé par l'intermédiaire d'un instrument de percussion électronique MIDI. L'appareil prend la date exacte des prises de doigts pendant les tâches de synchronisation du moteur.
   2. Ouvrez le logiciel dédié pour la présentation du stimulus et l'enregistrement de réponse.
      REMARQUE: La tâche de synchronisation est mis en œuvre en utilisant un logiciel standard pour la présentation des données audio et l'enregistrement des données à partir d'un instrument de musique MIDI numérique (avec une précision msec).
2. Son matériel et de la procédure:
   1. De l'interface du logiciel, sélectionnez le stimulus de stimulation pour être utilisé dans la tâche de synchronisation parmi trois choix (séquence isochrone, la musique et le bruit modulé en amplitude obtenu à partir de l'enveloppe d'onde du stimulus musical).
      NOTE: L'ISOChronous séquence est composée de 96 tons isochrone présentés (durée = 30 ms). Le stimulus musical est une version d'un fragment de la Radetzky Mars (Opus 228) de Johann Strauss qui comprend 96 battements (Beat = trimestre de notes de piano) généré par ordinateur. Extraits des trois stimuli sont fournis comme matériaux supplémentaires à ce manuscrit.
   2. Sélectionnez le tempo approprié pour l'impulsion de stimulation sélectionné (450, 600, ou 750 msec Inter-apparition intervalle (IOI) / Inter-beat-intervalle (IBI)) comme indiqué dans l'interface du logiciel. Veiller à ce que les stimuli sont livrés à un niveau de volume confortable sur le casque.
   3. Demandez au participant de se asseoir dans une pièce calme en face de l'écran d'ordinateur.
   4. Demandez au participant de taper sur l'instrument de percussion MIDI en utilisant l'index de son ou de sa main dominante en synchronie avec les tons de la séquence isochrone ou avec les rythmes musicaux pour stimuli plus complexes (musique ou bruit). Demandez à l'participant d'exploiter le plus régulièrement possible, sans changer le taux taraudage, lors de la synchronisation avec l'impulsion de stimulation.
   5. Lancer la présentation du stimulus et l'enregistrement des robinets.
   6. Terminer l'enregistrement de prises après la présentation de la dernière tonalité ou rythme musical.
3. Analyse des données:
   REMARQUE: Analyser les données des tâches de taraudage synchronisées en utilisant des statistiques circulaires ^38,39. Cette méthode est particulièrement bien adaptée pour l'analyse des données de synchronisation ^40,41; En outre, les statistiques circulaires sont sensibles aux différences individuelles dans les capacités de synchronisation et sont donc en mesure de découvrir des cas de mauvaise synchronisation ^2,40. La procédure d'analyse décrite ci-dessous est mise en oeuvre en utilisant le logiciel Matlab (en utilisant la boîte à outils CircStat ^39).
   1. Transformer le temps des robinets par rapport au stimuli de stimulation en angles sur le cercle unité (de 0 à 360 °) en suivant la procédure indiquée par Berens ^39. 0 ° (qui est éqUAL 360 °) correspond à la date de la survenance de l'impulsion de stimulation (ce est à dire, les sons ou rythmes musicaux). Utilisez la formule suivante pour obtenir l'angle pour chaque heure de coulée: [angle (radians) = 2 × π × (temps du robinet / IOI)]. Convertir radians en degrés avec la fonction circ_rad2ang ^39.
   2. Tracer les angles obtenus dans le procès tapant comme une distribution de points sur le cercle unité. Pour ce faire, utilisez la fonction de circ_plot ^39. Fournir les angles en radians que l'argument de la fonction pour afficher le tracé (voir l'exemple de la figure 1).
   3. Pour chaque essai taraudage, utiliser les angles (points sur le cercle) pour calculer la moyenne vecteur résultant R ^38,39,42 (voir Figure 1). Utilisez les circ_mean ³⁹ et ³⁹ circ_r fonctions, qui permettent le calcul de la précision de la synchronisation et la cohérence, respectivement.
   4. Compute l'exactitude de synchronisation (c., en moyenne, à quelle distance de l'impulsion de stimulation du participant robinets dans un procès tapant synchronisée), qui correspond à l'angle θ du vecteur R. Utilisez la fonction circ_mean ^39. Fournir angles en radians que l'argument de la fonction.
   5. Soumettre les données de prélèvement pour le test de Rayleigh ⁴³ pour déterminer si la distribution des points autour du cercle est aléatoire, en utilisant la fonction circ_rtest ^39. Fournir angles en radians que l'argument de la fonction.
      NOTE: Dans le test de Rayleigh, rejeter l'hypothèse nulle (ce est à dire, l'uniformité circulaire, points répartis de façon aléatoire dans le cercle) si la longueur R de vecteur est assez grand (par exemple, supérieure à 0,4), indiquant que les participants taraudés à une relation de phase donnée avec rapport à la relance stimulation dessus du hasard. Seulement lorsque le test de Rayleigh est importante (ce est à dire, lorsque le distribution de points autour du cercle ne est pas aléatoire) précision de la synchronisation peut être correctement interprétée.
   6. Calculer la cohérence de synchronisation (ce est à dire, la variabilité de l'écart entre le temps des robinets et les stimuli de stimulation), qui correspond à la longueur du vecteur R (de 0 à 1). Utilisez la fonction de circ_r ^39. Fournir angles en radians que l'argument de la fonction.
      REMARQUE: La consistance est de 1 lorsque tous les robinets se produisent exactement au même intervalle de temps avant ou après les impulsions de stimulation; la consistance est égal à 0 lorsque les robinets sont distribués de façon aléatoire autour du cercle.
4. Évaluation des résultats individuels:
   REMARQUE: Comparer les performances d'un participant à un groupe normatif ou à un groupe de contrôle pour découvrir des cas de précision de la synchronisation médiocre ou mauvaise cohérence. Pour effectuer cette comparaison, exécuter un t corrigée -test ⁴⁴ mis en œuvre dans le progra singlims informatiquem ( http://homepages.abdn.ac.uk/j.crawford/pages/dept/SingleCaseMethodsComputerPrograms.htm ).
   1. Ouvrez le programme singlims informatique. Entrez la moyenne et SD de la précision de la synchronisation, et la taille du groupe normatif ou le contrôle échantillon. Fournir la précision de synchronisation pour le participant à comparer au groupe normatif ou de contrôle. Cliquez sur le bouton "Calculer" pour obtenir les résultats de la t -test corrigée.
      NOTE: Le participant effectue beaucoup plus pauvres que le groupe normative ou de contrôle lorsque la probabilité bilatéral de la t -test corrigée est inférieure à 0,05.
   2. Entrez la moyenne et SD de la cohérence de la synchronisation et de la taille de l'échantillon du groupe normatif ou contrôle. Fournir la cohérence de synchronisation pour le participant qui doit être comparé au groupe normatif ou de contrôle.

2. Rhythm Tâches de Perception (détection Anisochrony)

1. Préparation des instruments:
   1. Ouvrez le programme informatique utilisé pour la mise en œuvre des tâches de détection de anisochrony. Assurez-vous que les touches du clavier de l'ordinateur sont correctement réglés pour enregistrer les réponses des participants.
      REMARQUE: Les tâches de perception rythmique sont mises en œuvre en utilisant un logiciel standard pour mener des expériences de comportement (par exemple, la présentation du stimulus et d'enregistrement des réponses comportementales).
2. Son matériel et de la procédure:
   1. Sélectionnez le stimulus (stimulus soit isochrone ou de la musique), comme indiqué par l'interface du logiciel. Choisissez le tempo approprié (450, 600, ou 750 msec IOI / IBI) du stimulus sélectionné. Veiller à ce que les stimuli sont livrés au cours des écouteurs à un volume confortable.
      REMARQUE: Les stimuli sont fondés sur le même matériau auditif utilisé dans les tâches de synchronisation. Chaque stimulus ne comprend que huit isochrtonalités onously présentés ou rythmes musicaux au lieu de 96. Pour chaque type de stimulus, il existe une version «de changement» (50% des essais, n = 24) et une version «non-changement» (50% des essais, n = 24). Dans les stimuli du changement, le son ou la musique avant-dernier battement se produit tôt ou plus tard que prévu (de 8, 12, ou 16% de la séquence IOI / IBI) basée sur la précédente IOIs / IBIS. Dans le pas de changement de relance, les IOIS / IBI sont complètement isochrone.
   2. Demandez aux participants de se asseoir dans une pièce calme en face de l'écran d'ordinateur, écouter le stimulus puis juge, après sa présentation, si un changement dans l'intervalle entre les stimuli ou battements (c.-à-anisochrony) est présent ou non. Encourager le participant à prêter attention à la séquence entière.
   3. Lancer la présentation du stimulus. Demandez au participant de répondre en appuyant sur ​​l'une des deux touches sur le clavier de l'ordinateur (ce est à dire, une clé pour le «changement» ou l'autre touche pour "no-changer "réponses) après la présentation du stimulus.
3. Analyse des données:
   REMARQUE: Analyser les données obtenues à partir de la tâche de perception rythmique en calculant l'indice de discriminabilité (d ') à chaque niveau de changement (à 8, 12, 16% de l'IOI / IBI) et pour chaque IOI / IBI. Plus la d 'une valeur est grande, plus la sensibilité à anisochronies.
   1. Considérez les réponses (n = 48) produites par chaque participant pour un stimulus donné, enregistrées dans le fichier de sortie par le logiciel utilisé pour exécuter l'expérience comportementale. Comptez le nombre de réponses lorsque le anisochrony présente dans le stimulus a été correctement détecté. Calculer le taux Hits (nombre de hits / nombre de changements stimuli).
   2. Comptez le nombre de réponses lorsque le participant a signalé un changement dans l'intervalle entre les stimuli ou battements quand il n'y avait pas de changement. Calculer la fausse alarme (FA) taux (ce est à dire, le nombre de SAF / nombre de pas-change stimuli).
   3. Calculer le z -score pour le taux Hits et le taux FA, en utilisant la fonction Matlab LOI.NORMALE.INVERSE (z-score = LOI.NORMALE.INVERSE (Coups taux ou le taux FA)). Soustraire le z -score pour le taux de la FA z -score pour le taux Hits pour obtenir d '.
4. Évaluation des résultats individuels:
   REMARQUE: Comparer les performances d'un participant à un groupe de référence ou de contrôle à découvrir des cas de mauvaise perception rythmique. En ce qui concerne les résultats des tâches de synchronisation, effectuez un t -test corrigée en utilisant le programme informatique singlims.
   1. Ouvrez le programme singlims informatique. Entrez la moyenne et SD de d 'et de la taille du groupe normatif ou échantillon de contrôle. Fournir l'd 'valeur pour le participant qui est à comparer au groupe normatif ou contrôle.
      NOTE: Le participant effectue beaucoup plus pauvres que le groupe normative ou de contrôle lorsque le deuxla probabilité de la queue t -test corrigée est inférieure à 0,05.

Résultats

Les tâches décrites ci-dessus ont été utilisés avec succès pour caractériser les capacités de synchronisation des individus sans formation musicale ^2,34-36. Dans une étude représentative récente sur le beat-surdité ^2, un groupe de 99 non-musiciens (étudiants universitaires) ont été criblées en utilisant deux tâches de synchronisation simples. Les participants synchronisés leur doigt tapant avec une séquence isochrone et un extrait musical à un rythme confortable (avec une IOI / ...

Discussion

Le but de la méthode décrite est de fournir un ensemble de tâches et des stratégies d'analyse pour caractériser les capacités de synchronisation de la majorité des individus et de détecter les cas de surdité de battement ou mauvaise synchronisation. Les étapes critiques du protocole concernent 1) la mise en place des instruments utilisés pour la présentation du stimulus et la collecte de doigt données taraudage et les réponses des sujets, 2) la collecte de données à l'aide de deux ensembles de t?...

matériels

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.