Test funzione sensoriale e multisensoriale in bambini con disturbo dello spettro autistico

Riepilogo

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.

Abstract

Oltre a menomazioni di comunicazione sociale e la presenza di interessi ristretti e comportamenti ripetitivi, deficit di elaborazione sensoriale sono ormai riconosciute come un sintomo di base in disturbi dello spettro autistico (ASD). La nostra capacità di percepire e interagire con il mondo esterno è radicata in elaborazione sensoriale. Ad esempio, l'ascolto di una conversazione comporta elaborazione dei segnali uditivi provenienti dal diffusore (tenore di discorso, la prosodia, sintassi), così come le informazioni associate visiva (espressioni facciali, gesti). Collettivamente, la "integrazione" di questi multisensoriali (cioè, audiovisivi combinato) pezzi di risultati d'informazione in una migliore comprensione. Tale integrazione multisensoriale ha dimostrato di essere fortemente dipendente dalla relazione temporale degli stimoli accoppiati. Così, gli stimoli che si verificano in prossimità temporale sono altamente suscettibile di provocare benefici comportamentali e percettive - guadagni crede di essere riflettente dellaIl giudizio di sistema percettivo della probabilità che questi due stimoli provenivano dalla stessa fonte. Modifiche in questa integrazione temporale si prevede di modificare fortemente processi percettivi, e sono tali da intaccare la capacità di percepire con precisione e interagire con il nostro mondo. Qui, una batteria di compiti studiati per caratterizzare i vari aspetti della trasformazione temporale sensoriale e multisensoriale in bambini con ASD è descritto. Oltre alla sua utilità in autismo, questa batteria ha un grande potenziale per caratterizzare cambiamenti nella funzione sensoriale in altre popolazioni cliniche, oltre ad essere utilizzato per esaminare i cambiamenti in questi processi tutta la vita.

Introduzione

Ricerca neuroscientifica tradizionale ha spesso affrontato comprendere la percezione sensoriale, concentrandosi sulle singole modalità sensoriali. Tuttavia, l'ambiente è costituito da una vasta gamma di input sensoriali che vengono integrati in una visione percettiva unitaria del mondo in un modo apparentemente senza sforzo. Il fatto che noi esistiamo in un ricco ambiente così multisensoriale richiede che noi comprendere meglio il modo in cui il cervello combina le informazioni tra i diversi sistemi sensoriali. La necessità di questa comprensione è ulteriormente amplificata dal fatto che la presenza di più parti di informazioni sensoriali spesso comporta sostanziali miglioramenti nel comportamento e la percezione ^1-3. Per esempio, c'è un grande miglioramento (fino a 15 dB del rapporto segnale-rumore) nella capacità di comprendere discorso in un ambiente rumoroso se l'osservatore può anche vedere movimenti delle labbra dell'oratore ^4-7.

Uno dei fattori principali checolpisce come i diversi input sensoriali vengono combinati e integrati è la loro vicinanza temporale relativa. Se due indizi sensoriali avvengono ravvicinati nel tempo, una struttura temporale che suggerisce un'origine comune, essi sono altamente suscettibili di essere integrati come evidenziato dai cambiamenti nel comportamento e la percezione ^8-12. Uno dei più potenti strumenti sperimentali per esaminare l'impatto della struttura temporale multisensoriale su risposte comportamentali e percettive è il giudizio simultaneità (SJ) mansioni ^13-16. In tale compito, multisensoriale (ad esempio, visivo e uditivo) stimoli sono abbinati a vari asincronie stimolo insorgenza (SOA) che vanno da obiettivamente simultanea (es., Un temporale, offset 0 msec) ad altamente asincrona (ad esempio, 400 msec). I partecipanti sono invitati a giudicare gli stimoli come simultanea o non tramite un semplice tasto. In tale compito, anche quando gli stimoli visivi e uditivi sono presentate SOA di 100 msec o più, soggetti riferiscono che la coppiaera simultanea su una grande proporzione di prove. La finestra di tempo in cui due ingressi possono verificarsi e hanno una elevata probabilità di essere percepita come si verificano simultaneamente è noto come la finestra temporale di rilegatura (TBW) ^17-19.

Il TBW è un costrutto altamente etologico, in quanto rappresenta le regolarità statistiche del mondo che ci circonda ^19. La "finestra" fornisce la flessibilità per la specifica di eventi di origine comune; uno che permette di stimoli che si verificano a distanze differenti con differenti tempi di propagazione (fisici e neurali) di essere ancora "legato" tra loro. Tuttavia, anche se la TBW è un costrutto probabilistico, le modifiche che si espandono (o contratto) la dimensione della finestra possono avere cascata ed effetti potenzialmente negativi sulla percezione ^20,21.

Disturbo dello spettro autistico (ASD) è un disordine dello sviluppo neurologico che è stata diagnosticata o classicamenten base dei deficit nella comunicazione sociale e la presenza di interessi ristretti e comportamenti ripetitivi ^22. Inoltre, e come recentemente codificata nel DSM-5, i bambini con ASD spesso mostrano alterazioni nelle loro risposte agli stimoli sensoriali. Invece di essere limitato a un solo senso, questi deficit spesso comprendono molteplici sensi, compreso l'udito, il tatto, l'equilibrio, il gusto e la visione. Insieme a una presentazione "multisensoriale" tale, gli individui con ASD spesso mostrano deficit nella sfera temporale. Collettivamente, queste osservazioni suggeriscono che la funzione temporale multisensoriale può essere preferenzialmente alterato nell'autismo ^17,23-25. Anche se concorde con la vista della funzione sensoriale alterata in ASD, cambiamenti nella funzione temporale multisensoriale può anche essere un fattore importante per i deficit di comunicazione sociale in ASD, data l'importanza di una rapida e accurata vincolante di stimoli multisensoriali per le funzioni sociali e di comunicazione. Prendete comen esempio lo scambio discorso sopra descritto in cui le informazioni importanti sono contenute sia uditivo e modalità visive. Infatti, questi compiti sono stati utilizzati per dimostrare differenze significative nella larghezza della TBW multisensoriale in bambini ad alto funzionamento con autismo ^26-28.

Per la sua importanza per la normale funzione percettiva, le sue potenziali implicazioni per i processi di ordine superiore come la comunicazione sociale (e di altre abilità cognitive), e la sua rilevanza clinica, una batteria di compiti studiati per valutare multisensoriale funzione temporale nei bambini con ASD è descritto.

Protocollo

Dichiarazione etica: Tutti i soggetti devono fornire il consenso informato prima dell'esperimento. La ricerca qui descritto è stato approvato dalla Vanderbilt University Medical Center Institutional Review Board.

1. dell'esperimento Impostazione

1. Chiedere ai partecipanti di completare le attività in una, controllato suono stanza scarsamente illuminata.
   NOTA: considerare l'implementazione di un programma visivo ^29,30 come parte del disegno dello studio. Anche se ogni compito in questa batteria è relativamente breve, l'esecuzione di diversi compiti di fila può causare stanchezza in alcuni bambini, sia con lo sviluppo tipico (TD) e con ASD. Una tabella visiva dovrebbe includere tutte le attività previste (entrambe le attività e l'udito di screening / visione), così come piccole pause. Tale struttura contribuirà all'elaborazione di una esperienza di ricerca complessivamente positivo per il partecipante, ed è stato anche dimostrato di suscitare risposte più precise in alcune attività ^31.
2. Apporre una mentoniera al tavolo dove il partecipante siederà, mentre il completamento del compito, con il monitor del computer collocati 60 cm di distanza dal partecipante. Questo per garantire che gli stimoli sono la stessa intensità per ciascun partecipante. Utilizzare cuffie o altoparlanti con cancellazione del rumore per la consegna stimolo uditivo.
3. A causa delle differenze nelle singole piattaforme sperimentali (scheda audio, scheda grafica, sistema operativo, ecc), verificare la durata di stimolo e stimolo asincronie insorgenza (SOA) con un oscilloscopio, celle fotovoltaiche, e microfono su ogni computer per l'esperimento.
   NOTA: A seconda della piattaforma individuale (per esempio, una scheda audio lento), effettuare le regolazioni per il codice esperimento in modo che i tempi di presentazione dello stimolo è accurato.

2. Stimoli

1. Generare 2 .wav o .mp4 file con durata di 16 msec (tra cui un 2-3 msec su rampa e rampa di decelerazione) a 500 Hz e 1000 Hz. Per fare ciò,specificando un'onda sinusoidale di frequenza desiderata con un graduale rampa fino alla massima ampiezza, seguita da una rampa di decelerazione al termine del tono. Salvare l'onda sinusoidale come file uditivo. Verificare il volume di ogni tono con un misuratore di livello di pressione sonora per verificare che si è giocato a 60 dB. Se si utilizzano diffusori per presentare stimoli uditivi, il suono dovrebbe essere testato a distanza dallo schermo (dove il partecipante siederà) 60 cm. Se saranno utilizzati cuffie, misurare il volume direttamente accanto a ogni cuffia.
   NOTA: È facile mantenere il computer in un volume standard e regolare il volume del tono conseguenza regolando il codice utilizzato per generare lo stimolo o un programma di editing audio.
2. Creare stimoli visivi da specificando le dimensioni e la posizione del flash nel codice esperimento, o generando un'immagine bitmap o JPEG con uno sfondo nero e un anello bianco incentrata su una fissazione mirino, e la visualizzazione al momento opportuno. Impostare la duratadel flash visiva a 16 ms nel codice dell'esperimento.
3. Stimoli vocali record da un madrelingua in una stanza tranquilla nei confronti di un semplice sfondo bianco dalle spalle in su con l'altoparlante al centro del telaio. Registrare le stimoli video con la più alta risoluzione disponibile videocamera. In alternativa, i video stimolo accessibili al pubblico possono essere utilizzati se lo si desidera.
   NOTA: Video e audio dell'altoparlante dire le sillabe "ba" e "ga" sono necessari per questo esperimento.
   1. L'utilizzo di qualsiasi programma di editing video, esportare la componente uditiva di ogni traccia e salvarli come file .wav separato. Fate questo andando nella finestra delle impostazioni di esportazione e selezionare "file audio wav" dal menu a discesa "Format". Controllare "Export Audio" e quindi fare clic su "Esporta" per la parte inferiore della finestra Impostazioni di esportazione.
   2. Avanti, esportare la componente visiva (ad esempio, il video silenziosa) di ciascuna una tracciad salvare come file .avi separato. Fate questo andando nella finestra delle impostazioni di esportazione e selezionare "compresso AVI" dal menu a discesa "Format". Controllare "Export Video" e quindi fare clic su "Esporta" per la parte inferiore della finestra Impostazioni di esportazione.
   3. Infine, rimuovere il componente uditiva del brano "ga" e sostituirlo con la componente uditiva del brano "ba" per rendere lo stimolo McGurk. Per fare ciò selezionate il file ".avi" dal desktop nel come sorgente video selezionando "Source", in questo caso "ga_VOnly.avi". Analogamente selezionare l'altra video "ba_Aonly.avi". Nel menu Esecuzione del programma, verificare che il video (V1) "Video 1" fonte è "ga_VOnly.avi" e l'audio (A1) "Audio 1" fonte è "ba_Aonly.avi". Verificare che la comparsa dello stimolo visivo "ga" è temporalmente allineata con i sti uditivemulus "ba".
      NOTA: È importante che gli stimoli uditivi sono uguali registrazione esatto sia nel audiovisivi e uditiva solo stimolo (non solo la stessa sillaba) in modo che l'unica differenza tra un "ba" audiovisivo e lo stimolo McGurk è il componente video. Ciò garantirà che si può fare un valido confronto esaminare l'influenza dello stimolo visivo sulla sillaba uditivo percepita.

3. Task Batteria

NOTA: questa operazione richiede che tutti i partecipanti siano in grado di comprendere e rispettare le istruzioni verbali da sperimentatore.

1. Assicurarsi che tutti i partecipanti hanno una visione normale effettuando uno screening semplice prima del test. Utilizzare un grafico occhio Snellen a 20 piedi e chiedere al partecipante di leggere ogni riga con entrambi gli occhi aperti (i partecipanti saranno visualizzazione stimoli con entrambi gli occhi aperti). Registrare la linea più bassa che parteicipants riportano con precisione gli stimoli visivi. I partecipanti devono avere una visione 20/40 o migliore.
2. Assicurarsi che tutti i partecipanti hanno un udito normale testando soglie uditive a 500, 1.000, 2.000, e 4.000 Hz in ciascun orecchio. Effettuare esami uditivi dovrebbe essere completato in una stanza controllata suono con un audiometro.
   1. Per trovare la soglia di un partecipante, incaricare il partecipante di alzare la mano ogni volta che rileva un tono. Gioca un tono 500 Hz impulsi indirizzato per l'orecchio destro a partire da 35 dB e diminuire il volume in 5 dB. Quando un partecipante non rileva un segnale, aumentare il volume in 5 dB per verificare il volume percepibile basso. Ripetere questa procedura con ogni frequenza, e quindi ripetere tutte le frequenze di tono nell'orecchio sinistro. I partecipanti devono avere soglie di 20 dB o inferiore.
3. Assicurarsi che i partecipanti siano in grado di comprendere e rispettare le istruzioni verbali misurando sia IQ e competenze linguistiche ricettive con standardmisure neuropsicologiche prima del test. I partecipanti devono avere un QI misurato di 70 o più. Se lo si desidera, ulteriore test neuropsicologici può essere completata in questo momento.

4. simultaneità Giudizio (SJ)

NOTA: Il compito SJ è un due alternative a scelta forzata compito (2-AFC) ed è costituito da un anello di visual e 1.000 Hz tono uditivo presentato a vari SOA (negativo = uditivo precedente visiva, positivo = procedimento uditivo visivo) presentati in ordine casuale .

1. Assicurati di includere abbastanza grande SOA (almeno -400 a +400 msec) per ottenere una misurazione accurata di tutta la larghezza della TBW (tipico set di stimolo: -400, -300, -200, -150, -100, - 50, 0, 50, 100, 150, 200, 300, 400 msec SOA). Utilizzare la stessa serie di SOA per ogni partecipante, che consente una più facile comparazione delle prestazioni dell'attività tra i partecipanti. Presentare un minimo di 20 prove per SOA per una stima precisa. Il compito richiede circa 15-20 minuti per completare. Fornire una breve pausa ogni 100 prove per ridurre l'affaticamento partecipante.
2. Istruire il partecipante ad osservare un flash e un segnale acustico e spiegare che il loro compito è quello di decidere se il flash e beep si sono verificati nello stesso tempo o in tempi diversi. Istruzioni al partecipante di premere "1" sul tastierino numerico, se gli stimoli verificati contemporaneamente, o "2", se gli stimoli sono verificati in un momento diverso.
   NOTA: Se una casella di risposta è disponibile, questo può essere utilizzato anche per raccogliere risposte. Includere queste stesse istruzioni visualizzate risposta dopo ogni prova.
3. Come sostituto alternativa il flash e beep con un token discorso visivo e uditivo (mouthed "ba" e ha espresso "ba") e presente alla stessa SOA con la stessa istruzione compito ("Same tempo o tempi diversi?"). In questo modo, confrontare la TBW di stimoli di varia complessità e contenuto sociale all'interno dei singoli soggetti^27.

5. Temporal Order Sentenza (TOJ)

NOTA: Il compito uditivo TOJ è un compito 2-AFC utilizzato per esaminare l'acutezza temporale di elaborazione uditiva. Il compito visivo TOJ è un compito 2-AFC utilizzato per esaminare l'acutezza temporale di elaborazione visiva. Il compito multisensoriale TOJ è un compito 2-AFC utilizzato per esaminare l'acuità temporale attraverso audizione e la visione. Ogni attività richiede circa 10 - 15 minuti per completare.

1. Nel compito uditivo TOJ, istruire il partecipante di ascoltare due segnali acustici presentati (500 Hz e 1000 Hz) a vari ritardi e chiedere al partecipante di premere "1" se il tono più alto è giocato prima o premere il tasto "2" se il tono più basso è giocato prima. Presenti 20 prove per ogni SOA in ordine casuale.
   NOTA: Rispetto al compito SJ, vi è una gamma dinamica molto inferiore di SOA su cui percezione uditiva unisensory e cambiamenti visivi ordine temporale, Perciòe utilizzare un set di stimolo in cui SOA più piccoli sono più pesantemente rappresentate (tipico set di stimolo: -250, -200, -150, -75, -50, -35, -20, -10, 10, 20, 35, 50, 75 , 150, 200, 250 msec SOA, dove negativo = tono più alto precedente tono più basso, positiva = tono basso di procedere tono più alto) per i compiti TOJ unisensory.
2. Nel compito visivo TOJ, istruire il partecipante di osservare due cerchi (sopra e sotto una fissazione mirino centrale) a vari ritardi e chiedere al partecipante di premere "1" se il cerchio in alto appare prima o premere se appare "2" il cerchio in basso prima. Presenti 20 prove per ogni SOA in ordine casuale.
   NOTA: In questo compito, SOA negativi indicano che il cerchio in alto è stato presentato prima e positivi SOA indicano che il cerchio in basso è stata presentata prima.
3. Nel compito audiovisiva TOJ, istruire il partecipante ad osservare un piccolo flash centrale e ascoltare un singolo tono (1000 Hz) a vari ritardi e chiedere al partecipante t o premere il tasto "1", se il segnale acustico è stato presentato prima o premere "2" se il flash è stata presentata prima. Presenti 20 prove per ogni SOA in ordine casuale.
   NOTA: La precisione nella TOJ audiovisiva è in genere molto peggio rispetto alla TOJ uditivo unisensory e compiti TOJ visivi. Ciò richiede una più ampia gamma di SOA rispetto ai compiti unisensory TOJ (tipico set di stimolo: -300, -250, -200, -150, -100, -80, -50, -20, 0, 20, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300). In questo compito, SOA negativi indicano che la uditivo è stato presentato il primo e positivo SOA ha indicato che la visuale è stato presentato prima.
   NOTA: Come con il compito SJ, il compito TOJ può essere adattato per esaminare l'elaborazione temporale tra più tipi di stimoli. Qui il compito TOJ è stato completato con stimoli semplici (beep acustici e lampi visivi), ma questo può essere espansa a guardare altre coppie di stimolo come il linguaggio e il movimento biologico ^24.

tle "> 6. McGurk Task

NOTA: L'illusione McGurk è costituito da un video della sillaba visivo "ga" in coppia con una registrazione uditiva della sillaba "ba". Molti soggetti effettivamente fondere le sillabe visive e uditive e percepire questa coppia come la sillaba "da" o "tha" ^32.

1. Istruire i partecipanti di osservare diverse sillabe e chiedere al partecipante di segnalare la sillaba che hanno percepito. In un blocco presenti 20 studi ciascuno dei sillabe unisensory (solo sillabe uditive (A- "ba", A- "ga") e solo sillabe visivi (V- "ba", V- "ga") in ordine casuale. In un secondo blocco, presenti 20 studi ciascuno dei sillabe audiovisivi (AV "ba", AV "ga", e il "ba" A- / V- "ga" McGurk stimolo) in ordine casuale. Chiedere al partecipante di premere la lettera sulla tastiera corrispondentesillaba percepito ("premere b per ba, premere g per ga, premere d per da premere t per tha"). Questo compito richiede circa 5 - 10 minuti totali per completare.
2. Una stima più conservativa consiste in un formato risposta aperta ³³ in cui il partecipante riporta ad alta voce la sillaba percepita e la risposta viene registrata dallo sperimentatore.

Risultati

Questa batteria compito si è dimostrato molto efficace nel misurare le differenze individuali nel settore della trasformazione temporale in individui con e senza ASD ^17,18,23,27. Per l'attività SJ, tracciare i dati risultanti da ogni singolo soggetto mediante il calcolo della percentuale di risposte ad ogni SOA quell'argomento risposto "sincrono" e poi il montaggio della curva di risposta risultante con una curva gaussiana. Come illustrato in figura 1A, vi è una finestra ...

Discussione

Il manoscritto descrive gli elementi di una batteria psicofisico compito che vengono utilizzati per valutare l'elaborazione temporale e acutezza nella ricerca sensoriale e sistemi multisensoriali. La batteria ha ampia applicabilità per un certo numero di popolazioni ed è stato utilizzato dal nostro laboratorio, al fine di caratterizzare le prestazioni temporale audiovisiva in adulti tipici ^18, bambini ^10,39, e in bambini e adulti con autismo ^17,23. Inoltre, è stato utilizzato per ...

Materiali

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Oscilloscope
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Noise-cancelling headphones
Chin rest
Audiometer