Раскрытие Удара Глухота: Обнаружение Нарушения ритма с синхронизацией палец нажатие и перцептивных синхронизации задач

Резюме

Поведенческие задачи, которые позволяют для оценки восприятия и сенсомоторной способностей синхронизации в общей популяции (т.е. не-музыканты) представлены. Синхронизация палец нажатие в такт звуковые раздражители и выявления ритмических нарушений обеспечивает средства выявления нарушений ритма.

Аннотация

Набор поведенческих задач для оценки восприятия и сенсомоторные способности синхронизации в общей популяции (то есть, не-музыкантов) представлена ​​здесь с целью раскрытия нарушений ритма, таких как бить глухоты. Удар глухота характеризуется низкой производительности в восприятии длительности в слуховых ритмических рисунков или плохой синхронизации движения со слуховыми ритмами (например, с музыкальными ударов). Эти задачи включают в себя синхронизацию палец нажатие в такт простых и сложных слуховых раздражителей и обнаружения художественной нарушений (задача обнаружения anisochrony), встроенных в одних и тех же раздражителей. Эти испытания, которые легки в управлении, включают в себя оценку как восприятия и сенсомоторной синхронизации способностей в различных условиях (например, бить цены и типы слухового материала) и базируются на тех же звуковые раздражители, начиная от простого метронома к комплексу музыкальный отрывок. Анализ SYNCHRONзуется нажав данных выполняется круговыми статистики, которые обеспечивают надежные меры точности синхронизации (например, разница между временем отводов и временем проведения стимуляции раздражителей) и последовательности. Круглые статистика по нажав данные особенно хорошо подходит для обнаружения индивидуальных различий в общей популяции. Синхронное прослушивание и обнаружение anisochrony чувствительны меры для выявления профили нарушений ритма и были с успехом использованы для выявления случаев плохого синхронизации с избавлены восприятия времени. Это систематическая оценка восприятия и сенсомоторной времени может быть продлен до группах пациентов с повреждением головного мозга, нейродегенеративных заболеваний (например, болезнь Паркинсона), и нарушениями развития (например, синдром дефицита внимания и гиперактивности).

Введение

Люди особенно эффективны при обработке продолжительность событий, происходящих в их среде ^1. В частности, способность воспринимать ритм музыки или обычного тиканье часов и способность двигаться вместе с ним (например, в танце или синхронизированных спорта) широко распространен среди населения в целом (например, у людей, которые не получили музыкальное образование) ^2,3. Эти способности подкреплены комплексной нейронной сети с участием корковых областей мозга (например, премоторной коры и дополнительная двигательная зона) и подкорковых структур, таких как базальных ганглиев и мозжечка ^4-7.

Разрушение этой сети и, как следствие плохого временной обработки может возникнуть в результате повреждения головного мозга или ^8-10 дегенерации нейронов, как это наблюдалось у пациентов с болезнью Паркинсона ^11. Однако, плохое восприятие длительности и ухудшению синхронизации с бесть музыка также может проявляться у здоровых людей при отсутствии повреждения головного мозга. Несмотря на то, что большинство может воспринимать звуковые ритмы и синхронизировать движение в такт (например, в музыке), есть заметные исключения. Некоторые люди имеют серьезные трудности в синхронизации их движения тела или палец нажатие в такт музыке, и могут проявлять плохую бить восприятие, показывая трудности в дискриминации мелодии с нотами различной длительности. Это условие упоминается как "бить глухоту" или "ритма" ^2,12-14. Например, избили глухота была описана в недавнем исследовании ^13, в котором сообщалось случай пациента по имени Матье. Матье был особенно неточным в подпрыгивая в такт ритмичным песен (например, песни меренге). Синхронизация все еще ​​возможно, но только под звуки простой изохронном последовательности (например, метроном). Плохо, что синхронизация прошласвязано с плохим бить восприятия, как показали Монреальского батарее оценке амузия (MBEA) ^15. В качестве дополнительной задачи, Матье спросили, чтобы соответствовать движениями танцовщицы на музыку; Интересно, что Матье выставлены беспрепятственный шаг восприятие.

Плохо восприятия ритма и плохая синхронизация, в ритме слуха людей с пощадил шага восприятия, наблюдались в дальнейших исследованиях ^2,12,14, обеспечивая тем самым убедительные доказательства того, что ритм расстройства могут возникать в изоляции. Удар глухота поэтому в отличие от типичного описания врожденной амузия (т.е., тон глухота), в психомоторного развития расстройства, затрагивающих шага восприятия и производства ^16-19. Интересно, что недостаточное понимание ритма и производство могут сотрудничать происходить с плохим обработки шага при врожденном амузия ^12,16,20. Тем не менее, плохое восприятия ритма в этом случае зависит от способности человека воспринимать изменения высоты тона. Когдаизменения высоты звука в мелодии будут удалены, врожденные amusics может успешно различать ритм различия ^21.

Важные индивидуальные различия были обнаружены в ритме глухоты; Этот факт заслуживает особого внимания. В большинстве случаев, как ритм восприятия и синхронизация в такт музыке не хватает ^2,12-14; Однако, плохая синхронизация может также возникнуть при восприятия ритма уделяется ^2. Это разделение между восприятием и действием в области синхронизации было показано с помощью синхронизированных постукивая задач с различными ритмическими звуковые раздражители (например, метронома и музыка) и с использованием различных задач ритм восприятия (например, дискриминация мелодий, основанных на различных длительностей нот и обнаружение отклонений от isochrony в художественной последовательностей). Этот вывод особенно актуальны, потому что это указывает на возможное разделение восприятия и действия в связи с часовым механизмомс, как уже ранее отмечалось в обработке тона ^17,22-25. Дальнейшие диссоциации были выделены в зависимости от сложности стимула ^2. Большинство бедных синхронизаторы выставлены избирательные трудности со сложными стимулами (например, музыки или амплитудной модуляцией шума, полученные от музыки), в то время как они все еще ​​показал точную и последовательную синхронизацию с простых изохронной последовательностей; другие бедные синхронизаторы показали противоположная картина. В целом, эти результаты сходятся в указании, что есть множество фенотипов ГРМ расстройства в общей популяции (как это наблюдается в других областях музыкальной обработки, такой как смоль ^25,26), которые требуют чувствительный набор задач, которые будут обнаружены. Характеризуя закономерности нарушений ритма особенно актуально, чтобы пролить свет на конкретных механизмов, которые неточности в системе синхронизации.

Целью способа, показанного здесь, чтобы обеспечить набор задач, которые могут бытьиспользуется для выявления случаев биений глухоты среди населения в целом и выявления различных подтипов временных расстройств (например, влияя восприятия по сравнению с сенсомоторной времени или определенного класса ритмической стимулов). Сенсомоторной синхронизации способности были в основном изучены с помощью пальцев нажав задач с слухового материала. Участников просят нажмите их указательный палец синхронно со слуховыми стимулами, такими как последовательности тонов, равномерно расположенных по времени или музыку (т.е., в синхронном или темп, нажав задачи ^27-29). Другой популярный парадигма, которая была источником значительных усилий моделирования ^29-32, является синхронизация-продолжение парадигма, в которой участник продолжает нажав на ставке, предусмотренной метрономом после звук прекратился. Ритм восприятие исследуется с различных задач, начиная от длительности дискриминации, оценки, пополам (т.е., сравнивая продолжительность на "короткие" и & #39; длинные "стандарты), и обнаружения anisochrony (т.е. определения, существует ли отклоняющееся интервал, в течение изохронного последовательности) к задаче выравнивания бит (то есть, определения, является ли метроном накладывается на музыку выравнивается с ударом) ^{1,2 , 20,33,34.} Большинство исследований были сосредоточены на восприятии времени, избили производство или сенсорно-времени, которые были проверены в изоляции. Тем не менее, вполне вероятно, что такие разные задачи относятся к несколько разным способности (например, временной интервал против потрепанный, основанный на временных, восприятия против сенсомоторной времени) и не отражают работу тех же механизмов, сроков и соответствующими схемами нейронов. Эта проблема может быть преодолена с помощью предложенных в последнее время батареи задач, которые оценивают оба восприятия и сенсомоторные способности синхронизации. Эти батареи позволит исследователям получить исчерпывающую профиль способностей синхронизации индивида. Примерами таких батарей являются Бепри испытании выравнивания (BAT) ^34, аккумулятор для оценки слуховой сенсомоторной Сроки способностей (BAASTA) ^35, и Гарвард Удар оценочный тест (H-BAT) ^36. Эти батареи состоят из разговоров задач с различными ритмическими слуховых раздражителей, начиная от музыки до изохронных последовательностей, а также восприятия задач (например, продолжительность дискриминации, определение выравнивания метронома в ритме музыки, и anisochrony обнаружения). Во всех случаях, тот же набор музыкальных отрывков был использован в восприятия и сенсомоторных задач.

В этой статье мы покажем набор задач, которые особенно эффективны при выявлении закономерностей нарушений ритма в ритме слуха лиц и бедных синхронизаторов, как показано в предыдущих исследованиях ^2. Эти задачи являются частью более крупной батареи тестов, в BAASTA ^35. Сенсорно-временные способности проходят проверку попросив участников нажмите пальцем в такт простой исложные звуковые раздражители (например, изохронные последовательности, музыки и ритмичный шум происходит от музыкальных стимулов) ^27,28. Восприятие времени проверяется с задачей обнаружения anisochrony ^2,20,33,37. Набор изохронных тонов представлена. В некоторых случаях, один из тонов (например, предпоследний) представлен раньше или позже, чем ожидалось на основании изохронного структуры слухового последовательности. Участников просят, чтобы обнаружить отклонения от isochrony. Преимущество этих сенсомоторных и восприятия ритма задач является то, что они оба связаны последовательности стимулов (вместо одиночных длительности) и стимулы различной сложности. Таким образом, на основе предыдущего доказательства, эти задачи обеспечить оптимальные условия, чтобы раскрыть различные фенотипы биений глухоты и плохой синхронизации. Особое внимание уделяется технике, принятой в анализе данных синхронизации. Этот метод основан на круговых статистике, подход, который, в частности, мыLL подходит для изучения неточных и противоречивую синхронизации в такт.

протокол

1. Задачи Синхронизация

1. Подготовка инструменты:
   1. Подключите стандартный MIDI ударный инструмент к компьютеру с помощью обычного MIDI-интерфейс.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Сбор данных осуществляется через MIDI электронных ударных инструмента. Устройство захватывает точные сроки кранов пальцев во время задач синхронизации двигателя.
   2. Откройте специального программного обеспечения для предъявления стимула и записи ответов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: задача синхронизации осуществляется с помощью стандартного программного обеспечения для представления звукового материала и записи данных из цифровой MIDI музыкального инструмента (с 1 точностью мс).
2. Звукового материала и процедура
   1. Из программного интерфейса, выбрать стимуляцию стимул для использования в задаче синхронизации из числа трех вариантов (изохронный последовательность, музыку и амплитудно-модулированный шум, полученный из огибающей волны музыкального стимула).
      ПРИМЕЧАНИЕ: ISOChronous последовательность состоит из 96 изохронно представленных тонов (длительность = 30 мс). Музыкальный стимул генерируемые компьютером фортепиано версия фрагмента Марш Радецкого (Opus 228) Иоганна Штрауса, которая включает 96 ударов (удар = четвертная нота). Отрывки из трех стимулов предоставляются как дополнительные материалы этой рукописи.
   2. Выберите соответствующий темп для выбранного стимуляции стимула (450, 600, или 750 мс Inter началом интервала (МИО) / Inter-бит-интервал (IBI)), как указано в программный интерфейс. Убедитесь, что стимулы доставляются на комфортном уровне громкости в течение наушников.
   3. Попросите участников сесть в тихой комнате перед монитором компьютера.
   4. Попросите участников, чтобы нажать на ударном инструменте MIDI, используя указательный палец его или ее доминирующей руки синхронно с тонами изохронном последовательности или с музыкальными ударов для более сложных стимулов (музыка или шум). Поручить Participaщ нажмите так же регулярно, как это возможно, без изменения накладку скорость, время синхронизации с стимуляции стимул.
   5. Начните презентацию стимулирования и запись нажатий.
   6. Окончание записи нажатий после представления последнего звонка или музыкальный ритм.
3. Анализ данных:
   ПРИМЕЧАНИЕ: для анализа данных, синхронизированных самонарезающими задач с помощью круговых статистику ^38,39. Этот метод особенно хорошо подходит для анализа данных синхронизации ^40,41; Кроме того, круглые статистика чувствительны к индивидуальным различиям в сроках способностей и, следовательно, в состоянии раскрыть случаи плохого синхронизации ^2,40. Процедура анализа приведены ниже реализуется с помощью программного обеспечения Matlab (с помощью CircStat инструментов ^39).
   1. Преобразование время кранов по отношению к стимуляции раздражителей в углах на единичной окружности (из 0-360 °) в порядке, указанном Беренс ^39. 0 ° (что эквUAL до 360 °) соответствует времени наступления стимуляции стимул (например, звуки или музыкальные ударов). Используйте следующую формулу, чтобы получить угол для каждого времени TAP: [угол (радианы) = 2 × π × (время TAP / МИО)]. Преобразование радиан в градусы с circ_rad2ang функции ^39.
   2. Участок углы, полученные в выпускной судебного разбирательства в распределении точек на единичной окружности. Сделайте это с помощью функции ³⁹ circ_plot. Обеспечить углы в радианах в качестве аргумента для функции, чтобы отобразить участок (см пример на рисунке 1).
   3. Для каждого выпускного суда, используйте углы (точек на окружности), чтобы вычислить среднее результирующий вектор R ^38,39,42 (рис 1). Используйте circ_mean ³⁹ и circ_r ³⁹ функций, которые позволяют для вычисления точности синхронизации и последовательности, соответственно.
   4. ComPute точность синхронизации (т.е., в среднем, как далеко от стимуляции стимул участник кранов в синхронизированной выпускной проб), что соответствует углу θ вектора R. Используйте circ_mean функцию ^39. Обеспечить углы в радианах в качестве аргумента для функции.
   5. Отправить фрезой данные для теста Рэлея ⁴³ оценить, является ли распределение точек по кругу является случайным, используя circ_rtest функцию ^39. Обеспечить углы в радианах в качестве аргумента для функции.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В тесте Рэлея, отвергнуть нулевую гипотезу (т.е. круговой единообразие, случайно распределенных точек по кругу), если длина R вектор достаточно велико (например, более 0,4), указывая, что участники постучал в данной фазе отношений с уважение к стимуляцией стимула выше шанс. Только тогда, когда тест Рэлея является существенным (то есть, когда р-ibution точек по кругу, не случайно) Точность синхронизации могут быть правильно интерпретированы.
   6. Вычислить последовательность синхронизации (т.е. изменчивость в несоответствии между временем отводов и стимуляции раздражителей), что соответствует длине вектора R (от 0 до 1). Используйте функцию ³⁹ circ_r. Обеспечить углы в радианах в качестве аргумента для функции.
      ПРИМЕЧАНИЕ: консистенция 1, когда все краны происходят в одно и то же временном интервале до или после стимуляции раздражителей; консистенция 0, когда краны случайным образом распределены по кругу.
4. Оценка индивидуальных результатов:
   ПРИМЕЧАНИЕ: Сравните производительность участника в нормативной группе или к контрольной группе, чтобы раскрыть случаи недостаточной точности синхронизации или плохой консистенции. Для выполнения этой сравнение, запустить исправленный т -test ^44, реализованного в singlims компьютерной PROGRAм ( http://homepages.abdn.ac.uk/j.crawford/pages/dept/SingleCaseMethodsComputerPrograms.htm ).
   1. Откройте singlims компьютерную программу. Введите среднее и SD точности синхронизации, а также типовой размер нормативного или контрольной группой. Обеспечить точность синхронизации для участников в сравнении с нормативным или контрольной группой. Нажмите на кнопку "Compute", чтобы получить результаты исправленного т Испытайте.
      ПРИМЕЧАНИЕ: участник выполняется значительно беднее, чем нормативного или контрольной группе, когда двусторонний вероятность исправленного т Испытайте ниже 0,05.
   2. Введите среднее и SD непротиворечивости синхронизации и размер выборки нормативного или контрольной группой. Обеспечение согласованности синхронизации для участника, который должен быть по сравнению с нормативной или контрольной группой.

2. восприятия ритма Задачи (определение Anisochrony)

1. Подготовка инструменты:
   1. Откройте компьютерную программу, используемую для выполнения задач обнаружения anisochrony. Убедитесь, что ключи от компьютерной клавиатуры установлены правильно для записи ответов участников.
      ПРИМЕЧАНИЕ: ритм восприятия задачи реализуются с помощью стандартного программного обеспечения для работы поведенческие эксперименты (т.е. предъявления стимула и запись поведенческих реакций).
2. Звукового материала и процедура
   1. Выберите стимул (либо изохронны стимулирования или музыка), как показано в интерфейсе программного обеспечения. Выберите подходящий темп (450, 600 или 750 мс МИО / IBI) выбранного стимула. Убедитесь, что стимулы доставляются по наушниках на комфортном уровне громкости.
      Примечание: Стимулы основаны на одной и той же слухового материала, используемого в задачах синхронизации. Каждый стимул включает в себя только 8 isochronously представленные тона или музыкальные ритмы вместо 96. Для каждого типа стимула, есть "изменение" версия (50% испытаний, п = 24) и "без изменений" версия (50% испытаний, п = 24). В стимулов изменения, предпоследний звук или музыкальный ритм возникает раньше или позже, чем ожидалось (на 8, 12 или 16% последовательности МИО / IBI) на основе предыдущего IOIs / Ibis. В стимул без изменений, то IOIs / Ibis полностью изохронны.
   2. Попросите участника, чтобы сидеть в тихой комнате перед монитором компьютера, слушать судьи стимула, а затем, после ее представления, будь то изменение в интервале между стимулами или ударов (т.е. anisochrony) присутствует или нет. Поощрять участника обратить внимание на всей последовательности.
   3. Начните презентацию стимул. Попросите участников ответить, нажав одну из двух клавиш на клавиатуре компьютера (то есть, одним из ключевых для "изменения" или другой ключ для "no-изменить "ответов) после презентации стимула.
3. Анализ данных:
   ПРИМЕЧАНИЕ: Анализ полученных от восприятия задачи ритма путем расчета индекса discriminability (D ') на каждом уровне изменения данных (на 8, 12, 16% от МИО / IBI) и для каждого МИО / IBI. Чем выше значение d ', тем больше чувствительность к anisochronies.
   1. Рассмотрим ответы (п = 48) получали каждым участником на данный стимул, записанные в выходном файле с помощью программного обеспечения, используемого для запуска поведения эксперимент. Подсчитайте количество ответов, когда anisochrony присутствует в стимул был определен неправильно. Вычислить скорость Hits (т.е. количество хитов / количество стимулов изменения).
   2. Подсчитайте количество ответов, когда участник сообщили об изменении в интервале между стимулами или ударов, когда не было никаких изменений. Вычислить ложных тревог (FA) ставка (т.е. количество ТВС / количество не-тянGE стимулы).
   3. Рассчитайте г -score для скорости хитов и скорости ФА, используя функцию НОРМОБР Matlab (Z-счет = НОРМОБР (хитов ставка или FA курс)). Вычтите г -score для скорости Англии от г -score для скорости Hits для получения D '.
4. Оценка индивидуальных результатов:
   ПРИМЕЧАНИЕ: Сравните производительность участника в нормативной или контрольной группы, чтобы раскрыть случаи плохого восприятия ритма. Что касается результатов задач синхронизации, выполните исправленный т -test помощью singlims компьютерную программу.
   1. Откройте singlims компьютерную программу. Введите среднее и SD Д 'и размер выборки нормативного или контрольной группой. Введите значение D 'для участника, который должен быть по сравнению с нормативной или контрольной группой.
      ПРИМЕЧАНИЕ: участник выполняется значительно беднее, чем нормативного или контрольной группе, когда двух-односторонней вероятности исправленного т Испытайте ниже 0,05.

Результаты

Задачи, описанные выше, были с успехом использованы для характеристики временные способности индивидов без музыкальной подготовки ^2,34-36. В недавнем репрезентативное исследование на бил-глухоты ^2, группа 99 не-музыкантов (студенты) были обследованы с помощью двух простых зада...

Обсуждение

Цель описанного метода является создание набора задач и стратегий анализа охарактеризовать временные возможности большинства людей, и выявления случаев биений глухоты или плохого синхронизации. Критические шаги протокола привлекать 1) установки инструментов, используемых для предъ...

Материалы

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.