Waiting
Login processing...

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

Behavior

Testa Sensorisk och multisensorisk Funktion hos barn med Autism Spectrum Disorder

Published: April 22, 2015 doi: 10.3791/52677

Abstract

Förutom nedskrivningar i social kommunikation och förekomsten av begränsade intressen och repetitiva beteenden, är underskott i sensorisk bearbetning erkänns nu som ett kärn symptom i autismspektrumstörning (ASD). Vår förmåga att uppfatta och interagera med den yttre världen är rotad i sensorisk bearbetning. Till exempel, lyssnar på en konversation innebär bearbeta auditiv ledtrådar som kommer från högtalaren (tal innehåll, prosodi, syntax) samt tillhörande visuell information (ansiktsuttryck, gester). Kollektivt "integration" av dessa multisensoriska (dvs, kombinerat audiovisuella) bitar av information leder till bättre förståelse. Sådan multisensorisk integration har visat sig vara starkt beroende av den tidsmässiga förhållandet mellan de parade stimuli. Således stimuli som inträffar tidsmässigt nära närhet är mycket sannolikt att resultera i beteende och perceptuella fördelar - vinster tros vara reflekterande avperceptuella systemet dom av sannolikheten för att dessa två stimuli kom från samma källa. Förändringar i denna timliga integration förväntas kraftigt förändra perceptuella processer, och kommer sannolikt att minska förmågan att korrekt uppfatta och interagera med vår värld. Här är ett batteri av uppgifter för att karakterisera olika aspekter av sensoriska och multisensorisk temporal behandling hos barn med ASD beskrivs. Förutom dess användbarhet vid autism, har detta batteri stor potential för att karakterisera ändringar i sensorisk funktion i andra kliniska populationer, samt används för att undersöka förändringar i dessa processer i hela livslängd.

Introduction

Traditionell neurovetenskaplig forskning har ofta vänt sig förstå känselperceptionen genom att fokusera på de individuella sensoriska modaliteter. Men miljön består av ett brett spektrum av sensoriska ingångar som är integrerade i en enhetlig perceptuell syn på världen på ett till synes enkel sätt. Det faktum att vi existerar i en så rik multisensorisk miljö kräver att vi bättre förstå hur hjärnan kombinerar information över de olika sensoriska system. Behovet av denna förståelse förstärks ytterligare av det faktum att närvaron av flera bitar av sensorisk information resulterar ofta i betydande förbättringar i beteende och perception 1-3. Till exempel, det finns en stor förbättring (upp till 15 dB i signal-till-brusförhållande) i förmågan att uppfatta tal i en bullrig miljö om observatören också kan se talarens läpprörelser 4-7.

En av de viktigaste faktorerna sompåverkar hur de olika sensoriska ingångar kombineras och integreras är deras relativa tids närhet. Om två sensoriska signaler förekommer nära varandra i tiden, en tidsstruktur som föreslår gemensamt ursprung, de är mycket sannolikt att integreras, vilket framgår av förändringar i beteende och perception 8-12. En av de mest kraftfulla experimentella verktyg för att undersöka effekterna av multisensorisk tidsstruktur på beteende- och perceptuella svar är samtidig dom (SJ) uppgifter 13-16. I en sådan uppgift, är multisensorisk (t.ex. visuella och auditiva) stimuli paras vid olika stimulans debut asynchronies (SOA) som sträcker sig från objektivt samtidigt (dvs., En tidsmässig förskjutning av 0 ms) till mycket asynkron (t.ex. 400 ms). Deltagarna uppmanas att bedöma de stimuli som samtidigt eller inte via ett enkelt knapptryck. I en sådan uppgift, även när de visuella och auditiva stimuli presenteras på SOA 100 ms eller mer, ämnen rapporterar att paretvar samtidigt på en stor del av försöken. Fönstret tid där två ingångar kan uppstå och har en hög sannolikhet för att uppfattas som inträffar samtidigt kallas tids bindande fönstret (TBW) 17-19.

Den TBW är en mycket etologiska konstruktion, eftersom den representerar de statistiska regelbunden av världen omkring oss 19. "Fönstret" ger flexibilitet för specifikation av händelser med samma ursprung; en som möjliggör för stimuli som inträffar vid olika avstånd med olika utbredningstider (både fysisk och neurala) att fortfarande vara "bunden" till en annan. Men trots att TBW är en probabilistisk konstruktion, förändringar som expanderar (eller kontrakt) storleken på detta fönster kan ha kaskad och potentiellt skadliga effekter på uppfattningen 20,21.

Autismspektrumstörning (ASD) är en neuroutvecklingsstörning som har klassiskt diagnostiserats on grunden för underskott i social kommunikation och förekomsten av begränsade intressen och repetitiva beteenden 22. Dessutom, och som nyligen kodifierats i DSM-5, barn med ASD uppvisar ofta förändringar i sina svar på sensoriska stimuli. Snarare än att vara begränsad till en enda mening, dessa underskott omfattar ofta flera sinnen inklusive hörsel, känsel, balans, smak och syn. Tillsammans med en sådan "multisensorisk" presentation, individer med ASD uppvisar ofta brister i den temporala sfären. Sammantaget visar dessa observationer tyder på att multisensorisk tidsfunktion kan preferentiellt förändrad hos autism 17,23-25. Även samstämmig med utsikt över förändrad sensorisk funktion i ASD, kan förändringar i multisensorisk tidsfunktion också vara ett viktigt bidrag till underskotten i social kommunikation i ASD, med tanke på vikten av snabb och korrekt bindning av multisensoriska stimuli för sociala och kommunikationsfunktioner. Ta som ettn exempel tal utbytet som beskrivs ovan där viktig information finns i både auditiv och visuell modaliteter. I själva verket har dessa uppgifter använts för att påvisa signifikanta skillnader i bredd multisensorisk TBW i högfungerande barn med autism 26-28.

På grund av dess betydelse för normal perceptuell funktion, dess potentiella konsekvenser för högre ordningens processer såsom social kommunikation (och andra kognitiva förmågor) och dess kliniska relevans är ett batteri av uppgifter för att bedöma multisensorisk tidsfunktion hos barn med ASD beskrivs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Etik uttalande: Alla ämnen måste ge informerat samtycke före experimentet. Forskningen beskrivs här har godkänts av Vanderbilt University Medical Center Institutional Review Board.

1. Experiment Konfigurera

  1. Be deltagarna att slutföra de uppgifter i ett svagt upplyst, ljud kontrollerad rum.
    OBS: Tänk att genomföra en visuell schema 29,30 som en del av studiedesign. Även om varje uppgift i detta batteri är relativt kort, utföra flera uppgifter i rad kan orsaka trötthet hos vissa barn, både med typiska utveckling (TD) och med ASD. En visuell schema bör omfatta alla planerade aktiviteter (både arbetsuppgifter och hörsel / synundersökning), liksom korta pauser mellan arbetsuppgifter. Denna struktur kommer att bidra till en allmänt positiv forskningserfarenhet för deltagaren, och har även visat sig framkalla mer exakta svar på vissa arbetsuppgifter 31. Fäst en haka vila till bordet där deltagaren kommer att sitta medan slutföra uppgiften, med datorskärmen placeras 60 cm från deltagaren. Detta är för att säkerställa att de stimuli är samma intensitet för varje deltagare. Använd brusreducerande hörlurar eller högtalare för auditiv stimulans leverans.
  2. På grund av skillnader i individuella experimentella plattformar (ljudkort, grafikkort, operativsystem, etc.), verifiera stimulans varaktighet och stimulans debut asynchronies (SOA) med ett oscilloskop, solcell och mikrofon på varje dator för experimentet.
    OBS: Beroende på det enskilda plattform (t.ex. en långsam ljudkort), göra justeringar experimentet koden så att tidpunkten för stimulans presentation är korrekt.

2. Stimuli

  1. Generera 2 .wav eller MP4-filer med löptid på 16 msek (inklusive en 2-3 msek upp rampen och ner rampen) vid 500 Hz och 1000 Hz. Gör detta genom attspecificerar en sinusvåg av den önskade frekvensen med en gradvis ramp upp till full amplitud, följt av en ned ramp vid slutet av tonen. Spara sinusvåg som en auditiv fil. Testa volymen för varje ton med en ljudtrycksnivå mätare för att kontrollera att det spelas på 60 dB. Om högtalarna används för att presentera auditiva stimuli, bör ljudet testas på 60 cm avstånd från skärmen (där deltagaren ska sitta). Om hörlurar ska användas, mäta volymen direkt bredvid varje hörlur.
    OBS: Det är lättare att hålla datorn vid en standardvolym och justera volymen på tonen i enlighet därmed genom att justera den kod som används för att generera den stimulans eller en ljudredigeringsprogram.
  2. Skapa visuella stimuli genom att antingen specificera storleken och placeringen av blixten i experimentet koden, eller genom att generera en JPEG- eller bitmappsbild med en svart bakgrund och en vit ring centrerad kring en upptagning hårkors, och visning vid lämplig tidpunkt. Ställ varaktigav den visuella blixten på 16 ms i experimentet koden.
  3. Spela in tal stimuli från en infödd talare i ett tyst rum mot en vanlig vit bakgrund från axlarna upp med högtalaren i mitten av ramen. Notera de video stimuli med den högsta upplösningen videokamera tillgängliga. Alternativt kan allmänt tillgängliga stimulans videor utnyttjas om så önskas.
    OBS: Video och ljud i högtalaren säger stavelserna "ba" och "ga" krävs för detta experiment.
    1. Använda alla videoredigeringsprogram, exportera hörsel komponenten i varje spår och spara som en separat WAV-fil. Gör detta genom att gå in i exportinställningar och välj "wav ljudfil" från "Format" i rullgardinsmenyn. Kontrollera "Export Audio" och klicka sedan på "Exportera" till botten av fönstret Exportinställningar.
    2. Nästa, exportera visuell komponent (dvs, tyst video) av varje spår ettd spara som en separat .avi-fil. Gör detta genom att gå in i exportinställningar och välj "Okomprimerad AVI" från "Format" i rullgardinsmenyn. Kontrollera "Exportera video" och klicka sedan på "Exportera" till botten av fönstret Exportinställningar.
    3. Slutligen, ta bort hörsel komponenten i "ga" track och ersätta det med hörsel komponenten i "ba" väg att göra McGurk stimulans. För att göra detta väljer du ".avi" fil från skrivbordet till som videokälla genom att välja "Source", i det här fallet "ga_VOnly.avi". Likaså väljer den andra videon "ba_Aonly.avi". I Programförlopp menyn, se till att videon (V1) "Video 1" källa är "ga_VOnly.avi" och ljudet (A1) "Ljud 1" källa är "ba_Aonly.avi". Verifiera att uppkomsten av den visuella stimulus "ga" är tidsmässigt i linje med den auditiva stimulus "BA".
      OBS: Det är viktigt att de auditiva stimuli är exakt samma inspelning i både audiovisuella och auditiva endast stimulus (inte bara samma stavelse) så att den enda skillnaden mellan en audiovisuell "ba" och McGurk stimulans är videokomponenten. Detta kommer att säkerställa att man kan göra en korrekt jämförelse för att undersöka påverkan av den visuella stimulans på upplevda hörsel stavelsen.

3. Uppgift Batteri

OBS: Denna uppgift kräver att alla deltagare har möjlighet att förstå och följa muntliga instruktioner från försöksledaren.

  1. Se till att alla deltagare har normal syn genom att utföra en enkel screening före provning. Använd en Snellen öga diagram på 20 fot och be deltagaren att läsa varje rad med båda ögonen öppna (deltagarna kommer att visa stimuli med båda ögonen öppna). Anteckna lägsta linje som delicipants noggrant rapportera visuella stimuli. Deltagarna bör ha 20/40 syn eller bättre.
  2. Se till att alla deltagare har normal hörsel genom att testa hörtrösklar vid 500, 1000, 2000, och 4000 Hz i varje öra. Auditiv testning bör genomföras i en sund kontrollerad rum med en audiometer.
    1. För att hitta en deltagares tröskel, instruera deltagaren att räcka upp handen varje gång de upptäcker en ton. Spela en pulsad 500 Hz ton dirigeras till höger öra börjar vid 35 dB och sänka volymen i 5 dB-steg. När en deltagare inte längre upptäcker en ton, öka volymen i 5 dB-steg för att kontrollera lägsta märk volymen. Upprepa denna procedur med varje frekvens, och sedan upprepa alla tonfrekvenserna i vänster öra. Deltagarna bör ha trösklar på 20 dB eller lägre.
  3. Se till att deltagarna har möjlighet att förstå och följa muntliga instruktioner genom att mäta både IQ och receptiva språkkunskaper med standardiseradneuropsykologiska åtgärder före testning. Deltagarna bör ha en uppmätt IQ på 70 eller mer. Om så önskas, kan ytterligare neuropsykologisk testning fyllas vid denna tidpunkt.

4. Samtidighet Dom (SJ)

OBS: SJ uppgiften är en två alternativ forcerad val uppgiften (2-AFC) och består av en visuell ringen och 1000 Hz hörsel tonen presenteras vid olika SOA (negativt = auditiv föregående visuella, positivt = visuell förfarande auditiv) presenteras i slumpmässig ordning .

  1. Var noga med att inkludera ganska stor SOA (minst -400 till +400 ms) för att få en korrekt mätning av den fulla bredden av TBW (typiskt stimulans set: -400, -300, -200, -150, -100, - 50, 0, 50, 100, 150, 200, 300, 400 ms SOA). Använd samma uppsättning SOA för varje deltagare, vilket gör det enklare att jämföra uppgiften prestanda över deltagarna. Presentera minst 20 försök per SOA för en exakt uppskattning. Uppgiften tar ca 15-20 minuter att slutföra. Ge en kort paus var 100 försök att minska deltagaren trötthet.
  2. Instruera deltagaren att observera en blixt och en ljudsignal och förklara att deras uppgift är att besluta om blixten och pip inträffade samtidigt eller vid olika tidpunkter. Instruera deltagaren att trycka "1" på det numeriska tangentbordet, om de stimuli inträffade samtidigt, eller "2", om de stimuli inträffade vid en annan tidpunkt.
    OBS: Om ett svar box är tillgängligt, kan detta också användas för att samla in svar. Inkludera dessa samma instruktioner på svars skärmen efter varje försök.
  3. Som ett alternativ substitut blixten och pip med en visuell och auditiv tal token (mouthed "ba" och uttryckte "ba") och närvarande på samma SOA med samma uppgift instruktionen ("Samma tid eller annan tid?"). På detta sätt, jämför TBW för stimuli varierar i komplexitet och socialt innehåll inom enskilda ämnen27.

5. Temporal Order Dom (TOJ)

OBS: Hörsel TOJ uppgift är en 2-AFC uppgift används för att undersöka den tidsmässiga synskärpa av auditiv bearbetning. Den visuella TOJ uppgift är en 2-AFC uppgift används för att undersöka den tidsmässiga synskärpa av visuell bearbetning. Den multisensorisk TOJ uppgift är en 2-AFC uppgift används för att undersöka tids skärpa över audition och vision. Varje uppgift tar ca 10 - 15 minuter att slutföra.

  1. I hörsel TOJ uppgiften, instruera deltagaren att lyssna på pip två presenterade (500 Hz och 1000 Hz) vid olika fördröjningar och be deltagaren att trycka "1" om den högre tonen spelas först eller tryck "2" om den lägre tonen spelas först. Nuvarande 20 försök för varje SOA i slumpmässig ordning.
    OBS: Jämfört med SJ uppgiften finns det ett mycket mindre dynamiskt område av SOA över vilket uppfattning av unisensory auditiv och visuell tidsordning förändringar, därföre Använd en stimulans uppsättning där mindre SOA är hårdare representerade (typiskt stimulans set: -250, -200, -150, -75, -50, -35, -20, -10, 10, 20, 35, 50, 75 , 150, 200, 250 ms SOA, där negativt = högre ton föregående lägre ton, positivt = lägre tonen fortsätter högre ton) för de unisensory toj uppgifter.
  2. I den visuella TOJ uppgiften, instruera deltagaren att observera två cirklar (över och under en central fixering hårkors) vid olika fördröjningar och be deltagaren att trycka "1" om den översta cirkeln visas först eller tryck "2" om botten cirkeln visas först. Nuvarande 20 försök för varje SOA i slumpmässig ordning.
    OBS: I denna uppgift, negativa SOA visar att den övre cirkeln presenterades första och positiva SOA indikerar att botten cirkeln presenterades först.
  3. I den audiovisuella TOJ uppgiften, instruera deltagaren att observera en liten central blixt och lyssna på en enda ton (1000 Hz) vid olika fördröjningar och be deltagaren t o tryck på "1", om pip presenterades första eller tryck "2" om blixten presenterades först. Nuvarande 20 försök för varje SOA i slumpmässig ordning.
    OBS: Noggrannhet på det audiovisuella TOJ är typiskt mycket värre än den unisensory hörsel TOJ och visuella toj uppgifter. Detta kräver ett bredare spektrum av SOA jämfört med de unisensory toj uppgifter (typiskt stimulus uppsättning: -300, -250, -200, -150, -100, -80, -50, -20, 0, 20, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300). I denna uppgift, negativa SOA visar att hörsel presenterades först och positiv SOA indikerade att den visuella presenterades först.
    OBS: Som med SJ uppgiften kan TOJ uppgiften anpassas för att undersöka tids behandling över flera typer av stimuli. Här TOJ uppdrag avslutades med enkla stimuli (auditiv pip och visuella blinkar), men detta kan utökas för att titta på andra stimulansparen som tal och biologisk rörelse 24.
TLE "> 6. McGurk Task

OBS: McGurk illusionen består av en video om den visuella stavelsen "ga" paras ihop med en auditiv inspelning av stavelsen "ba". Många ämnen kommer faktiskt smälta de visuella och auditiva stavelser och uppfattar detta par som stavelsen "da" eller "tha" 32.

  1. Instruera deltagaren att observera olika stavelser och be deltagaren att rapportera stavelsen att de uppfattas. I ett kvarter nuvarande 20 försök vardera av de unisensory stavelser (hörsel endast stavelser (A- "ba", A- "ga") och visuella endast stavelser (V- "ba", V- "ga") i slumpmässig ordning. I ett andra block, nuvarande 20 försök vardera av de audiovisuella stavelser (AV- "ba", AV- "ga", och A- "ba" / V- "ga" McGurk stimulus) i slumpmässig ordning. Be deltagaren att trycka bokstaven på tangentbordet som motsvarar denupplevd stavelse ("trycker du på b för ba, tryck på g för ga, tryck på d för da, trycker du på t för tha"). Denna uppgift tar ca 5 - 10 min totalt att slutföra.
  2. En mer försiktig uppskattning består av ett öppet svar format 33 på vilket deltagaren redovisar högt den upplevda stavelse och svaret registreras av försöks.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Denna uppgift batteri har visat sig mycket framgångsrik i att mäta individuella skillnader i tidsmässig bearbetning hos individer med och utan ASD 17,18,23,27. För SJ uppgiften, rita resulterande data från varje enskild individ genom att först beräkna andelen svar på varje SOA det ämnet svarade "synkron" och sedan montera den resulteresponskurva med en Gauss kurva. Som illustreras i figur 1A, det finns ett tidsfönster där visuella-auditiva stimuli paren kan presenteras med en fördröjning och kommer att uppfattas som synkront på en hög andel rättegångar. Bredden på "vänster" (som täcker auditiv-första asynchronies) och "rätt" (som omfattar visuella-först asynchronies) sida av TBW mäts genom att beräkna bredden på fönstret från 0 ms till SOA på varje sida som motsvarar 50% synkrona svar (streckade linjer, Figur 1a). En robust slutsats över both TD deltagare och kliniska populationer är att rätt TBW (visuell först) är typiskt bredare än den vänstra (auditiv först) TBW. Deltagare med ASD visar också en bredare TBW än sina TD motsvarigheter (Figur 1B).

För toj uppgifter är data från varje enskilt ämne först ritas genom att beräkna andelen av svaren på varje SOA som "positiva" stimulans uppfattades som presenteras först (högre ton, botten cirkel, visuell blixt), och den resulterande svar kurvor från varje uppgift är lämpliga med en kumulativ Gauss kurva. Exempel toj kurvor från en enda TD ämne visas i figur 2. Medan prestanda på de unisensory toj uppgifter är mycket exakt för alla utom de minsta SOA (2A och 2B), bestämning temporal ordning över modaliteter är mycket svårare, som indexeras av en mycket mer grunt kurva (2C) och minskad precision (2D </ Strong>) för multisensorisk TOJ uppgiften. Poängen med subjektiva samtidighet (PSS) för varje ämne mäts genom att beräkna SOA där ämnen prestera på slumpen (se streckad linje, figur 2A-C). Utför en t-test för att avgöra om det finns skillnader mellan grupperna. För att jämföra prestanda mellan arbetsuppgifter eller över ämnen, beräkna noggrannheten vid varje SOA och tomt som en funktion av fördröjningen mellan stimulans paret (kollapsa över positiva och negativa SOA vid varje försening, se figur 2D). Vissa studier undersöker sensorisk bearbetning i ASD har hittat skillnader i toj uppgifter mellan ASD och TD grupperna 23,34, medan andra inte har observerat signifikanta skillnader mellan grupperna 27. Orsaken till dessa skillnader är oklar, även om hög heterogenitet mellan individer med ASD 35 och mindre skillnader i uppgift strukturer i dessa studier kan spela en roll.

McGurk uppfattninganalyseras genom att beräkna andelen prövningar som deltagaren uppfattade den fuserade percept "da" jämfört med det totala antalet försök som presenteras. Exempel resultat från McGurk uppgift visas för en ASD och TD ämne grupp i fig 3A. Även inom samma individ, kan svar på den stimulans ofta varierar från rättegången till rättegång, det är därför lämpligt att överväga fördelningen av dessa svar. Det finns för närvarande en debatt i litteraturen om skillnader i multisensorisk integration indexeras av McGurk uppfattning. Vissa grupper har funnit att TD ämnen har ökat McGurk uppfattning jämfört med ASD utsätter 27,36, medan andra har funnit att ASD individer hade högre McGurk uppfattning 37. En del av dessa skillnader kan förklaras av skillnader i McGurk stimulus som användes i varje studie. Vissa McGurk stimuli är "starkare" än andra (dvs, de är mer benägna att framkalla den illusoriska McGurk percept på en hög andel prövningar för ett ämne) än andra, som kan kvantifieras genom en nyligen modell av variabilitet McGurk uppfattning 38. Som ett exempel på nyttan av detta batteri, kan individuella skillnader i tidsmässig behandling (t.ex. bredd TBW) korreleras med prestandaskillnader på en perceptuell uppgift som McGurk illusionen (Figur 3B). Flera studier har observerat ett samband mellan tids synskärpa i SJ uppgiften och perceptuella skillnader i taluppfattning i McGurk uppgift och andra åtgärder av multisensorisk integration 18,27.

Figur 1
Figur 1. Samtidighet Dom (SJ) resultat. Representativa data från Simultaneity Dom (SJ) uppgift för en enda ASD ämne (ålder = 8) och en enda TD ämne (ålder = 9). (A (B) Inbyggt TBW kurvor för samma ASD ämne i blått och en enda TD ämne visas i rött. TD ämnet har en mindre TBW (vänster TBW = 166 ms, höger TBW = 196 ms) än ASD ämnet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2. Temporal Order Dom (TOJ) resultat. Representativa uppgifter från Temporal Order Dom (TOJ) uppgifter från en enda TD ämne (ålder = 15). (A) Rådata och anpassade kurvan för enuditory TOJ uppgift. Data plottas som funktion av lägre stigning första svaren över olika SOA (negativa SOA indikerar högre tonhöjd kom först, positiva SOA indikerar lägre tonhöjd kom först). (B) Rådata och anpassade kurvan för visuell TOJ uppgift. Data plottas som en funktion av botten cirkel första svaren hela SOA (negativa SOA indikerar topp cirkel kom först, positiva SOA indikerar botten cirkel kom först). (C) Rådata och anpassade kurvan för multisensorisk TOJ. Data plottas som funktion av visuell flash första svaren över SOA (negativ indikerar hörsel pip kom först, positiva SOA indikerar visuell flash kom först). (D) Samma uppgifter från AC ritas som den genomsnittliga noggrannhet (korrekt identifiering av temporal ordning) vid varje försening (kollapsade över negativa och positiva SOA). Klicka här för att visa b en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. McGurk Task resultat och jämförelse av McGurk prestanda med Samtidighet Dom prestanda. Representativa data från McGurk uppgift med ASD och TD ämnesgrupper, anpassat med tillstånd från 27. (A) Svar på McGurk stimulans för TD (visas i svart) och ASD (visas i rött) ämnen. På grund av variationen i svaren för samma stimulans både inom enskilda ämnen och över ämnen i en grupp, är svaren visas som procent av prövningar som uppfattades som varje fonem. ASD ämnen hörde hörsel stavelsen "ba" på en större andel av prövningar än TD ämnen, medan TD personer hörde smält audiovisuella stavelsen "da" på en större andel av prövningar än ASD ämnen. (B) Korrelation mellan bredden på tids bindande fönstret (TBW) från SJ uppgiften och andelen rättegångar där smält audiovisuella stavelsen "da" blev uppfattas från McGurk stimulans i samma grupp av ASD ämnen. Det var en signifikant negativ korrelation där den låga McGurk uppfattningen var korrelerad med en större TBW (r = 0,46, p <0,05). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Manuskriptet beskriver delar av en psykofysisk uppgift batteri som används för att bedöma tids bearbetning och skärpan på sensorisk och multisensoriska systemforskning. Batteriet har bred tillämplighet för ett antal populationer och har använts av vårt laboratorium för att karaktärisera audiovisuella tids prestanda i typiska vuxna 18, barn 10,39 och hos barn och vuxna med autism 17,23. Dessutom har den använts för att undersöka hur olika aspekter av batteriet förhåller sig till varandra i sambandsanalyser 27, och för närvarande används för att relatera sensoriska och multisensoriska prestationsmått till kognitiva domäner inklusive språk och kommunikation, uppmärksamhet och exekutiva funktioner. Det är viktigt att notera att den största begränsningen av denna uppgift batteri när det gäller att testa individer med ASD är att formatet på de uppgifter kräver att deltagarna har de receptiva språkkunskaper för att förståverbala instruktioner och visar denna förståelse. Som sådan, är uppgiften batteri närvarande endast lämplig för att testa högfungerande individer med ASD.

Betoningen av batteriet på tidsfaktorer är jordad i betydelsen av dessa faktorer för att bygga veridical sensoriska och perceptuella representationer. I multisensorisk sfären, är detta bäst fångas i konstruktionen av en multisensorisk "temporal bindande fönstret (TBW)," epoken av tiden där auditiv och visuella referenser kan starkt påverka varandra. Som tidigare föreslagits, är detta fönster en mycket ekologisk konstruktion, genom att sensoriska händelser och tillhörande energier sker på olika avstånd. Således står för skillnaderna i utbredningstider hörsel och visuella signaler, bedömer hjärnan audiovisuella tidsstruktur i förhållande till detta fönster, och därmed gör en sannolikhets bedömning av huruvida de stimuli hör ihop eller inte. Dessa data strongly argumentera för TBW som ett mått på tids skärpa och styrka multisensorisk integration, och faktiskt har det visats att bredden på fönstret verkar vara korrelerad med storleken av bindningsprocessen, med de med mindre fönster som har större index för integrering 18,27.

Förutom att vara en probabilistisk konstruktion över individer, är TBW också mycket beroende av stimulans och uppgift. Såsom betonas i batteriet presenteras här, multisensorisk tidsfunktion kan bedömas med hjälp av stimuli som sträcker sig från de mycket enkla och icke-ekologiska (t.ex. blinkar och piper) till mest etologiskt relevanta av audiovisuella signaler (dvs tal). Dessutom kan den TBW härledas från åtgärder inklusive samtidighet domar, tidsorder domar, uppfattning om illusoriska stimuli, etc. Därför den kollektiva användningen av uppgifter som skiljer sig i både sina stimulans och uppgiftsutsedda gerden mest omfattande fönster till audiovisuella tidsfunktion.

En individs TBW mäts genom att extrahera parametrar från en kurvanpassning till deltagarens rå prestanda från SJ uppgiften. Därför bör försiktighet iakttas för att undersöka enskilda försökspersonernas kurvan passar att den anpassade kurvan beskriver exakt rådata. Även en rad definitioner för att mäta bredden på TBW existerar i litteraturen föreslås att följande kriterier användas för att enkelt jämföra över ämnen samtidigt fånga individuella skillnader i prestanda. Först bör "vänster" och "höger" TBW mätas från 0 ms (objektivt auditiv ledande Asynkron kommunikation kontra visuella ledande Asynkron kommunikation) i motsats till den enskilde PSS (medelvärdet av den anpassade kurvan). För det andra bör bredden mätas vid 50% rapport synkrona prövningar (inte 50% av den maximala respons för det ämnet), fångarad asynchronies i vilka en individ rapporterade "samtidigt" för en majoritet av prövningar. Eftersom vissa ämnen rapporterar aldrig "Samtidigt" för mer än 75% av försöken på någon SOA, kommer detta att det största antalet ämnen som ska ingå i analysen.

Tillsammans med sin användbarhet i karakterisera multisensorisk tids funktion i "neurotypiska" befolkningar över hela livslängden, har inslag av den beskrivna uppgiften batteriet använts för att bedöma sensoriska och multisensoriska processer hos individer med ASD 26-28,37. Även känselstörningar har klassiskt förknippas med autism, är det först nyligen som dessa störningar har angett den diagnostiska folkmun, och att en starkare förståelse för hur förändrad multisensorisk funktionen kan bidra till autism fenotypen har vunnits. Faktum kärnan påverkat domäner i autism (dvs, social kommunikation) är representationer som är byggda pågrundval av multisensoriska processer, starkt tyder på att förändringar i dessa processer skulle kunna ha skadliga effekter på social kommunikation. Använda delar av tids batteriet beskrivs här, har det fastställts att multisensorisk tidsskärpan är sämre i autism, och att detta sämre prestanda är relaterad till talförståelse mäter 28. Pågående arbete försöker relatera olika aspekter av audiovisuella tids prestanda till en mängd kognitiva åtgärder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Oscilloscope
Photovoltaic cell
Microphone
Noise-cancelling headphones
Chin rest
Audiometer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Calvert, G. A., Spence, C., Stein, B. E. Handbook of Multisensory Processes. , MIT Press. (2004).
  2. Stein, B. E., Meredith, M. A. The Merging of the Senses. , 224 (1993).
  3. King, A. J., Calvert, G. A. Multisensory integration: perceptual grouping by eye and ear. Curr Biol. 11 (8), R322-R325 (2001).
  4. Stevenson, R. A., James, T. W. Audiovisual integration in human superior temporal sulcus: Inverse effectiveness and the neural processing of speech and object recognition. NeuroImage. 44 (3), 1210-1223 (2009).
  5. MacLeod, A., Summerfield, A. Q. A procedure for measuring auditory and audio-visual speech-reception thresholds for sentences in noise: rationale, evaluation, and recommendations for use. Br J Audiol. 24 (1), 29-43 (1990).
  6. Sumby, W. H., Pollack, I. Visual Contribution to Speech Intelligibility in Noise. J. Acoust. Soc. Am. 26, 212-215 (1954).
  7. Bishop, C. W., Miller, L. M. A multisensory cortical network for understanding speech in noise. J Cogn Neurosci. 21 (9), 1790-1805 (2009).
  8. Stevenson, R. a, Wallace, M. T. Multisensory temporal integration: task and stimulus dependencies. Exp Brain Res. 227 (2), 249-261 (2013).
  9. Colonius, H., Diederich, A., Steenken, R. Time-window-of-integration (TWIN) model for saccadic reaction time: effect of auditory masker level on visual-auditory spatial interaction in elevation. Brain Topogr. 21 (3-4), 177-184 (2009).
  10. Hillock, A. R., Powers, A. R., Wallace, M. T. Binding of sights and sounds: age-related changes in multisensory temporal processing. Neuropsychologia. 49, 461-467 (2011).
  11. Wallace, M. T. Unifying multisensory signals across time and space. Exp Brain Res. 158 (2), 252-258 (2004).
  12. Alais, D., Newell, F. N., Mamassian, P. Multisensory processing in review: from physiology to behaviour. Seeing Perceiving. 23 (1), 3-38 (2010).
  13. Conrey, B., Pisoni, D. B. Auditory-visual speech perception and synchrony detection for speech and nonspeech signals. J Acoust Soc Am. 119 (6), 4065-4073 (2006).
  14. Stevenson, R. A., Fister, J. K., Barnett, Z. P., Nidiffer, A. R., Wallace, M. T. Interactions between the spatial and temporal stimulus factors that influence multisensory integration in human performance. Exp Brain Res. 219 (1), 121-137 (2012).
  15. Wassenhove, V., Grant, K. W., Poeppel, D. Temporal window of integration in auditory-visual speech perception. Neuropsychologia. 45 (3), 598-607 (2007).
  16. Eijk, R. L. J., Kohlrauch, A., Juola, J. F., Van De Par, S. Audiovisual synchrony and temporal order judgments: Effects of exerpimental method and stimulus type. Percept Psychophys. 70 (6), 955-968 (2008).
  17. Foss-Feig, J. H. An extended multisensory temporal binding window in autism spectrum disorders. Exp Brain Res. 203 (2), 381-389 (2010).
  18. Stevenson, R. A., Zemtsov, R. K., Wallace, M. T. Individual differences in the multisensory temporal binding window predict susceptibility to audiovisual illusions. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 38 (6), 1517-1529 (2012).
  19. Wallace, M. T., Stevenson, R. A. The construct of the multisensory temporal binding window and its dysregulation in developmental disabilities. Neuropsychologia. 64C, 105-123 (2014).
  20. Hairston, W. D., Burdette, J. H., Flowers, D. L., Wood, F. B., Wallace, M. T. Altered temporal profile of visual-auditory multisensory interactions in dyslexia. Exp Brain Res. 166 (3-4), 474-480 (2005).
  21. Carroll, C. A., Boggs, J., O'Donnell, B. F., Shekhar, A., Hetrick, W. P. Temporal processing dysfunction in schizophrenia. Brain Cogn. 67 (2), 150-161 (2008).
  22. Kanner, L. Autistic Disturbances of Affective Contact. Nervous Child. 2, 217-250 (1943).
  23. Kwakye, L. D., Foss-Feig, J. H., Cascio, C. J., Stone, W. L., Wallace, M. T. Altered auditory and multisensory temporal processing in autism spectrum disorders. Front Integr Neurosci. 4, 129 (2011).
  24. Boer-Schellekens, L., Eussen, M., Vroomen, J. Diminished sensitivity of audiovisual temporal order in autism spectrum disorder. Front Integr Neurosci. 7, 8 (2013).
  25. Bebko, J. M., Weiss, J. A., Demark, J. L., Gomez, P. Discrimination of temporal synchrony in intermodal events by children with autism and children with developmental disabilities without autism. J Child Psychol Psychiatry. 47 (1), 88-98 (2006).
  26. Stevenson, R. A. Brief Report: Arrested Development of Audiovisual Speech Perception in Autism Spectrum Disorders. J Autism Dev Disord. 44 (6), 1470-1477 (2013).
  27. Stevenson, R. A. Multisensory temporal integration in autism spectrum disorders. J Neurosci. 34 (3), 691-697 (2014).
  28. Stevenson, R. A. Evidence for Diminished Multisensory Integration in Autism Spectrum Disorders. J Autism Dev Disord. 44 (12), 3161-3167 (2014).
  29. Hodgdon, L. Q. Teaching children with autism: Strategies to enhance communication and socialization. Quill, Q. A. , Delmar. 265-286 (1995).
  30. Bryan, L. C., Gast, D. L. Teaching on-task and on-schedule behaviors to high-functioning children with autism via picture activity schedules. J Autism Dev Disord. 30 (6), 553-567 (2000).
  31. Liu, T., Breslin, C. M. The effect of a picture activity schedule on performance of the MABC-2 for children with autism spectrum disorder. Res Q Exerc Sport. 84 (2), 206-212 (2013).
  32. McGurk, H., MacDonald, J. Hearing lips and seeing voices. Nature. 264, 746-748 (1976).
  33. Colin, C., Radeau, M., Deltenre, P. Top-down and bottom-up modulation of audiovisual integration in speech. European Journal of Cognitive Psychology. 17 (4), 541-560 (2005).
  34. Boer-Schellekens, L., Eussen, M., Vroomen, J. Diminished sensitivity of audiovisual temporal order in autism spectrum disorder. Front Integr Neurosci. 7 (8), (2013).
  35. Lenroot, R. K., Yeung, P. K. Heterogeneity within Autism Spectrum Disorders: What have We Learned from Neuroimaging Studies. Front Hum Neurosci. 7, 733 (2013).
  36. Irwin, J. R., Tornatore, L. A., Brancazio, L., Whalen, D. H. Can children with autism spectrum disorders 'hear' a speaking face. Child Dev. 82 (5), 1397-1403 (2011).
  37. Woynaroski, T. G. Multisensory Speech Perception in Children with Autism Spectrum Disorders. J Autism Dev Disord. 43 (12), 2891-2902 (2013).
  38. Magnotti, J. F., Beauchamp, M. S. The Noisy Encoding of Disparity Model of the McGurk Effect. Psychonomic Bulletin & Review. , (2014).
  39. Hillock-Dunn, A., Wallace, M. T. Developmental changes in the multisensory temporal binding window persist into adolescence. Dev Sci. 15 (5), 688-696 (2012).

Tags

Beteende Temporal bearbetning multisensorisk integration psyko datorbaserade bedömningar sensoriska underskott autismspektrumstörning
Testa Sensorisk och multisensorisk Funktion hos barn med Autism Spectrum Disorder
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Baum, S. H., Stevenson, R. A.,More

Baum, S. H., Stevenson, R. A., Wallace, M. T. Testing Sensory and Multisensory Function in Children with Autism Spectrum Disorder. J. Vis. Exp. (98), e52677, doi:10.3791/52677 (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