Teste de função sensorial e multisensorial de crianças com distúrbios do espectro do autismo

Resumo

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.

Resumo

Além de prejuízos na comunicação social e na presença de interesses restritos e comportamentos repetitivos, déficits no processamento sensorial são agora reconhecidos como um sintoma central no transtorno do espectro do autismo (ASD). A nossa capacidade de perceber e interagir com o mundo externo está enraizada no processamento sensorial. Por exemplo, ao ouvir uma conversa envolve o processamento dos sinais auditivos que vêm do alto-falante (o conteúdo da fala, prosódia, a sintaxe), bem como as informações associadas visual (expressões faciais, gestos). Coletivamente, a "integração" desses (ou seja, audiovisual combinado) peças multissensoriais de informações resulta em uma melhor compreensão. Tal integração multisensorial demonstrou ser fortemente dependente da relação temporal dos estímulos associados a este. Assim, os estímulos que ocorrem em estreita proximidade temporal são altamente susceptíveis de resultar em benefícios comportamentais e de percepção - os ganhos que se acredita ser o reflexo daO julgamento de sistema perceptivo da probabilidade de que esses dois estímulos vieram da mesma fonte. Alterações nesta integração temporal possam alterar fortemente processos perceptivos, e tendem a diminuir a capacidade de perceber com precisão e interagir com o nosso mundo. Aqui, uma bateria de tarefas destinadas a caracterizar vários aspectos do processamento temporal sensorial e multissensorial em crianças com ASD é descrito. Para além da sua utilidade no autismo, esta bateria tem um grande potencial para a caracterização de alterações na função sensorial em outras populações clínicas, bem como a ser usado para examinar as alterações nestes processos em toda a vida.

Introdução

A investigação tradicional neurociência tem muitas vezes abordado compreender a percepção sensorial, incidindo sobre as modalidades sensoriais individuais. No entanto, o ambiente é composto por uma grande variedade de estímulos sensoriais que são integrados em uma visão de percepção unificada do mundo de uma forma aparentemente sem esforço. O fato de que nós existimos em um rico ambiente tão multissensorial exige que compreendamos melhor a maneira pela qual o cérebro combina informações entre os diferentes sistemas sensoriais. A necessidade para esta compreensão é ainda mais amplificado pelo fato de que a presença de múltiplas peças de informação sensorial, muitas vezes resulta em melhorias substanciais no comportamento e percepção ^1-3. Por exemplo, existe uma grande melhoria (até 15 dB na relação sinal-ruído) na capacidade para compreender o discurso em um ambiente ruidoso que o observador pode também ver o movimento dos lábios do orador ^4-7.

Um dos principais fatores queafeta a forma como os diferentes estímulos sensoriais são combinadas e integradas é a sua proximidade temporal relativa. Se duas pistas sensoriais ocorrem juntos no tempo, uma estrutura temporal que sugere origem comum, eles são altamente susceptíveis de ser integrada como evidenciado por mudanças de comportamento e percepção ^8-12. Uma das ferramentas mais poderosas para experimentais examinar o impacto da estrutura temporal multissensorial em respostas comportamentais e de percepção é o julgamento simultaneidade (SJ) tarefas ^13-16. Em tal tarefa, multissensorial (por exemplo, visual e auditiva) estímulos estão emparelhados em vários assincronias início do estímulo (SOA), variando de objetivamente simultânea (ie., Um deslocamento de 0 ms temporal) a altamente assíncrona (por exemplo, 400 ms). Os participantes são convidados a julgar os estímulos como simultânea ou não através de um simples toque de botão. Em tal tarefa, mesmo quando os estímulos visuais e auditivos são apresentados na SOAS de 100 ms ou mais, os sujeitos relatam que o parfoi simultânea em uma grande proporção de ensaios. A janela de tempo em que pode ocorrer de duas entradas e têm uma elevada probabilidade de ser percebida como ocorrendo simultaneamente é conhecido como a janela de ligação temporal (TBW) ^17-19.

A TBW é uma construção altamente etológica, na medida em que representa as regularidades estatísticas do mundo que nos cerca de ^19. A "janela" proporciona flexibilidade para a especificação de eventos de origem comum; um que permite a estímulos que ocorrem a distâncias diferentes, com tempos de propagação diferentes (tanto físicas e neurais) para ainda ser "ligada" para o outro. No entanto, embora o TBW é uma construção probabilística, as mudanças que se expandem (ou contrato) o tamanho desta janela são susceptíveis de ter em cascata e os efeitos potencialmente prejudiciais sobre a percepção ^20,21.

Transtorno do espectro do autismo (ASD) é um distúrbio neurológico que foi diagnosticado o classicamenten a base de déficits na comunicação social e na presença de interesses restritos e comportamentos repetitivos ^22. Além disso, e como recentemente codificada no DSM-5, as crianças com ASD freqüentemente apresentam alterações em suas respostas aos estímulos sensoriais. Ao invés de ser restrito a um único sentido, esses déficits muitas vezes abrangem vários sentidos, incluindo audição, tato, equilíbrio, paladar e visão. Junto com uma apresentação tão "multisensorial", os indivíduos com ASD muitas vezes apresentam déficits no domínio temporal. Coletivamente, essas observações sugerem que a função temporais multissensorial podem ser preferencialmente alterada no autismo ^17,23-25. Embora concorde com o ponto de vista da função sensorial alterada em ASD, mudanças na função temporais multissensorial também pode ser um importante contribuinte para os déficits de comunicação social na ASD, dada a importância da rápida e precisa de ligação de estímulos multissensoriais para as funções sociais e de comunicação. Tome-se como umn exemplo a troca de fala descrita acima, em que a informação importante está contido tanto no auditivo e modalidades visuais. Na verdade, essas tarefas foram usados ​​para demonstrar diferenças significativas na largura da TBW multissensorial em crianças de alto funcionamento com autismo ^26-28.

Devido a sua importância para a função normal perceptual, as suas potenciais implicações para os processos de ordem superior, como a comunicação social (e outras habilidades cognitivas), e sua relevância clínica, uma bateria de tarefas destinadas a avaliar a função temporais multissensorial em crianças com ASD é descrito.

Protocolo

Declaração de Ética: Todos os indivíduos devem fornecer consentimento informado antes do experimento. A pesquisa aqui descrita foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional do Centro Médico da Universidade Vanderbilt.

1. Experiência Set Up

1. Peça aos participantes para completar as tarefas em um, controlado som quarto mal iluminado.
   NOTA: Considere a implementação de um esquema visual ^29,30 como parte do desenho do estudo. Apesar de cada tarefa neste bateria é relativamente curto, realizando várias tarefas em uma linha pode causar fadiga em algumas crianças, ambos com desenvolvimento típico (DT) e com ASD. A programação visual deve incluir todas as atividades planejadas (ambas as tarefas e audição / exames de visão), bem como pequenas pausas entre as tarefas. Esta estrutura vai ajudar a contribuir para uma experiência de investigação global positivo para o participante, e sequer foi mostrado para obter respostas mais precisas em algumas tarefas ^31.
2. Juntar uma resto queixo até a mesa onde o participante vai sentar-se ao completar a tarefa, com o monitor do computador colocados 60 cm de distância do participante. Isto é para garantir que os estímulos são a mesma intensidade para cada participante. Use fones de ouvido ou alto-falantes com cancelamento de ruído para entrega estímulo auditivo.
3. Devido às diferenças nas plataformas experimentais individuais (placa de som, placa de vídeo, sistema operacional, etc.), verificar a duração do estímulo e estímulo assincronias início (SOA) com um osciloscópio, célula fotovoltaica, e microfone em cada computador para o experimento.
   NOTA: Dependendo da plataforma individual (por exemplo, uma placa de som lento), fazer ajustes no código da experiência de modo que o tempo de apresentação do estímulo é preciso.

2. Estímulos

1. Gerar 2 .wav ou .mp4 arquivos com duração de 16 ms (incluindo a 2 - rampa de 3 ms cima e para baixo da rampa) a 500 Hz e 1.000 Hz. Para fazer isso,especificando uma onda sinusoidal de frequência desejada com uma rampa gradual até amplitude total, seguido de uma rampa para baixo no fim do tom. Salve a onda senoidal como um arquivo auditivo. Teste o volume de cada tom com um medidor de nível de pressão sonora para verificar se ele é jogado em 60 dB. Se alto-falantes são usados ​​para apresentar estímulos auditivos, o som deve ser testado a 60 cm de distância da tela (onde o participante vai sentar-se). Se será usado fones de ouvido, medir o volume diretamente ao lado do fone de ouvido.
   NOTA: É mais fácil manter o computador a um volume padrão e ajustar o volume do som de acordo ajustando o código utilizado para gerar o estímulo ou um programa de edição de áudio.
2. Criar estímulos visuais por tanto que especifiquem o tamanho e localização do flash no código da experiência, ou através da geração de uma imagem bitmap JPEG ou com um fundo preto e um anel branco centrado em torno de uma fixação mira, e exibindo no momento apropriado. Defina a duraçãodo flash visual para 16 ms no código da experiência.
3. Estímulos de fala registo por um falante nativo em uma sala silenciosa contra um fundo branco liso dos ombros para cima com o alto-falante no centro do quadro. Registre os estímulos de vídeo com a câmera de vídeo na melhor resolução. Alternativamente, vídeos de estímulo publicamente disponíveis podem ser utilizados, se desejar.
   NOTA: O vídeo eo áudio do alto-falante dizendo as sílabas "ba" e "ga" são necessários para este experimento.
   1. O uso de qualquer programa de edição de vídeo, exportar o componente auditivo de cada faixa e salvar como um arquivo .wav separado. Fazer isso indo para a janela Configurações de exportação e selecione "wav arquivo de áudio" no menu drop-down "Format". Marque a opção "Export Audio" e clique em "Export" para a parte inferior da janela Configurações de exportação.
   2. Em seguida, exportar o componente visual (ou seja, vídeo silencioso) de cada faixa umad salvar como um arquivo .avi separado. Fazer isso indo para a janela Configurações de exportação e selecione "Uncompressed AVI" no menu drop-down "Format". Marque a opção "Export Video" e clique em "Export" para a parte inferior da janela Configurações de exportação.
   3. Por fim, remova o componente auditivo da pista "ga" e substituí-lo com o componente auditivo da pista "ba" para tornar o estímulo McGurk. Para fazer isso, selecione o arquivo ".avi" a partir do desktop para o como a fonte de vídeo, escolhendo "Source", neste caso "ga_VOnly.avi". Da mesma forma, selecione a outro vídeo "ba_Aonly.avi". No menu Seqüência do programa, garantir que o vídeo (V1) "Video 1" fonte é "ga_VOnly.avi" eo ​​áudio (A1) "Audio 1" fonte é "ba_Aonly.avi". Verifique se o início do estímulo visual "ga" é temporalmente alinhados com os sti auditivosMulus "ba".
      NOTA: É importante que os estímulos auditivos são a mesma gravação exato tanto no audiovisual e apenas estímulo auditivo (e não apenas a mesma sílaba), de modo que a única diferença entre um "ba" audiovisual e o estímulo McGurk é o componente de vídeo. Isto vai assegurar que se pode fazer uma comparação adequada para examinar a influência do estímulo visual no sílaba auditivo percebida.

3. Task Bateria

Nota: Esta tarefa exige que todos os participantes são capazes de compreender e cumprir as instruções verbais do experimentador.

1. Certifique-se que todos os participantes têm visão normal através da realização de um rastreio simples antes do teste. Use um quadro Snellen em 20 pés e pedir ao participante para ler cada linha com os dois olhos abertos (os participantes estarão vendo estímulos com os dois olhos abertos). Grave o menor linha que parteicipants relatar com precisão os estímulos visuais. Os participantes devem ter visão 20/40 ou melhor.
2. Certifique-se que todos os participantes têm a audição normal, testando limiares auditivos em 500, 1.000, 2.000 e 4.000 Hz em cada orelha. Realização de testes auditivos devem ser concluídas em um ambiente controlada som com um audiômetro.
   1. Para encontrar limiar de um participante, instruir o participante a levantar a mão cada vez que detectar um tom. Jogar pulsante tom de 500 Hz encaminhado para a orelha direita a partir de 35 dB e diminuir o volume em 5 dB. Uma vez que um participante já não detectar um tom, aumentar o volume em 5 dB para verificar o volume perceptível menor. Repita este procedimento com cada freqüência, e repita todas as freqüências de tom na orelha esquerda. Os participantes devem ter limiares de 20 dB ou mais baixos.
3. Certifique-se de que os participantes são capazes de compreender e cumprir as instruções verbais medindo tanto IQ e as habilidades de linguagem receptiva com padronizadomedidas neuropsicológicas antes do teste. Os participantes devem ter uma medida de QI de 70 ou mais. Se desejar, testes neuropsicológicos adicional pode ser concluída neste momento.

4. A simultaneidade Julgamento (SJ)

NOTA: A tarefa SJ é um dois alternativa da escolha forçada tarefa (2-AFC) e consiste em um anel de visual e auditiva tom 1.000 Hz apresentou em vários ambientes SOA (negativo = auditivo anterior visual, auditiva positiva = processo visual) apresentados em ordem aleatória .

1. Certifique-se de incluir bastante grande SOA (pelo menos -400 a +400 ms) para obter uma medida precisa da largura total da TBW (conjunto típico estímulo: -400, -300, -200, -150, -100, - 50, 0, 50, 100, 150, 200, 300, 400 ms SOA). Use o mesmo conjunto de SOA para cada participante, o que facilita a comparação de desempenho de tarefas através participantes. Apresentar um mínimo de 20 ensaios por SOA para uma estimativa precisa. A tarefa demora aproximadamente 15-20 min para completar. Forneça uma breve pausa a cada 100 testes para reduzir a fadiga participante.
2. Instrua o participante a observar um flash e um sinal sonoro e explicar que a sua tarefa é decidir se o flash e beep ocorreu ao mesmo tempo ou em momentos diferentes. Instrua o participante pressionar "1" no teclado numérico, se os estímulos ocorreu ao mesmo tempo, ou "2", se os estímulos ocorreu em um momento diferente.
   NOTA: Se uma caixa de resposta está disponível, este também pode ser utilizado para a recolha de respostas. Incluir essas mesmas instruções na tela do resposta após cada tentativa.
3. Como um substituto alternativa o flash e beep com um token discurso visual e auditiva (boca "ba" e expressou "ba") e presente ao mesmo SOA com a mesma instrução tarefa ("Same tempo ou horário diferente?"). Desta forma, comparar o TBW para estímulos que variam em complexidade e conteúdo social dentro de sujeitos individuais^27.

5. Ordem Temporal Julgamento (TOJ)

NOTA: A tarefa TOJ auditivo é uma tarefa de 2 AFC usado para examinar a acuidade temporal do processamento auditivo. A tarefa TOJ visual é uma tarefa 2-AFC usado para examinar a acuidade temporal de processamento visual. A tarefa TOJ multissensorial é uma tarefa de 2 AFC usado para examinar de acuidade temporal em toda a audição e visão. Cada tarefa demora cerca de 10 - 15 minutos para se completar.

1. Na tarefa TOJ auditiva, instruir o participante para ouvir dois sinais sonoros apresentados (500 Hz e 1000 Hz) a diversos atrasos e pedir ao participante pressionar "1" se o tom mais alto é jogado primeiro ou pressione "2" se o tom mais baixo é reproduzida primeiro. Presente 20 ensaios para cada SOA em ordem aleatória.
   NOTA: Em comparação com a tarefa SJ, há uma gama dinâmica muito menor do que ao longo SOA percepção auditiva unisensory de alterações de ordem temporal e visuais, para os mesmose usar um conjunto de estímulos, onde SOAs menores são mais fortemente representados (conjunto típico estímulo: -250, -200, -150, -75, -50, -35, -20, -10, 10, 20, 35, 50, 75 , 150, 200, 250 SOA ms, onde negativo = tom mais alto anterior tom mais baixo, tom positivo = inferior prosseguir tom mais alto) para as tarefas toj unisensory.
2. Na tarefa TOJ visual, instruir o participante a observar dois círculos (acima e abaixo de uma cruz de fixação central) em vários atrasos e pedir ao participante pressionar "1" se o top círculo aparece em primeiro lugar ou pressione "2" se o círculo de fundo aparece primeiro. Presente 20 ensaios para cada SOA em ordem aleatória.
   NOTA: Nesta tarefa, SOAs negativos indicam que a parte superior do círculo foi apresentado primeiro e positivos SOAs indicam que o círculo inferior foi apresentado pela primeira vez.
3. Na tarefa TOJ audiovisual, instruir o participante a observar um pequeno flash central e ouvir um único tom (1.000 Hz) em vários atrasos e pedir ao participante t o pressione "1", se o sinal sonoro foi apresentado pela primeira vez ou pressione "2" se o flash foi apresentado pela primeira vez. Presente 20 ensaios para cada SOA em ordem aleatória.
   NOTA: Precisão na TOJ audiovisual é tipicamente muito pior em comparação com o TOJ auditivo unisensory e tarefas toj visuais. Isto requer uma maior variedade de SOA em comparação com as tarefas unisensory toj (conjunto típico estímulo: -300, -250, -200, -150, -100, -80, -50, -20, 0, 20, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300). Nesta tarefa, SOAs negativos indicam que a auditiva foi apresentado pela primeira vez e SOAs positivo indicou que o visual foi apresentado pela primeira vez.
   NOTA: Como com a tarefa SJ, a tarefa TOJ pode ser adaptado para examinar o processamento temporal entre vários tipos de estímulos. Aqui a tarefa TOJ foi completada com estímulos simples (beeps auditivas e flashes visuais), mas isso pode ser expandido para olhar para outros pares de estímulo, como fala e movimento biológico ^24.

tle "> 6. McGurk Task

NOTA: A ilusão McGurk consiste em um vídeo de visual sílaba "ga" emparelhado com uma gravação em áudio da sílaba "ba". Muitos assuntos realmente vai fundir as sílabas visuais e auditivas e perceber este par como a sílaba "da" ou "tha" ^32.

1. Instrua o participante a observar diferentes sílabas e pedir ao participante para relatar a sílaba que eles percebida. Em um bloco de presentes 20 ensaios cada uma das sílabas unisensory (apenas sílabas auditivas (A- "ba", A- "GA") e apenas sílabas visuais (V- "BA", V- "ga") em ordem aleatória. Em um segundo bloco, os actuais 20 ensaios cada uma das sílabas audiovisuais (AV- "ba", AV- "ga", eo "ba" A- / V- "ga" McGurk estímulo) em ordem aleatória. Pergunte ao participante para pressionar a letra no teclado correspondente aosílaba percebido ("prima b para ba, pressione g para ga, pressione d para da, pressione t para tha"). Esta tarefa leva cerca de 5 - 10 min total a ser concluído.
2. A estimativa mais conservadora consiste em um formato de resposta aberta ^33, no qual o participante relata em voz alta a sílaba percebido e a resposta é registrada pelo experimentador.

Resultados

Esta bateria tarefa revelou-se muito bem sucedido em medir diferenças individuais no processamento temporal em indivíduos com e sem ASD ^17,18,23,27. Para a tarefa de SJ, plotar os dados resultantes de cada sujeito individual, primeiro calcula a proporção de respostas em cada SOA esse assunto respondeu "síncrona" e, em seguida, ajustar a curva de resposta resultante com uma curva de Gauss. Como ilustrado na Figura 1A, há uma janela de tempo em que os pares de estímulos visuais...

Discussão

O manuscrito descreve elementos de uma bateria tarefa psicofísica que são utilizados para avaliar o processamento temporal e acuidade na investigação sensorial e sistemas multissensoriais. A bateria tem uma ampla aplicabilidade para um número de populações e tem sido utilizado pelo nosso laboratório, a fim de caracterizar o desempenho temporais audiovisual em ¹⁸ adultos normais, as crianças ^10,39, e em crianças e adultos com autismo ^17,23. Além disso, ele tem sido usado para e...

Materiais

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