我们描述了如何实施一系列行为任务，以检测自闭症谱系障碍（ASD）儿童对感觉刺激的加工与整合能力。该方法的目标是表征个体对简单听觉和视觉刺激在时间加工上的差异，并将这些差异与言语知觉等更高级的知觉技能相关联。
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本文内容
摘要
摘要
除了社交沟通障碍以及存在局限性兴趣和重复性行为外，感觉处理缺陷现在已被认为是自闭症谱系障碍（ASD）的核心症状之一。我们感知和与外部世界互动的能力植根于感觉处理。例如，聆听对话需要处理来自说话者的听觉线索（言语内容、语调、句法）以及相关的视觉信息（面部表情、手势）。总体而言，这些多感觉（即，视听结合）信息的“整合”有助于更佳的理解。研究表明，这种多感觉整合在很大程度上依赖于成对刺激之间的时间关系。因此，在时间上接近发生的刺激极有可能带来行为和感知上的益处——这种增益被认为反映了感知系统对这两个刺激是否来自同一来源的可能性所做出的判断。这种时间整合的改变预期会显著影响感知过程，并可能削弱我们准确感知和与外界互动的能力。本文介绍了一套旨在表征自闭症儿童感觉及多感觉时间处理各方面特征的任务组合。除了在自闭症研究中的应用价值外，该任务组合还具有巨大潜力，可用于表征其他临床人群中的感觉功能变化，也可用于考察这些处理过程在整个生命周期中的发展变化。
引言
传统的神经科学研究通常通过关注个体感觉模式来理解感觉知觉。然而，我们所处的环境包含多种多样的感觉输入，这些输入以看似毫不费力的方式被整合为对世界的统一感知。我们存在于如此丰富的多感官环境之中，这就要求我们更深入地理解大脑如何在不同感觉系统之间整合信息。这一理解的必要性还因以下事实而进一步增强：多个感觉信息的同时存在通常会显著改善行为和感知能力1-3。例如，当观察者能够看到说话者嘴唇的运动时，在噪声环境中理解言语的能力将得到显著提升（信噪比最高可改善达15 dB）4-7。
影响不同感觉输入如何被整合与结合的主要因素之一是它们之间的时间接近性。如果两个感觉线索在时间上接近，呈现出暗示共同来源的时间结构，则它们极有可能被整合，这一点已通过行为和感知的变化得到证实8-12。研究多感觉时间结构对行为和感知反应影响的最有力实验工具之一是同时性判断（simultaneity judgment, SJ）任务13-16。在此类任务中，将多感觉刺激（例如，视觉和听觉）以不同的刺激起始异步性（stimulus onset asynchronies, SOAs）成对呈现，SOA范围从客观同时（即，时间偏移为0毫秒）到高度异步（例如，400毫秒）。参与者通过简单的按键操作判断刺激是否同时发生。即使视觉和听觉刺激以100毫秒或更长的SOA呈现，受试者在大量试验中仍报告该刺激对是同时发生的。两个输入在此时间窗口内发生时，被感知为同时发生的概率较高，这一时间范围被称为时间绑定窗口（temporal binding window, TBW）17-19。
时间绑定窗口（TBW）是一个高度符合生态学意义的构念，因为它代表了我们周围世界中的统计规律性19。这一“窗口”为源自同一事件的感知提供了灵活性，使得在不同距离发生、具有不同传播时间（包括物理和神经传导时间）的刺激仍能被“绑定”在一起。然而，尽管TBW是一种概率性构念，但任何导致该窗口扩大或缩小的变化都可能对感知产生连锁性且潜在有害的影响20,21。
自闭症谱系障碍（ASD）是一种神经发育障碍，传统上根据社会交流缺陷以及存在局限性兴趣和重复性行为进行诊断22。此外，正如近期在《精神障碍诊断与统计手册》第五版（DSM-5）中所明确的，ASD儿童常表现出对感觉刺激反应的异常。这些异常并不局限于单一感官，而是通常涉及多种感官，包括听觉、触觉、平衡觉、味觉和视觉。伴随着这种“多感官”表现，ASD个体还常在时间维度上表现出功能缺陷。总体而言，这些观察提示，多感官时间整合功能在自闭症中可能尤为容易受到影响17,23-25。尽管这一现象与ASD中感觉功能异常的观点一致，但多感官时间功能的改变也可能对ASD的社会交流缺陷起到重要影响，因为社会和交流功能高度依赖于对多感官刺激进行快速而准确的整合。以上述言语交流为例，其中重要信息同时包含在听觉和视觉通道中。事实上，已有研究利用此类任务证明，在高功能自闭症儿童中，其多感官时间整合窗（TBW）的宽度存在显著差异26-28。
由于多感官时间功能对正常感知功能具有重要意义，且可能影响社交沟通（及其他认知能力）等高级认知过程，并具有临床相关性，因此本文描述了一组用于评估自闭症谱系障碍（ASD）儿童多感官时间功能的任务组合。
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方案
伦理声明：所有受试者必须在实验前签署知情同意书。本研究所述研究已获得范德比尔特大学医学中心机构审查委员会的批准。
1. 实验设置
- 要求参与者在光线较暗、声音受控的房间内完成任务。
注意： 建议实施视觉时间表29,30 作为研究设计的一部分。尽管该测试组合中的每一项任务相对简短，但连续进行多项任务可能会导致部分儿童出现疲劳，包括典型发育（TD）儿童和自闭症谱系障碍（ASD）儿童。视觉日程表应包含所有计划中的活动（包括各项任务以及听力/视力筛查），并在任务之间安排短暂休息。这种结构有助于提升参与者整体的研究体验，并且已被证明在某些任务中能够引出更准确的反应。31. - 在参与者完成任务时所坐的桌面上安装一个下巴托，电脑显示器放置在距离参与者60 cm的位置。这是为了确保每位参与者接收到的刺激强度相同。使用降噪耳机或扬声器传递听觉刺激。
- 由于个体实验平台（声卡、显卡、操作系统）的差异 等。），使用示波器、光伏电池和麦克风在每台计算机上验证实验的刺激持续时间及刺激起始异步时间（SOAs）。
注意： 根据具体平台（例如，声卡速度较慢），调整实验代码，以确保刺激呈现的时间精确。
2. 刺激材料
- 生成两个持续时间为 16 毫秒（包含 2–3 毫秒的上升斜坡和下降斜坡）的 .wav 或 .mp4 文件，频率分别为 500 Hz 和 1,000 Hz。通过设置所需频率的正弦波实现，起始处逐渐上升至全振幅，音调结束时再逐渐下降至零。将该正弦波保存为音频文件。使用声压级计测试每个音调的音量，确保播放强度为 60 dB。若使用扬声器呈现听觉刺激，则应在距离屏幕 60 cm 处（即受试者就坐位置）进行测量；若使用耳机，则应直接在每侧耳机旁测量音量。
注意： 保持计算机音量为标准值，并通过调整用于生成刺激的代码或音频编辑软件来调节音调音量，会更加方便。 - 通过在实验代码中指定闪光的大小和位置，或生成一张黑色背景、中央带有白色环形并围绕注视十字的 JPEG 或位图图像，并在适当时间显示，以创建视觉刺激。在实验代码中将视觉闪光的持续时间设置为 16 ms。
- 由母语者在安静房间内录制语音刺激，背景为纯白色，取景范围为肩部以上，说话者位于画面中央。使用可获得的最高分辨率摄像机录制视频刺激。或者，也可根据需要选用公开可用的刺激视频。
注意： 本实验需要说话者发出“ba”和“ga”音节的视频和音频。- 使用任意视频编辑软件，导出每条音轨的音频部分，并另存为独立的 .wav 文件。具体操作为：进入导出设置窗口，在“格式”下拉菜单中选择“wav 音频文件”，勾选“导出音频”，然后点击导出设置窗口底部的“导出”按钮。
- 接下来，导出视觉组件（即， 将每个轨道的静音视频另存为单独的 .avi 文件。操作方法为：进入导出设置窗口，从“格式”下拉菜单中选择“未压缩的 AVI”，勾选“导出视频”，然后点击导出设置窗口底部的“导出”按钮。
- 最后，移除“ga”音轨的听觉成分，并将其替换为“ba”音轨的听觉成分，以生成McGurk刺激材料。具体操作如下：在“源”（Source）选项中选择桌面上的“.avi”文件作为视频源，此处为“ga_VOnly.avi”；同样地，选择另一个视频文件“ba_Aonly.avi”。在节目序列菜单中，确保视频（V1）“视频1”的源为“ga_VOnly.avi”，而音频（A1）“音频1”的源为“ba_Aonly.avi”。 验证视觉刺激“ga”与听觉刺激“ba”的起始时间是否在时间上对齐。
注意： 确保视听刺激和纯听觉刺激使用完全相同的录音（而不仅仅是相同的音节）非常重要，这样视听版的“ba”与麦格克（McGurk）刺激之间的唯一差异仅在于视频成分。这将确保能够进行恰当的比较，以考察视觉刺激对所感知听觉音节的影响。
3. 任务组合
注意： 此任务要求所有参与者均能够理解并遵循实验人员的口头指示。
- 在测试前通过简单的筛查确保所有参与者具有正常视力。使用20英尺距离的Snellen视力表，要求参与者双眼睁开阅读每一行字符（参与者将在双眼睁开的情况下观看刺激材料）。记录参与者能够准确报告视觉刺激的最低一行。参与者的视力应达到20/40或更好。
- 通过在每只耳中测试500、1,000、2,000和4,000 Hz频率下的听阈来确保所有参与者具有正常听力。听力测试应在声学控制室内使用听力计完成。
- 为确定参与者的听阈，指导其每次听到声音时举起手。从35 dB开始向右耳播放脉冲式500 Hz音调，并以5 dB为步长逐步降低音量。当参与者无法再察觉声音时，再以5 dB为步长逐步提高音量，以确认可感知的最低音量。对每个频率重复此程序，然后在左耳重复所有频率的测试。参与者的听阈应为20 dB或更低。
- 在测试前使用标准化的神经心理学测量工具评估智商（IQ）和接受性语言能力，以确保参与者能够理解并遵守口头指令。参与者的智商测量值应不低于70。如有需要，此时可进行额外的神经心理学测试。
4. 同时性判断（SJ）
注意： SJ任务是一种双选强制选择任务（2-AFC），包含一个视觉环和一个1,000 Hz的听觉音调，以不同的SOA（负值表示听觉先于视觉，正值表示视觉先于听觉）随机呈现。
- 务必包含较大幅度的刺激间隔时间（SOA，至少从 -400 到 +400 毫秒），以准确测量时间整合窗（TBW）的完整宽度（典型的刺激间隔设置为：-400、-300、-200、-150、-100、-50、0、50、100、150、200、300、400 毫秒 SOA）。对每位参与者使用相同的 SOA 集合，以便更方便地比较不同参与者之间的任务表现。每个 SOA 至少呈现 20 次试验，以获得精确的估计值。该任务完成时间约为 15 至 20 分钟。每进行 100 次试验后提供一次短暂休息，以减少参与者的疲劳。
- 指导参与者观察一次闪光和一次蜂鸣声，并说明其任务是判断闪光和蜂鸣是否同时发生，或在不同时间发生。如果刺激同时发生，则要求参与者按数字小键盘上的“1”；如果刺激在不同时间发生，则按“2”。
注意：如果具备反应盒，也可用于收集反应。每次试验后的反应屏幕上应显示相同的指导语。 - 作为替代方案，可将闪光和蜂鸣分别替换为视觉和听觉的言语信号（无声的“ba”口型和有声的“ba”发音），并在相同的 SOA 条件下使用相同的任务指令（“同时还是不同时？”）。通过这种方式，可在个体内部比较不同复杂程度和社会性内容刺激的时间整合窗（TBW）27。
5. 时间顺序判断（TOJ）
注意： 听觉时间顺序判断任务是一种双选迫选任务，用于检测听觉加工的时间敏锐度。视觉时间顺序判断任务是一种双选迫选任务，用于检测视觉加工的时间敏锐度。多感官时间顺序判断任务是一种双选迫选任务，用于检测听觉与视觉之间的时间敏锐度。每项任务大约需要10 - 15分钟完成。
- 在听觉时间顺序判断（TOJ）任务中，指导参与者聆听以不同时间间隔呈现的两个音调（500 Hz 和 1,000 Hz），并要求其在较高音调先出现时按“1”，在较低音调先出现时按“2”。每种刺激间隔时间（SOA）呈现20次试验，顺序随机。
注意： 与同时性判断（SJ）任务相比，在感知单感觉通道（听觉和视觉）时间顺序发生变化的时间动态范围上，听觉和视觉的SOA范围要小得多。因此，在单感觉通道TOJ任务中应使用较小SOA值更密集的刺激集（典型刺激集：-250、-200、-150、-75、-50、-35、-20、-10、10、20、35、50、75、150、200、250 毫秒SOA，其中负值表示高音调先于低音调，正值表示低音调先于高音调）。 - 在视觉时间顺序判断（TOJ）任务中，指导参与者观察两个圆圈（位于中央注视十字的上方和下方）以不同时间间隔呈现，并要求其在上方圆圈先出现时按“1”，在下方圆圈先出现时按“2”。每种刺激间隔时间（SOA）呈现20次试验，顺序随机。
注意： 在此任务中，负SOA表示上方圆圈先呈现，正SOA表示下方圆圈先呈现。 - 在视听时间顺序判断（TOJ）任务中，指导参与者观察一次短暂的中央闪光并聆听一个单一音调（1,000 Hz），两者以不同时间间隔呈现，并要求其在声音先出现时按“1”，在闪光先出现时按“2”。每种刺激间隔时间（SOA）呈现20次试验，顺序随机。
注意： 视听TOJ任务的准确性通常明显低于单感觉通道的听觉TOJ和视觉TOJ任务。因此，该任务需要比单感觉通道TOJ任务更宽的SOA范围（典型刺激集：-300、-250、-200、-150、-100、-80、-50、-20、0、20、50、80、100、150、200、250、300）。在此任务中，负SOA表示听觉刺激先呈现，正SOA表示视觉刺激先呈现。
注意： 与SJ任务类似，TOJ任务也可调整用于研究多种类型刺激之间的时间加工过程。此处的TOJ任务使用了简单刺激（听觉音调和视觉闪光），但也可扩展至其他刺激对，如言语与生物运动24。
6. 麦格克效应任务
注意：麦格克效应由视觉上的“ga”音节视频与听觉上的“ba”音节录音配对组成。许多受试者会将视觉和听觉音节融合，实际感知为“da”或“tha”音节32。
- 指导参与者观察不同的音节，并要求其报告所感知到的音节。在一个实验组中，以随机顺序分别呈现20次单感觉通道音节（仅听觉音节（A-“ba”、A-“ga”）和仅视觉音节（V-“ba”、V-“ga”））。在第二个实验组中，以随机顺序分别呈现20次视听音节（AV-“ba”、AV-“ga”以及A-“ba”/V-“ga”麦格克刺激）。要求参与者按下键盘上对应于所感知音节的字母（“ba按b，ga按g，da按d，tha按t”）。该任务总共需要约5至10分钟完成。
- 一种更为保守的评估方法采用开放式回答格式33，即参与者大声报告所感知的音节，由实验人员记录其回答。
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结果
该任务组合在测量自闭症谱系障碍（ASD）个体与非ASD个体在时间加工方面的个体差异方面已被证明非常成功17,18,23,27。对于同步判断（SJ）任务，首先计算每位被试在每个刺激间隔时间（SOA）下判断为“同步”的反应比例，然后将得到的反应曲线拟合为高斯曲线，从而绘制出每位被试的实验数据。如图1A所示，存在一个时间窗口，在此窗口内，视听刺激对即使存在一定延迟，仍会在较多数试验中被感知为同步。时间整合窗（TBW）的“左侧”（涵盖听觉优先的异步情况）和“右侧”（涵盖视觉优先的异步情况）的宽度，通过计算从0 ms到每侧对应50%同步反应比例的SOA所对应的时间宽度来确定（虚线，图1A）。在典型发育（TD）被试和临床人群中的一个稳健发现是，右侧TBW（视觉优先）通常比左侧（听觉优先）TBW更宽。与典型发育个体相比，ASD被试也表现出更宽的时间整合窗（图1B）。
对于时间顺序判断（TOJ）任务，首先通过计算每位受试者在每个刺激间隔时间（SOA）下将“正性”刺激感知为先呈...
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讨论
该论文描述了一套心理物理学任务组合的关键要素，用于评估感觉和多感觉系统研究中的时间信息处理能力与感知敏锐度。该任务组合适用于多种人群，本实验室已将其用于表征典型成人的视听时间加工能力18、儿童的相应能力10,39，以及自闭症儿童和成人的视听时间表现17,23。此外，该任务组合还被用于相关性分析中，考察各子任务之间的相互关系27，目前正被用于探索感觉与多感觉表现指标与语言与交流、注意力及执行功能等认知领域之间的关联。需要特别指出的是，该任务组合在用于自闭症谱系障碍（ASD）个体测试时的主要局限在于，任务形式要求被试具备足够的语言理解能力，以理解口头指令并表达其理解。因此，目前该任务组合仅适用于高功能型ASD个体的测试。
该测试电池对时间因素的重视，源于这些因素在构建真实感觉与知觉表征中的重要性。在多感官领域中，这一概念最集中体现在多感官“时间绑定窗口（TBW）”这一构念上，即听觉与视觉线索能够强烈相互影响的时间区间。如先前研究所指出，该窗口具有高度生态学意义，因为感觉事件及其相关能量通常发生在不同...
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披露
作者声明不存在任何竞争性经济利益。
致谢
本研究由美国国立卫生研究院（NIH）R21CA183492项目、西蒙斯基金会、华莱士研究基金会以及美国国立转化科学促进中心国家卫生研究院CTSA资助项目UL1TR000445资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 示波器 | |||
| 光伏电池 | |||
| 麦克风 | |||
| 主动降噪耳机 | |||
| 下颌托 | |||
| 听力计 |
参考文献
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