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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Descriviamo come implementare una serie di compiti comportamentali per esaminare l'elaborazione e l'integrazione degli stimoli sensoriali nei bambini con ASD. L'obiettivo è quello di caratterizzare le differenze individuali nell'elaborazione temporale di semplici stimoli uditivi e visivi e metterli in relazione con abilità percettive di ordine superiore come la percezione del parlato.
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.
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.
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
2. Stimoli
3. Task Batteria
NOTA: questa operazione richiede che tutti i partecipanti siano in grado di comprendere e rispettare le istruzioni verbali da sperimentatore.
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 .
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.
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.
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 di tempo in cui coppie stimolo visivo-uditivo possono essere rappresentati con un ritardo e saranno percepiti come sincrono su una proporzione elevata di prove. La larghezza delle "sinistra" (che coprono uditivo-primi asincronie) e "destra" (che copre asincronie visivi prima) della TBW viene misurato calcolando la larghezza della finestra da 0 ms alla SOA su ogni lato che corrisponde risposte 50% sincrone (linee tratteggiate, la figura 1A). Un risultato robusto attraverso botpartecipanti h TD e popolazioni cliniche è che il diritto TBW (visivo prima) è in genere più larga della sinistra (uditivo prima) TBW. I partecipanti con ASD mostrano anche una TBW più ampia rispetto ai loro omologhi TD (Figura 1B).
Per i compiti TOJ, i dati di ogni singolo soggetto viene dapprima tracciati calcolando la percentuale di risposte ad ogni SOA che lo stimolo "positivo" è stata percepita come presentato prima (superiore tono, cerchio inferiore, flash visivo), e la risposta risultante curve da ogni attività sono in forma con una curva gaussiana cumulativa. Curve Esempio TOJ da un unico TD soggetto sono illustrati nella Figura 2. Mentre le prestazioni su compiti TOJ unisensory è estremamente preciso per tutti, ma i più piccoli SOA (2A e 2B), determinando l'ordine temporale attraverso modalità è molto più difficile, in quanto indicizzato da un molto più bassa della curva (2C) e un deterioramento della precisione (2D </ Strong>) per l'attività multisensoriale TOJ. Il punto di simultaneità personale (PSS) per ogni soggetto è misurato calcolando la SOA in cui i soggetti effettuano al caso (vedi linea tratteggiata, Figura 2A-C). Eseguire un t-test per stabilire se ci sono differenze tra i gruppi. Per confrontare le prestazioni tra le attività o attraverso soggetti, calcolare la precisione ad ogni SOA e la trama in funzione del ritardo tra la coppia di stimolo (collasso in tutto il SOA positivo e negativo ad ogni ritardo, vedi Figura 2D). Alcuni studi che hanno esaminato elaborazione sensoriale in ASD hanno trovato vari compiti TOJ tra ASD e TD gruppi 23,34, mentre altri non hanno osservato differenze significative tra i gruppi di 27. La ragione di queste discrepanze non è chiara, anche se elevata eterogeneità tra gli individui con ASD 35 e lievi differenze nella struttura compito attraverso questi studi possono avere un ruolo.
Percezione McGurkviene analizzato calcolando la proporzione di prove che il partecipante percepito percetto "da" fuso rispetto al numero totale di prove presentati. Esempio risultati del compito McGurk sono indicati per un gruppo ASD e TD soggetto in Figura 3A. Anche all'interno dello stesso individuo, risposte allo stimolo possono spesso variano da prova a prova, quindi è utile considerare la distribuzione di tali risposte. Non ci sono attualmente un certo dibattito in letteratura circa le differenze di integrazione multisensoriale come indicizzato dalla percezione McGurk. Alcuni gruppi hanno scoperto che i soggetti TD hanno aumentato la percezione McGurk rispetto a ASD sottopone 27,36, mentre altri hanno trovato che i soggetti con ASD avevano maggiore McGurk percezione 37. Alcune di queste discrepanze possono essere spiegate dalle differenze di stimolo McGurk utilizzata in ciascuno studio. Alcuni stimoli McGurk sono "forti" di altri (ad esempio, sono più propensi a suscitare l'illusorio McGurk percept su una proporzione elevata di prove per un soggetto) di altri, che può essere quantificato con un modello recente di variabilità McGurk percezione 38. Come esempio dell'utilità di questa batteria, differenze individuali nel trattamento temporale (come la larghezza della TBW) possono essere correlati con differenze di prestazioni su un compito percettivo come l'illusione McGurk (Figura 3B). Diversi studi hanno osservato un legame tra acuità temporale nel compito SJ e le differenze di percezione di percezione del linguaggio nel compito McGurk e altre misure di integrazione multisensoriale 18,27.

Figura 1. simultaneità Sentenza (SJ) risultati. Dati rappresentativi dalla sentenza Simultaneità (SJ) attività per un unico soggetto ASD (età = 8) e un solo TD soggetto (età = 9). (A (B) le curve Equipaggiata TBW per lo stesso ASD soggetto in blu e un solo TD soggetto è mostrato in rosso. Il soggetto TD ha un piccolo TBW (sinistra TBW = 166 msec, giusto TBW = 196 msec) del soggetto ASD. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2. temporale Order Giudizio (TOJ) risultati. I dati rappresentativi dalla sentenza temporale Order (TOJ) attività da un unico TD soggetto (età = 15). (A) i dati grezzi e la curva attrezzato per unuditory compito TOJ. I dati sono riportati in funzione di passo inferiore prime risposte in tutto il diverso SOA (SOA negativi indicano tono più alto è venuto prima, SOA positivi indicano passo inferiore venuto prima). (B) i dati grezzi e la curva attrezzato per compito visivo TOJ. I dati sono riportati in funzione del cerchio fondo prime risposte in tutto il SOA (SOA negativi indicano top cerchio è venuto prima, SOA positivi indicano cerchio in basso è venuto prima). (C) i dati grezzi e la curva attrezzato per multisensoriale TOJ. I dati sono riportati in funzione di Flash visiva prime risposte in tutto il SOA (negativo indica il segnale sonoro è venuto prima, SOA positivi indicano il flash visivo è venuto prima). (D) Gli stessi dati di AC tracciate la precisione media (corretta identificazione di ordine temporale) ad ogni ritardo (crollato attraverso la SOA negativo e positivo). Clicca qui per view una versione più grande di questa figura.

Figura 3. risultati McGurk task e raffronto delle prestazioni McGurk con prestazioni giudizio simultaneità. Dati rappresentativi del compito McGurk con ASD e gruppi soggetti TD, adattato con il permesso di 27. (A) Le risposte allo stimolo McGurk per TD (mostrati in nero) e ASD (indicati in rosso) soggetti. A causa della variabilità delle risposte per lo stesso stimolo anche all'interno dei singoli soggetti e tra i soggetti in un gruppo, le risposte sono mostrati come la percentuale di studi che sono stati percepito come ogni fonema. Soggetti ASD sentito la sillaba uditivo "ba", a una percentuale maggiore di prove rispetto ai soggetti TD, mentre i soggetti TD sentito il fuso audiovisiva sillaba "da" in una percentuale maggiore di prove di ASSoggetti D. (B) Correlazione tra la larghezza della finestra di legame temporale (TBW) dal compito SJ e la proporzione di prove in cui il fuso audiovisiva sillaba "da" è stata percepita dallo stimolo McGurk nello stesso gruppo di soggetti ASD. C'è stata una significativa correlazione negativa in cui la bassa percezione McGurk è stata correlata con una più grande TBW (r = 0.46, p <0.05). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Descriviamo come implementare una serie di compiti comportamentali per esaminare l'elaborazione e l'integrazione degli stimoli sensoriali nei bambini con ASD. L'obiettivo è quello di caratterizzare le differenze individuali nell'elaborazione temporale di semplici stimoli uditivi e visivi e metterli in relazione con abilità percettive di ordine superiore come la percezione del parlato.
Questa ricerca è stata supportata da NIH R21CA183492, dalla Simons Foundation, dalla Wallace Research Foundation e da CTSA award UL1TR000445 dal National Center for Advancing Translational Sciences.
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