Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Avdekke Beat døvhet: Oppdager rytmeforstyrrelser med Synkronisert Finger Tapping og Perceptual Timing Oppgaver

Published: March 16, 2015 doi: 10.3791/51761
Automatic Translation
1,2,3,4, 3
1Movement to Health Laboratory (EuroMov), University of Montpellier, 2Institut Universitaire de France, 3Department of Cognitive Psychology, University of Finance and Management in Warsaw, 4International Laboratory for Brain, Music, and Sound Research (BRAMS)

ERRATUM NOTICE

Summary

Atferds oppgaver som gir mulighet for vurdering av perseptuelle og sensorimotor timing evner i den generelle befolkningen (dvs. ikke-musikere) er presentert. Synkronisering av finger peke i takt med en auditiv stimuli og oppdager rytmiske uregelmessigheter gir et middel for å avdekke rytmeforstyrrelser.

Abstract

Et sett av atferdsmessige oppgaver for å vurdere perseptuelle og sensorimotor timing evner i den generelle befolkningen (dvs. ikke-musikere) er presentert her med mål om å avdekke rytmeforstyrrelser, som slo døvhet. Beat døvhet er preget av dårlig ytelse i oppfatte varig i auditive rytmiske mønstre eller dårlig synkronisering av bevegelse med auditive rytmer (f.eks, med musikalske beats). Disse oppgavene inkluderer synkronisering av fingeren peke i takt med enkle og komplekse auditive stimuli og påvisning av rytmiske uregelmessigheter (anisochrony deteksjon oppgave) innebygd i de samme stimuli. Disse testene, som er lett å administrere, omfatte en vurdering av både perseptuelle og sensorimotor timing evner under forskjellige forhold (f.eks, slo priser og typer av auditiv materiale) og er basert på de samme auditive stimuli, alt fra en enkel metronom til en kompleks musikalsk utdrag. Analysen av synkronsert tappe data er utført med sirkulære statistikk, som gir pålitelige målinger av synkronisering nøyaktighet (f.eks forskjellen mellom timingen av kraner og timingen av pace stimuli) og konsistens. Sirkulære statistikk om å tappe data er spesielt godt egnet for å avdekke individuelle forskjeller i den generelle befolkningen. Synkronisert tapping og anisochrony deteksjon er sensitive tiltak for å identifisere profiler av rytmeforstyrrelser og har blitt brukt med suksess for å avdekke tilfeller av dårlig synkronisering med spart perseptuelle timing. Dette systematisk vurdering av perseptuelle og sensorimotor timing kan utvides til populasjoner av pasienter med hjerneskade, nevrodegenerative sykdommer (f.eks Parkinsons sykdom), og utviklingsforstyrrelser (f.eks Attention Deficit Hyperactivity Disorder).

Introduction

Mennesker er spesielt effektiv ved behandling av varigheten av hendelser i deres miljø en. Spesielt er evnen til å oppfatte i takt med musikken eller den vanlige tikkingen fra en klokke og evnen til å flytte sammen med det (for eksempel i dans eller synkronisert sport) utbredt i befolkningen generelt (dvs. hos personer som ikke har fått musikkopplæring) 2,3. Disse evnene er understøttet av et komplekst nevronale nettverk som involverer kortikale områder av hjernen (f.eks premotor cortex og den supplerende motor området) og subkortikale strukturer, slik som basalgangliene og cerebellum 4-7.

Forstyrrelse av dette nettverket og påfølgende dårlig tidsmessig behandling kan skyldes hjerneskade 8-10 eller neuronal degenerasjon, som observert hos pasienter med Parkinsons sykdom 11. Men dårlig oppfatning av varighet og dårlig synkronisering til bspise av musikk kan også manifestere seg i friske individer i fravær av hjerneskade. Til tross for det faktum at de fleste kan oppfatte auditive rytmer og synkronisere bevegelsen i takt (for eksempel i musikk), det finnes hederlige unntak. Noen individer har store vanskeligheter med å synkronisere sine kroppsbevegelser eller finger tappe i takt med musikken, og kan fremvise dårlig rytme oppfatning, viser vansker med å diskriminere melodier med noter av forskjellig varighet. Denne tilstanden har blitt referert til som "slå døvhet" eller "dysrhythmia" 2,12-14. For eksempel ble banket døvhet er beskrevet i en nyere studie 13, i hvilket tilfelle av en pasient heter Mathieu ble rapportert. Mathieu var spesielt unøyaktig på hoppende i takt med rytmiske sanger (f.eks en Merengue sang). Synkronisering var fortsatt mulig, men bare til lyden av en enkel isokron sekvens (for eksempel en metronom). Dårlig synkronisering varassosiert med dårlig rytme persepsjon, som avslørt av Montreal Battery av Evaluering av amusia (MBEA) 15. I en ytterligere oppgave, ble Mathieu bedt om å matche bevegelsene av en danser til musikken; interessant, Mathieu utstilt usvekket banen oppfatning.

Dårlig rytme persepsjon og dårlig synkronisering, i banke døve personer med spart banen persepsjon, ble observert i videre studier 2,12,14, og dermed gi overbevisende bevis for at rytmeforstyrrelser kan skje i isolasjon. Beat døvhet er derfor forskjellig fra den typiske beskrivelse av medfødt amusia (dvs. tone døvhet), en nevrologisk lidelse som påvirker banen persepsjon og produksjon 16-19. Interessant, kan dårlig rytme persepsjon og produksjon co-skje med dårlig banen behandling i medfødt amusia 12,16,20. Likevel, dårlig rytme persepsjon i dette tilfellet er avhengig av evnen til et individ til å oppfatte banen variasjon. Nårbek variasjoner i melodier er fjernet, medfødte amusics kan lykkes diskriminere rytme forskjeller 21.

Viktige individuelle forskjeller er observert i takt døvhet; dette faktum fortjener spesiell oppmerksomhet. I de fleste tilfeller, både rytme persepsjon og synkronisering i takt med musikken er mangel 2,12-14; kan imidlertid dårlig synkronisering også oppstå når rytme oppfatning er spart 2. Dette dissosiasjon mellom persepsjon og handling i timing domenet er vist ved hjelp av synkronisert tappe oppgaver med en rekke rytmiske auditive stimuli (for eksempel en metronom og musikk) og ved hjelp av ulike rytme oppfatning oppgaver (f.eks diskriminering av melodier basert på ulike notatvarig og påvisning av avvik fra isochrony i rytmiske sekvenser). Dette funnet er særlig relevant fordi den peker på en mulig utskillelse av persepsjon og handling med hensyn til timing mekanismens, som tidligere observert i banen behandlingen 17,22-25. Ytterligere dissociations ble fremhevet avhengig av stimulans kompleksitet to. De fleste fattige synchronizers utstilt selektive vansker med komplekse stimuli (for eksempel musikk eller amplitydemodulerte støy avledet fra musikk), mens de fortsatt viste nøyaktig og konsistent synkronisering med enkle isokrone sekvenser; andre fattige synchronizers viste det motsatte mønsteret. Oppsummert disse resultatene sammen i noe som indikerer at det er en rekke av fenotyper av timing lidelser i befolkningen generelt (som observert i andre domener av musikalsk behandling som pitch 25,26), som krever en følsom sett med oppgaver for å bli oppdaget. Karakterisere de mønstre av rytmeforstyrrelser er spesielt relevant for å belyse de spesifikke mekanismene som er feil i registersystemet.

Målet med fremgangsmåten som er vist her, er å tilveiebringe et sett av oppgaver som kan blibrukes til å avdekke forhold av valdet døvhet i befolkningen generelt og oppdage ulike subtyper av midlertidige lidelser (f.eks, påvirker perseptuelle vs. sensorimotor timing eller en bestemt klasse av rytmisk stimuli). Sensorimotoriske timing evner har stort sett blitt undersøkt ved hjelp av finger tappe oppgaver med auditiv materiale. Deltakerne blir bedt om å tappe deres pekefinger synkront med auditive stimuli, for eksempel til en sekvens av toner jevnt fordelte i tid eller til musikk (dvs. i en synkronisert eller tempo tappe oppgave 27-29). En annen populær paradigme, som har vært kilde til betydelige modellering innsats 29-32, er synkroniser-videreføring paradigme, der deltakeren fortsetter å banke på ratene gitt av en metronom etter lyden har stoppet. Rytme oppfatning er studert med en rekke oppgaver som spenner fra varighet diskriminering, estimering, bisection (dvs. sammenligne varig til "kort" og & #39, lange 'standarder), og påvisning av anisochrony (dvs. avgjøre om det er en avvikende intervall innenfor en isokron sekvens) i takt justering oppgave (dvs. detektere om en metronom lagt over musikk er på linje med rytmen) 1,2 , 20,33,34. De fleste studier har fokusert på tid persepsjon, slo produksjon eller sensorimotor timing, som ble testet i isolasjon. Det er imidlertid sannsynlig at slike ulike oppgaver referere til noe ulike evner (f.eks intervall timing vs. beat-baserte timing, perseptuelle vs. sensorimotor timing) og ikke gjenspeiler den virke de samme tidsmekanismer og tilhørende nevronale kretser. Dette problemet kan omgås ved hjelp av nylig foreslåtte batterier av oppgaver som vurderer både perseptuelle og sensorimotor timing evner. Disse batteriene gi forskerne en uttømmende profil av et individs timing evner. Eksempler på slike batterier er det bepå justeringstest (BAT) 34, batteriet for vurderingen av Auditory sensorimotor Timing Evner (BAASTA) 35, og Harvard Beat Assessment Test (H-BAT) 36. Disse batteriene består av å tappe oppgaver med en rekke rytmiske auditive stimuli som spenner fra musikk til isokrone sekvenser samt perseptuelle oppgaver (f.eks varighet diskriminering, påvisning av justeringen av en metronom i takt med musikken, og anisochrony deteksjon). I alle tilfeller ble den samme sett av musikalske utdrag brukes i perseptuelle og sensorimotor oppgaver.

I denne artikkelen, vi illustrere et sett med oppgaver som er spesielt effektiv ved å avsløre mønstre av rytmeforstyrrelser i banke døve individer og fattige synchronizers, som vist i tidligere studier 2. Disse oppgavene er en del av et større batteri av tester, den BAASTA 35. Sensorimotor timing evner testes ved å spørre deltakerne til å tappe deres finger i takt med enkle ogkomplekse auditive stimuli (f.eks isokrone sekvenser, musikk og rytmisk støy avledet fra musikalske stimuli) 27,28. Perseptuelle timing er testet med en anisochrony deteksjon oppgave 2,20,33,37. Et sett av isokrone toner er presentert. I noen tilfeller er en av tonene (f.eks, den nest siste) presenteres før eller senere enn forventet basert på isokron strukturen i auditiv sekvens. Deltakerne blir bedt om å oppdage avvik fra isochrony. Fordelen med disse sensorimotor og rytmeoppfatning oppgaver er at de begge involverer sekvenser av stimuli (i stedet for enkeltvarigheter) og stimuli av ulik kompleksitet. Dermed er basert på tidligere bevis, disse oppgavene gi optimale forhold for å avdekke ulike fenotyper av valdet døvhet og dårlig synkronisering. Spesiell oppmerksomhet er betalt til teknikk vedtatt i analysen av synkroniseringsdata. Denne teknikken er basert på sirkulære statistikker, en tilnærming som er spesielt vill egnet for å undersøke unøyaktig og inkonsekvent synkronisering i takt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. synkronisering oppgaver

  1. Utarbeidelse av instrumenter:
    1. Koble en standard MIDI rytmeinstrument til datamaskinen via en vanlig MIDI-grensesnitt.
      MERK: Datainnsamling er realisert via et MIDI elektronisk perkusjon instrument. Enheten tar det eksakte tidspunktet for finger kraner under motor synkronisering oppgaver.
    2. Åpne dedikert programvare for stimulans presentasjon og respons opptak.
      MERK: synkroniseringsoppgaven er implementert ved bruk av standard programvare for presentasjon av lydmateriale og registrering av data fra et digitalt MIDI musikkinstrument (med en nøyaktighet msek).
  2. Lydmateriale og Fremgangsmåte:
    1. Fra programvaregrensesnittet, velger pacing stimulus som skal brukes i synkroniseringsoppgaven mellom tre valg (isokron sekvens, musikk, og amplitude-modulerte støy erholdt fra bølge konvolutten av den musikalske stimulus).
      MERK: ISOChronous sekvens består av 96 isochronously presenteres toner (varighet = 30 ms). Den musikalske stimulus er en datagenerert piano versjon av et fragment av Radetzky March (Opus 228) av Johann Strauss som inkluderer 96 slag (slag = kvartal notat). Utdrag av de tre stimuli leveres som tilleggsmateriale til dette manuskriptet.
    2. Velg passende tempo for den valgte pacing stimulus (450, 600, eller 750 msek Inter-utbruddet-intervall (IOI) / Inter-beat-intervall (IBI)) som angitt i programvaren grensesnittet. Pass på at stimuli blir levert på et behagelig lydnivå over hodetelefoner.
    3. Spør deltakeren til å sitte i et stille rom foran dataskjermen.
    4. Spør deltakeren til å trykke på MIDI rytmeinstrument ved hjelp av pekefingeren på hennes eller hans dominerende hånd synkront med toner av isokron sekvens eller med de musikalske beats for mer komplekse stimuli (musikk eller støy). Instruere deltakelsent å tappe så regelmessig som mulig, uten å endre tappe rente, mens du synkroniserer med pace stimulans.
    5. Start stimulus presentasjon og opptak av kraner.
    6. Avslutte opptaket av kraner etter å presentere den siste tone eller musikalsk beat.
  3. Data Analysis:
    MERK: analysere data fra de synkroniserte tappe oppgaver ved hjelp av sirkulære statistikk 38,39. Denne fremgangsmåte er spesielt godt egnet for analyse av synkroniseringsdata 40,41; dessuten sirkulære statistikk er følsomme for individuelle forskjeller i timing evner og er derfor i stand til å avdekke tilfeller av dårlig synkronisering 2,40. Analysen prosedyren beskrevet nedenfor er implementert ved hjelp av Matlab programvare (ved hjelp av CircStat verktøykasse 39).
    1. Forvandle den tiden av kranene i forhold til pace stimuli i vinkler på enhetssirkelen (0-360 °) etter prosedyren angitt med Berens 39. 0 ° (som er ekvual til 360 °) tilsvarer tidspunktet for forekomsten av pace stimulus (dvs. lyder eller musikalske beats). Bruk følgende formel for å få vinkelen for hver springen gang: [vinkel (radianer) = 2 × π × (tid fra springen / IOI)]. Konvertere radianer til grader med circ_rad2ang funksjon 39.
    2. Plott vinklene oppnådd i tappeprøve som en fordeling av punkter på enhetssirkelen. Gjør dette ved å bruke circ_plot funksjon 39. Gi vinkler i radianer som argument for funksjonen for å vise tomten (se eksempel i figur 1).
    3. For hver tapping rettssak, bruke vinkler (prikker på sirkelen) for å beregne middelverdien resulterende vektoren R 38,39,42 (se figur 1). Bruk circ_mean 39 og circ_r 39 funksjoner, noe som tillater beregning av synkroniserings nøyaktighet og konsistens, henholdsvis.
    4. Compute synkroniserings nøyaktighet (dvs. i gjennomsnitt, hvor langt fra pacing stimulans deltakeren kraner i en synkronisert tappe rettssak), som tilsvarer vinkelen θ av vektor R. Bruk circ_mean funksjon 39. Gi vinkler i radianer som argument for funksjonen.
    5. Sende inn tappedata til Rayleigh-test 43 for å vurdere om fordelingen av punktene rundt sirkelen er tilfeldig, ved hjelp av circ_rtest funksjon 39. Gi vinkler i radianer som argument for funksjonen.
      MERK: I Rayleigh test, forkaster nullhypotesen (dvs. sirkulær ensartethet, tilfeldig fordelt prikker rundt sirkelen) dersom R vektorlengden er stor nok (for eksempel større enn 0,4), noe som indikerer at deltakerne tappet ved en gitt fase forhold med hensyn til pacing stimulans ovenfor sjanse. Bare når Rayleigh test er signifikant (dvs. når distribution prikker rundt sirkelen er ikke tilfeldig) synkronisering nøyaktighet kan være riktig tolket.
    6. Beregn synkroniserings konsistens (dvs. variasjon i avviket mellom tidspunktet for kraner og pacing stimuli), som svarer til lengden av vektoren R (fra 0 til 1). Bruk circ_r funksjon 39. Gi vinkler i radianer som argument for funksjonen.
      MERK: Konsistensen er en når alle kraner skje på nøyaktig samme tidsintervall før eller etter pace stimuli; konsistensen er 0 når kranene er tilfeldig fordelt rundt sirkelen.
  4. Evaluering av individuelle resultater:
    MERK: Sammenlign ytelsen til en deltaker til en normativ gruppe eller til en kontrollgruppe for å avdekke tilfeller av dårlig synkronisering nøyaktighet eller dårlig konsistens. For å utføre denne sammenligningen, kjøre en korrigert t-test 44 implementert i singlims datamaskin progrm ( http://homepages.abdn.ac.uk/j.crawford/pages/dept/SingleCaseMethodsComputerPrograms.htm ).
    1. Åpne singlims dataprogram. Tast gjennomsnittet og SD av synkroniserings nøyaktighet, og størrelsen på utvalget av det normative eller kontrollgruppen. Gi synkroniserings nøyaktighet for deltakeren å bli sammenlignet med den normative eller kontrollgruppen. Klikk på "Compute" knappen for å få resultatene av den korrigerte t-test.
      MERK: Deltakeren utført vesentlig dårligere enn det normative eller kontrollgruppen når den tosidige sannsynligheten for det korrigerte t-test er under 0,05.
    2. Tast gjennomsnittet og SD av synkroniserings konsistens og utvalgsstørrelse på det normative eller kontrollgruppen. Gi synkroniserings konsistens for deltakeren som er å bli sammenlignet med den normative eller kontrollgruppen.

2. Rhythm Perception Oppgaver (Anisochrony Detection)

  1. Utarbeidelse av instrumenter:
    1. Åpne dataprogram som brukes for å gjennomføre oppgavene de anisochrony gjenkjenning. Sørg for at nøklene til tastaturet er riktig satt til å ta deltakernes svar.
      MERK: rytme oppfatning oppgaver er implementert ved hjelp av standard programvare for å kjøre atferdseksperimenter (dvs. stimulans presentasjon og opptak av atferdsmessige responser).
  2. Lydmateriale og Fremgangsmåte:
    1. Velg stimulus (enten isokron stimulus eller musikk) som angitt ved programvaregrensesnittet. Velge riktig tempo (450, 600, eller 750 msek IOI / IBI) for det valgte stimulans. Pass på at stimuli blir levert i løpet av hodetelefoner med et behagelig lydnivå.
      MERK: Stimuli er basert på den samme auditive materialet som brukes i Synkroniserings oppgaver. Hver stimulus inkluderer bare åtte isochronously presenteres toner eller musikalske beats i stedet for 96. For hver stimulus type, er det en "endring" versjon (50% av forsøkene, n = 24) og en "ingen endring" versjon (50% av forsøkene, n = 24). I endrings stimuli, oppstår den nest siste lyd eller musikalsk rytme tidligere eller senere enn forventet (med 8, 12, eller 16% av sekvensen IOI / IBI) basert på forrige IOIs / IBIs. I ingen endring stimulans, de IOIs / IBIs er helt isokron.
    2. Instruere deltakeren til å sitte i et stille rom foran dataskjermen, lytte til stimulans og deretter dommeren, etter sin presentasjon, enten en endring i intervallet mellom stimuli eller beats (dvs. anisochrony) er til stede eller ikke. Oppmuntre deltakeren til å ta hensyn til hele sekvensen.
    3. Start stimulus presentasjon. Spør deltakeren til å svare ved å trykke på en av to taster på tastaturet (dvs. én tast for "change" eller den andre tasten for "neiendre "svar) etter presentasjonen av stimulus.
  3. Data Analysis:
    MERK: analysere data innhentet fra rytmen oppfatning oppgaven ved å beregne discriminability indeks (d ') på hvert nivå av endring (på 8, 12, 16% av IOI / IBI) og for hver IOI / IBI. Jo høyere d 'verdien er, desto større er følsomheten til anisochronies.
    1. Vurdere svarene (n = 48) ga av den enkelte deltaker for en gitt stimulus, innspilt i utdatafilen av programvaren brukes til å kjøre atferds eksperiment. Telle antall svar når anisochrony stede i stimulans er korrekt registrert. Beregn Hits rate (dvs. antall Hits / antall endrings stimuli).
    2. Telle antall svar når deltakeren rapportert en endring i intervallet mellom stimuli eller beats når det var ingen endring. Beregn False-Alarm (FA) rate (dvs. antall fotballforbund / antall nei-change stimuli).
    3. Beregne z -score for Hits hastighet og FA rate, bruker norminv Matlab-funksjonen (z-poeng = norminv (Treff rente eller FA rate)). Trekk fra z -score for FA sats fra z -score for Hits rate å få d '.
  4. Evaluering av individuelle resultater:
    MERK: Sammenlign ytelsen til en deltaker til en normativ eller kontrollgruppe for å avdekke tilfeller av dårlig rytme oppfatning. Når det gjelder resultatene av synkronisering oppgaver, utføre en korrigert t-test ved bruk av singlims dataprogram.
    1. Åpne singlims dataprogram. Tast gjennomsnittet og SD av d 'og utvalgsstørrelsen av det normative eller kontrollgruppen. Gi d 'verdi for deltakeren som er å bli sammenlignet med den normative eller kontrollgruppen.
      MERK: Deltakeren utført vesentlig dårligere enn det normative eller kontrollgruppen når to-tailed sannsynligheten for det korrigerte t-test er under 0,05.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Oppgavene som er beskrevet ovenfor har blitt brukt med suksess til å karakterisere timing evnene til personer uten musikalsk opplæring 2,34-36. I en fersk representativ studie på beat-døvhet to, ble en gruppe på 99 ikke-musikere (universitets studenter) skjermet ved hjelp av to enkle synkroniseringsoppgaver. Deltakerne synkronisert sin finger peke med en isokron sekvens og en musikalsk utdrag på et behagelig tempo (med en IOI / IBI på 600 ms). Ti av deltakerne viste spesielt dårlig synkronisering med minst en av de to stimuli og ble referert til som "dårlig" synchronizers. Disse deltakerne viste synkronisering nøyaktighet som merkelig med mer enn 2 SD fra gjennomsnittet av den screenede gruppen; synkronisering konsistens var lavere enn 2 SD fra gjennomsnittet for gruppen. De ble sammenlignet med en gruppe på 23 deltakere (kontroller) som ble tilfeldig valgt blant de studentene som ikke utviser dårlig synkronisering påscreening oppgaver. Fattige synchronizers og kontroller ble sendt til grundig testing med synkroniserings og rytme persepsjon oppgavene som er beskrevet her. Rekkefølgen på oppgaver og stimuli ble motvekts over deltakere.

Sekvenser for å tappe ganger samles inn synkroniseringsoppgaver servert å beregne synkronisering nøyaktighet og konsistens for fattige synchronizers og kontroller med ulike pace stimuli og på den annen IOI / IBIs. Midlere resultater for deres nøyaktighet og konsistens er illustrert i figur 2 og figur 3, henholdsvis. Disse dataene viser at både fattige synchronizers og kontroller betydelig forutse pace stimuli når banke sammen med en isokron sekvens. Dette fenomen, som er referert til som "betyr negativ asynchrony", er godt kjent i tappe studier 27,45. Bety negativ asynchrony tendens til å redusere eller forsvinne med stimuli (for eksempel musikk ogstøy) som er mer kompleks enn isochronously presenteres toner, en effekt som også rapportert i tidligere studier 45. Legg merke til at fattige synchronizers ikke skiller seg fra kontroller i form av nøyaktighet. Dermed gjør nøyaktigheten ikke ut til å være et mål som er følsom nok til å detektere takt døvhet eller dårlig synkronisering. Resultatene var mer avslørende når de vurderer synkronisering konsistens. Fattige synchronizers var betydelig mindre konsistent enn kontroller på tvers av alle stimuli og IOIs / IBIs. Denne forskjellen var mer betydelig når deltakerne tappet sammen med isokrone sekvenser og musikk sammenlignet med støy (på tvers tempi). Derfor er synkronisering konsistens svært følsom for synkroniserings underskudd og dermed representere en ideell tiltak for å avdekke og karakterisere individuelle forskjeller. Representative resultater fra den samme studien innhentet i rytme oppfatning oppgaver vises i Figur 4. Som sett, både i fattige synchronizers og kontrolls ble påvirket av mengden av endring i hørsels sekvens (dvs. større avvik i sekvensen er lettere å oppdage) i både isokrone stimuli og musikk. Virkningen av endringen var statistisk signifikant og er mer synlig ved raskere tempo. Men på gruppenivå, dårlig synchronizers ikke utføre verre enn kontrollene i perseptuelle oppgaven.

Resultatene oppnådd i disse sensorimotor oppgaver (synkronisering konsistens) og i rytmen persepsjon oppgaver resultatene ble brukt for å avdekke tilfeller av dårlig synkronisering. For å illustrere fremgangsmåten som brukes til å identifisere disse betingelser, ble de data som tas fra representativ studie videre analysert for å utføre en evaluering av individuelle forskjeller. I tabell 1 presenteres data for de 10 fattige synchronizers som ble identifisert i screeningtester. Når deltakerne presterer klart dårligere enn kontrollene på en av oppgavene, som bestemmes med korrigert t-tests 44, blir ikke verdiene av sine resultater presentert i tabellen. Cut-off score for å identifisere en deltaker som en dårlig samtidighet når det gjelder synkronisering konsistens var 0,92, 0,51, og 0,51 for isokrone sekvenser, musikk og støy, henholdsvis. De innhentet av de fattige synchronizers i rytme oppfatning oppgaver resultater ble også sammenlignet med kontroller prestasjoner. I rytmen oppfatning oppgaven med en metronom de avskårne innsnitt (d ') var 0,33, 1,38 og 1,84, for en 8%, 12% og 16% endring i varigheten (i forhold til sekvensen IOI), henholdsvis. Med musikk, cut-off score var 1,52, 1,98, og 2,10 for de tre endringer.

Denne enkle metoden som brukes til å analysere individuelle forskjeller i tidspunkt domene tillater oss å avdekke profilene til timing forstyrrelser (slå døvhet eller dårlig synkronisering). Ja, dårlig synkronisering kan eller ikke kan være ledsaget av mangelfull rytme oppfatning. Videre, enkeltpersonerviser vanskeligheter i synkronisering til rytmen kan utføre mer dårlig med en auditiv stimulus (f.eks musikk) enn med de andre stimuli (f.eks, en isokron sekvens). Representanten Studien avdekker ulike profiler på verdifall. For eksempel deltakere S2, S3, S8 og S9 viste dårlig synkronisering på tvers av de fleste av pace stimuli, samt svekket rytme oppfatning. Svekkelser i både perseptuelle og sensorimotor timing ble tidligere observert i studier på medfødt amusia 12,16. Deltakere S1 og S5 viste et annet mønster. De spilte på samme måte som kontroller i rytmen oppfatning oppgave, med d 'verdier under cut-off. Usvekket oppfatning i disse to deltakere ble bekreftet i andre oppgaver, for eksempel MBEA 2,15. Men S1 og S5 var fattige synchronizers, spesielt når peke med komplekse stimuli som musikk og amplitydemodulerte støy. For eksempel, S5 ytelse was ved en tilfeldighet når du synkroniserer kraner til støy (dvs. Rayleigh test var ikke signifikant) og like over sjanse med musikk (på sjanse med 750 msek IBI). Lignende resultater ble funnet for deltakerne S6 og S10. Merk at dette dissosiasjon mellom perseptuelle og sensorimotor timing ikke kan gjøres rede for ved svekket motorisk kontroll fordi deltakerne, på tross av deres dårlige synkronisering, var likevel i stand til å trykke på en spontan tempo, ligner på kontrollene. Til slutt, for enkelte deltakere (f.eks, S2, S5 og S6), dårlig synkronisering, i forhold til kontrollgruppen, kan selektivt bekymring bare én type stimuli (for eksempel komplekse stimuli som musikk eller støy, i motsetning til en metronom) . Oppsummert kan ulike profiler av midlertidige forstyrrelser bli avdekket med de nevnte oppgaver. Dette er spesielt relevant for å belyse mekanismene bak ulike midlertidige oppgaver, samt til å undersøke den gjensidige avhengigheten mellom disse mekanismene.


Fig. 1: Eksempel på fordelingen av trykk i en synkroniseringsprøve Den resulterende vektor R og dens retning (vinkel theta θ) er indikert. I eksemplet er vektorlengden = 0,95 og θ = -25 °. (Tilpasset fra Sowinski & Dalla Bella, 2013, med tillatelse.) 2 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: Synkronisering nøyaktighet for en gruppe av fattige synchronizers (n = 10) og kontroller (n = 23) med forskjellige pace stimuli på ulike IOI / IBIs 2 Forekomst av pace stimuli (f.eks toner o.r musikalske beats) tilsvarer 0 °. Negative vinkler viser at i gjennomsnitt deltakernes kraner forut pace stimuli (ledende), mens positive vinkler viser at disse kranene oppstå etter stimuli (lagging). Feilfelt angir Standard Feil av Mean (SEM). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3:. Synkronisering konsistens oppnådd i en tidligere studie for en gruppe av fattige synchronizers (n = 10) og kontroller (n = 23) med forskjellige pace stimuli på ulike IOI / IBIs to Konsistens går fra 0 (ingen synkronisering med en helt tilfeldig fordeling av trykk) til 1 (perfekt samsvar med trykk som forekommer på nøyaktig samme tidsintervall før eller etter t han pacing stimuli). Feilfelt angir SEM. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4: Resultater fra rytmen oppfatning oppgave (verdier av d ') oppnådd i en tidligere studie for en gruppe av fattige synchronizers (n = 10) og kontroller (n = 23) med isokron sekvens og med musikk på forskjellig IOI / IBIs . Feilfelt angir SEM. (Tilpasset fra Sowinski & Dalla Bella, 2013, med tillatelse.) 2 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

1table1.jpg "/>
Tabell 1: Oppsummering av de enkelte resultater som ble oppnådd i synkroniserings og rytme persepsjon oppgaver ved en gruppe på 10 fattige synchronizers verdier på de forskjellige tester er angitt bare når deltakerne utført betydelig dårligere enn kontrollene.. Deltakere som korrekt oppfattet avvik fra anisochrony på tross av sine dårlig synkronisering er markert med fet skrift. (Tilpasset fra Sowinski & Dalla Bella, 2013, med tillatelse.) 2. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne tabellen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Målet med den beskrevne metoden er å gi et sett av oppgaver og analysestrategier for å karakterisere timing evner til flertallet av individer og oppdage tilfeller av slag døvhet eller dårlig synkronisering. De kritiske trinn i protokollen involvere 1) oppsett av instrumentene som brukes for stimulans presentasjon og innsamling av finger tappe data og fagenes svar, 2) datainnsamling ved hjelp av to sett med oppgaver (synkronisering og rytme persepsjon), 3) analyse av synkronisering data med sirkulære statistikker og rytme oppfattelsesdata og 4) evaluering av individuelle resultater. Disse trinnene kan enkelt utføres av utdannede forskere. Dataanalyse er utført med Matlab programvare ved å gjennomføre trinnene som er beskrevet i vår protokoll. En grunnleggende kjennskap til sirkulære statistikker er nødvendig for korrekt tolkning av synkroniserings resultater.

Metoden har noen fordeler i forhold til de i eksisterendelitteratur 1,27,46. Først, er timing testet i oppgaver som involverer både persepsjon og handling, så vel som med tilsvar stimulus materiale. I de fleste tidligere studier, er sensorimotoriske synkronisering og varighet oppfatning vanligvis studeres uavhengig hjelp av en rekke oppgaver 1,27. Men det er indikasjoner på at persepsjon og handling i tid prosessering kan dissosierer hos pasienter med hjerneskade 8 eller slå døvhet 2, som tidligere observert i banen behandling 17,22-25. Det er viktig å benytte et sett av oppgaver som er i stand til å avdekke slike skiller uten å bli forspent av valget av auditive materialer. Oppgavene er foreslått i metodene illustrert her er vellykket i viser dissociations mellom persepsjon og handling i tid behandling. Men vi er klar over det faktum at ytterligere bekreftelse på dette dissosiasjon ville kreve testing av perseptuelle og sensorimotor timing med et bredere spekter av oppgaver, evaluating en rekke tidsstyringsevne. Dette målet kan oppnås ved hjelp av et batteri av tester, for eksempel BAASTA 35, samt ved å ta med tempoet tapping og anisochrony oppgaver deteksjons (ved hjelp av en maksimal sannsynlighet fremgangsmåte for beregning av deteksjonstersklene) og H-BAT 36. For det andre er synkronisering og persepsjon oppgaver utføres med både enkle og mer komplekse auditive materiale; den sistnevnte inneholder enten alle av elementene i et musikkstykke (f.eks, pitch og rytmisk struktur) utelukkende eller dets rytmiske funksjoner (dvs. amplitude-modulert støy). Variasjon i musikalsk materiale kan gi optimale forhold for å påvise nedsatt timing, noe som kan være begrenset til metriske behandling og slo utvinning ved behandling av komplekse rytmiske stimuli som musikk. Til slutt illustreres vi at sirkulære statistikkene er et verdifullt og relativt enkel fremgangsmåte som kan brukes for å analysere resultatene synkronisering, slik det er blitt vist i tidligerestuderer 2,40,41. Denne metoden har noen fordeler, noe som gjør det spesielt godt egnet til å avdekke og karakterisere individuelle forskjeller i sensorisk-synkronisering 2,40. Sirkulære statistikk krever ikke en en-til-en korrespondanse mellom kraner og pace stimuli, en tilstand som er sjelden møtt på deltakere som viser dårlig synkronisering. For eksempel, beat-døve personer, barn, og fattige synchronizers tendens til å utelate kraner eller produsere mer enn ett trykk som tilsvarer den samme pacing stimulans 40. Dette gjør beregningen av synkroniserings nøyaktighet umulig i mange tilfeller. Ved å ikke kreve en en-til-en korrespondanse mellom kraner og pace stimuli, sirkulære statistikk overvinne disse problemene, slik at alle kraner kan analyseres.

De representative resultatene fremhevet i denne artikkelen viser at et sett av atferdsmessige oppgaver med fokus på både sensorisk-synkronisering med finger tapping og oppdager uregelmessig (anisochrony) i rytmiske sekvenser er følsomme nok til individuelle forskjeller i perseptuelle og sensorimotor timing. Disse oppgavene og tiltak tillate tilfeller der perseptuelle timing dissosierer fra sensorimotor timing å bli oppdaget, som vist i en fersk studie fra vårt laboratorium 2. Vi forventer at bruken av disse oppgavene og metoder (for eksempel innenfor omfattende batterier av tester) for å undersøke systematisk perseptuelle og sensorimotor timing evner kan med hell utvides til populasjoner av pasienter med hjerneskade 47, nevrodegenerative sykdommer (f.eks Parkinsons sykdom) 11, 35, eller utviklingsforstyrrelser (f.eks Attention Deficit Hyperactivity Disorder) 48. En grundig vurdering av perseptuelle og sensorimotor timing i disse pasientgruppene har potensial til å bane vei for rehabiliteringsstrategier når timing evner ser ut til å spille en avgjørende rolle (for eksempel i rehabilitering av gangart i patients med Parkinsons sykdom via auditiv cueing) 49,50.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Grondin, S. The Psychology of Time. , Emerald, West Yorkshire. (2008).
  2. Sowiński, J., Dalla Bella, S. Poor synchronization to the beat may result from deficient auditory-motor mapping. Neuropsychologia. 51 (10), 1952-1963 (2013).
  3. Repp, B. H. Sensorimotor synchronization and perception of timing: Effects of music training and task experience. Hum. Mov. Sci. 29 (2), 200-213 (2010).
  4. Coull, J. T., Cheng, R. -K., Meck, W. H. Neuroanatomical and neurochemical substrates of timing. Neuropsychopharmacology. 36 (1), 3-25 (2011).
  5. Wing, A. M. Voluntary timing and brain function: An information processing approach. Brain Cogn. 48 (1), 7-30 (2002).
  6. Ivry, R. B., Spencer, R. M. C. The neural representation of time. Curr. Opin. Neurobiol. 14 (2), 225-232 (2004).
  7. Watson, S. L., Grahn, J. A. Perspectives on rhythm processing in motor regions of the brain. Mus. Ther. Perspect. 31 (1), 25-30 (2013).
  8. Fries, W., Swihart, A. A. Disturbance of rhythm sense following right hemisphere damage. Neuropsychologia. 28 (12), 1317-1323 (1990).
  9. Schwartze, M., Keller, P. E., Patel, A. D., Kotz, S. A. The impact of basal ganglia lesions on sensorimotor synchronization, spontaneous motor tempo, and the detection of tempo changes. Behav. Brain Res. 216 (2), 685-691 (2011).
  10. Wilson, S. J., Pressing, J. L., Wales, R. J. Modelling rhythmic function in a musician post-stroke. Neuropsychologia. 40 (8), 1494-1505 (2002).
  11. Allman, M. J., Meck, W. H. Pathophysiological distortions in time perception and timed performance. Brain. 135 (3), 656-677 (2012).
  12. Dalla Bella, S., Peretz, I. Congenital amusia interferes with the ability to synchronize with music. Ann. N. Y. Acad. Sci. 999 (1), 166-169 (2003).
  13. Phillips-Silver, J., et al. Born to dance but beat-deaf: a new form of congenital amusia. Neuropsychologia. 49 (5), 961-969 (2011).
  14. Launay, J., Grube, M., Stewart, L. Dysrhythmia: A specific congenital rhythm perception deficit. Front. Psychol. 5, 18 (2014).
  15. Peretz, I., Champod , A. S., Hyde, K. L. Varieties of musical disorders. The Montreal Battery of Evaluation of Amusia. Ann. N. Y. Acad. Sci. 999 (1), 58-75 (2003).
  16. Ayotte, J., Peretz, I., Hyde, K. L. Congenital amusia: a group study of adults afflicted with a music-specific disorder. Brain. 125 (2), 238-251 (2002).
  17. Dalla Bella, S., Giguère, J. -F., Peretz, I. Singing proficiency in the general population. J. Acoust. Soc. Am. 121 (2), 1182-1189 (2007).
  18. Peretz, I. Musical disorders: from behavior to genes. Curr. Dir. Psychol. Sci. 17 (5), 329-333 (2008).
  19. Peretz, I., Hyde, K. What is specific to music processing? Insights from congenital amusia. Trends in Cogn. Sci. 7 (8), 362-367 (2003).
  20. Hyde, K. L., Peretz, I. Brains that are out of tune but in time. Psychol. Sci. 15 (5), 356-360 (2004).
  21. Foxton, J. M., Nandy, R. K., Griffiths, T. D. Rhythm deficits in ‘tone deafness. Brain Cogn. 62 (1), 24-29 (2006).
  22. Dalla Bella, S., Giguère, J. -F., Peretz, I. Singing in congenital amusia. J. Acoust. Soc. Am. 126 (1), 414-424 (2009).
  23. Loui, P., Guenther, F., Mathys, C., Schlaug, G. Action-perception mismatch in tone-deafness. Curr. Biol. 18 (8), R331-R332 (2008).
  24. Griffiths, T. D. Sensory systems: auditory action streams. Curr. Biol. 18 (9), R387-R388 (2008).
  25. Dalla Bella, S., Berkowska, M., Sowiński, J. Disorders of pitch production in tone deafness. Front. Psychol. 2, 164 (2011).
  26. Berkowska, M., Dalla Bella, S. Uncovering phenotypes of poor-pitch singing: the Sung Performance Battery (SPB). SPB). Front. Psychol. 4 (714), (2013).
  27. Repp, B. H. Sensorimotor synchronization: a review of the tapping literature. Psychon. Bull. Rev. 12 (6), 969-992 (2005).
  28. Repp, B. H. Musical synchronization, and the brain. Music, motorcontrol. Altenmüller, E., Kesselring, J., Wiesendanger, M. , Oxford University Press. 55-76 (2006).
  29. Vorberg, D., Wing, A. Modeling variability and dependence in timing. Handbook of perception and action. Heuer, H., Keele, S. W. 2, Academic Press. 181-162 (1996).
  30. Wing, A. M., Kristofferson, A. B. Response delays and the timing of discrete motor responses. Percept. Psychophys. 14 (1), 5-12 (1973).
  31. Wing, A. M., Kristofferson, A. B. The timing of interresponse intervals. Percept. Psychophys. 13 (3), 455-460 (1973).
  32. Ivry, R. B., Hazeltine, R. E. Perception and production of temporal intervals across a range of durations: Evidence for a common timing mechanism. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 21 (1), 3-1037 (1995).
  33. Ehrlé, N., Samson, S. Auditory discrimination of anisochrony: influence of the tempo and musical backgrounds of listeners. Brain Cogn. 58 (1), 133-147 (2005).
  34. Iversen, J. R., Patel, A. D., et al. The Beat Alignment Test (BAT): Surveying beat processing abilities in the general population. Proceedings of the 10th International Conference on Music Perception and Cognition (ICMPC10. Miyazaki, K. , Causal Productions. Adelaide. 465-468 (2008).
  35. Benoit, C. -E., Dalla Bella, S., et al. Musically cued gait-training improves both perceptual and motor timing in Parkinson's disease. Front. Hum. Neurosci. 8, 494 (2014).
  36. Fujii, S., Schlaug, G. The Harvard Beat Assessment Test (H-BAT): A battery for assessing beat perception and production and their dissociation. Front. Hum. Neurosci. 7, 771 (2013).
  37. Schulze, H. H. The perception of temporal deviations in isochronic patterns. Percept. Psychophys. 45 (4), 291-296 (1989).
  38. Fisher, N. I. Statistical analysis of circular data. , Cambridge University Press. Cambridge. (1993).
  39. Berens, P. CircStat: a Matlab Toolbox for circular statistics. J. Stat. Soft. 31, 1-21 (2009).
  40. Kirschner, S., Tomasello, M. Joint drumming: social context facilitates synchronization in preschool children. J. Exp. Child Psychol. 102 (3), 299-314 (2009).
  41. Pecenka, N., Keller, P. E. The role of temporal prediction abilities in interpersonal sensorimotor synchronization. Exp. Brain Res. 211 (3-4), 505-515 (2011).
  42. Mardia, K. V., Jupp, P. E. Directional statistics. , John Wiley. New York. (1999).
  43. Wilkie, D. Rayleigh test for randomness of circular data. Appl. Stat. 32 (3), 311-312 (1983).
  44. Crawford, J. R., Garthwaite, P. H. Investigation of the single case in neuropsychology: Confidence limits on the abnormality of test scores and test score differences. Neuropsychologia. 40 (8), 1196-1208 (2002).
  45. Aschersleben, G. Temporal control of movements in sensorimotor synchronization. Brain Cogn. 48 (1), 66-79 (2002).
  46. Repp, B. H., Su, Y. -H. Sensorimotor synchronization: A review of recent research (2006-2012). Psychon. Bull. Rev. 20 (3), 403-452 (2013).
  47. Stewart, L., von Kriegstein, K., Dalla Bella, S., Warren, J. D., Griffiths, T. D. Disorders of musical cognition. Oxford Handbook of Music Psychology. Hallam, S., Cross, I., Thaut, M. , Oxford University Press. 184-196 (2009).
  48. Noreika, V., Falter, C. M., Rubia, K. Timing deficits in attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD): Evidence from neurocognitive and neuroimaging studies. Neuropsychologia. 51 (2), 235-266 (2013).
  49. Lim, I., et al. Effects of external rhythmical cueing on gait in patients with Parkinson's disease: a systematic review. Clin. Rehabil. 19 (7), 695-713 (2005).
  50. Spaulding, S. J., Barber, B., et al. Cueing and gait improvement among people with Parkinson's disease: a meta-analysis. Arch. Phys. Med. Rehabil. 94 (3), 562-570 (2012).

Tags

Atferd rytme timing synkronisering lidelser slo døvhet persepsjon og handling

Erratum

Formal Correction: Erratum: Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks
Posted by JoVE Editors on 09/01/2016. Citeable Link.

A correction to the Acknowledgements section was made in: Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks.

The Acknowledgements section has been updated from:

This research was supported by an International Reintegration Grant (n. 14847) from the European Commission to SDB and a grant from Polish Ministry for Science and Education to JS.

to:

This research was supported by an International Reintegration Grant (n. 14847) from the European Commission to SDB, and by a grant from Polish Narodowe Centrum Nauki (decision No. Dec-2011/01/N/HS6/04092) to JS.

Avdekke Beat døvhet: Oppdager rytmeforstyrrelser med Synkronisert Finger Tapping og Perceptual Timing Oppgaver
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dalla Bella, S., Sowiński, J.… More

Dalla Bella, S., Sowiński, J. Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks. J. Vis. Exp. (97), e51761, doi:10.3791/51761 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter