En semantisk Priming Event-relaterede potentielle (ERP) opgave at studere Lexico-semantisk og Visuo-semantisk behandling i autisme spektrum Disorder
Summary
Dette papir beskriver en semantisk priming ERP opgave bruger inden for modalitet par billeder og ord til at undersøge semantisk behandling hos personer med autisme spektrum forstyrrelse (ASF).
Abstract
Personer med autisme spektrum forstyrrelse (ASF) har karakteristiske underskud i at forstå betydningen af sprog eller semantisk behandling. Men nogle tyder på, at semantisk behandling af ikke-sproglige stimuli er intakt, tyder på, at semantisk underskud kan være sprogspecifikke. Passende kendetegner semantiske forarbejdning underskud hos personer med ASF, sammenligning af i-modalitet sproglige (fx skrevet ord) og ikke-sproglige (f.eks. billeder) stimuli er påkrævet. Dette papir beskriver en metode, der gør brug af en semantisk priming paradigme under samtidige optagelse af electroencephalographic (EEG) data. EEG giver en dynamisk måling af hjerneaktivitet, der er velegnet til at karakterisere subtile forskelle i semantisk behandling, der ikke kan iagttages på det adfærdsmæssige niveau. Den semantiske priming paradigme præsenterer en førsteklasses billede eller ordet (f.eks. hund) efterfulgt af et target billede eller ord, der er enten forbindelse (f.eks. kat) eller uafhængige (fx blyant) til prime. Dette paradigme kan således bruges til at evaluere semantisk behandling på tværs af forskellige modaliteter og sammenligne lexico-semantisk og visuo-semantisk behandling evner hos personer med ASF og hvordan de kan afvige fra TD individer. De specifikke trin involveret i oprettelse af stimuli, udfører EEG afprøvning og analyse af EEG data diskuteres. Repræsentative resultater illustrerer, hvordan komponenten N400 event-relaterede potentiale (ERP) er reduceret følgende semantisk relaterede prime-target par i forhold til ikke-forretningsmæssigt forbundne par. Sammenligninger af N400 mellem betingelser, modaliteter og grupper kan give et skøn over succesen af semantisk behandling, og kan dermed bruges til at karakterisere semantiske underskud hos personer med ASF eller andre kliniske populationer.
Introduction
Forskere i kognitiv psykologi har længe været interesseret i hvordan folk forstår betydningen af sprog. Sprogbehandling indebærer en sekvens af trin af stigende kompleksitet, fra brev og ordet anerkendelse, semantisk behandling, at syntaktiske parsing. Semantisk behandling vedrører adgang til betydningen af en stimulus, det være sig et ord, billede eller lyd. Efter tidlige trin af oprindelige ordet anerkendelse, adgang til en ord der betyder eller semantik, er et afgørende skridt i sprogbehandling. Semantiske integration refererer til processen med at integrere betydningen af stimuli til at forstå deres relationer og er afgørende for højere niveau sprog behandling såsom forståelse sætninger. Ikke blot gør betydningen af hvert ord i en sætning skal tilgås, men betydninger af hvert enkelt ord skal integreres for at danne en sammenhængende forståelse af sætning mening eller “kernen”.
Personer med autisme spektrum forstyrrelse (ASF) har ofte betydelige underskud i sprog forståelse1. Der er nogle beviser for at disse vanskeligheder skyldes underskud i semantisk behandling og integration2,3,4. Men, andre undersøgelser har antydet, at personer med ASF ikke viser semantiske forarbejdning underskud når materialer er præsenteret i ikke-sproglige (fx, visuelle eller auditive) modaliteter3,5,6 . Disse resultater tyder på, at semantisk forarbejdning underskud i ASD kan begrænses til sproglige (dvs., skrevet eller talt) modaliteter. Som sådan kan tilgange som kontrast forskellige modaliteter giver indblik i omfang som semantisk forarbejdning underskud er domæne-specifikke eller tegn på en udbredt behandling stil. Formålet med dette papir er at beskrive en metode til sammenligning af semantisk behandling mellem forskellige modaliteter ved hjælp af en semantisk priming opgave under samtidige elektrofysiologiske optagelse.
Den semantiske priming paradigme har en lang historie i forskning undersøger hvordan semantisk behandling påvirkninger lavere niveau ordet anerkendelse7,8. I traditionelle semantiske priming opgaver, et førsteklasses ord er præsenteret (fx, kat) efterfulgt af et mål ord, der er enten semantisk relaterede (f.eks. hund) eller uafhængige (f.eks. bog) til prime. En sådan opgave sker ofte i forbindelse med en leksikalsk beslutning opgave, således at deltagerne bliver bedt om at afgøre, om målet ord er et rigtigt ord eller ikke. Andre paradigmer kan have deltagerne udføre en semantisk kategorisering opgave på target ordet, eller dømme, hvorvidt de to stimuli er relateret eller ej. Uanset den konkrete opgave, har årtiers beviser fastslået, at reaktionstider (RTs) er hurtigere til målet ord, der er semantisk relateret til prime i forhold til dem, der er uafhængige.
Denne “semantisk priming effekt” er blevet tilskrevet en række mekanismer i teoretisk konti7,8. En er, priming effekt skyldes automatisk sprede aktivering via den semantiske netværk, således at hentning af førsteklasses ordet betydningen aktiveres betydningen af andre semantisk relaterede ord, herunder target ordet. Dette reducerer derefter den nødvendige tid til semantisk aktivering af target ordet. En anden teoretisk mekanisme er, at deltagerne af forventede, som postulerer at ser prime ordet, generere en forventet sæt af potentielle mål. Målet ord, der er inkluderet i dette sæt er derefter anerkendt hurtigere. Endelig har andre postuleres eksistensen af en post leksikalsk mekanisme af semantiske matching, der fastslår eksistensen af en semantisk relation mellem premierminister og target ordet. Uanset de specifikke mekanisme bag virkningen, kan semantisk priming være et nyttigt indeks af semantisk behandling og integration. Dette paradigme er heller ikke begrænset til leksikale stimuli, og kan også bruges til at undersøge semantiske priming af ikke-sprog stimuli som billeder9 samt cross-modalitet semantiske priming (f.eks. mellem ord og billeder)3.
Semantiske priming effekter har været godt undersøgt i den psycholinguistic litteratur, og er blevet undersøgt med hensyn til typen af prime-mål forbindelserne, timingen af prime og mål præsentation og mange andre manipulationer8. De elektrofysiologiske korrelerer af denne effekt har også været godt karakteriseret10. Electroencefalografi (EEG) er en metode til registrering af neurale aktivitet via ændringer i elektriske aktivitet måles på hovedbunden. EEG er en nyttig valg af metode til en semantisk priming paradigme, fordi det har meget god tidsmæssige opløsning (størrelsesordenen millisekunder, ms) og kan dermed give subtile forskelle i semantisk behandling mellem betingelser eller grupper selv i mangel af adfærdsmæssige effekter eller svar.
Event-relaterede potentialer (ERPs) er tid-låst ændringer i EEG, som opstår som reaktion på et specifikt stimulus eller adfærd. Afhængigt af timing og polaritet af svaret er forskellige komponenter af ERP reflekterende af forskellige aspekter af kognitiv behandling. Komponenten til N400 er en veletableret markør for semantisk behandling og semantisk integration11,12 (selv om flere andre fortolkninger findes10,13). N400 amplitude er reduceret, når semantiske integration er lettere (såsom når prime og mål i en semantisk priming paradigme er semantisk relaterede) i forhold til når semantiske integrationen er vanskeligere (f.eks. når to ord er ikke-forretningsmæssigt forbundne). Vigtigere, er amplitude forskellen mellem beslægtede og ikke-forretningsmæssigt forbundne betingelser (dvs. “N400 effekten”) ikke specifikke for sprog. N400 virkninger er også observeret i ikke-sprog modaliteter, som svar på par af semantisk relaterede og ikke-forretningsmæssigt forbundne billeder eller miljømæssige lyde14,15,16,17. N400 er således et nyttigt ERP komponent med henblik på den nuværende paradigme fordi det kan bruges som en modalitet-uafhængige skøn af semantisk behandling og integration evner.
Personer med ASD viser reduceret eller fraværende semantiske grunding og N400 virkninger i svar til sprog stimuli2,3,4, foreslår svækkelser i semantisk behandling. Sådanne virkninger er blevet fundet i svar til visuo-semantisk og audio-semantisk stimuli3,5,6, udlån støtte til påstanden om, at semantisk behandling er selektivt nedsat for sprog stimuli. Men de fleste tidligere undersøgelser sammenligner modaliteter har brugt cross-modalitet priming, således at prime-target par indeholder en leksikalsk stimulus. I betragtning af det forslag, at personer med ASF har underskud i semantisk behandling af sproget stimuli, kan sådan cross-modalitet stimuli have påvirket resultaterne. For at undersøge virkelig om semantisk behandling af sproget selektivt nedsat hos personer med ASF, skal inden for modalitet par af leksikalsk og ikke-leksikalsk stimuli bruges. I en nylig undersøgelse, Coderre et al. 6 fastsat den første direkte sammenligning af inden for modalitet ord og billede semantiske priming at undersøge semantiske forarbejdning underskud hos voksne (i alderen 18-68) med ASD. Deltagere med ASF og typisk udvikle (TD) deltagere set på par af billeder og ord og blev bedt om at vurdere, om stimuli var relateret eller ikke. Under denne semantiske priming opgave, blev deres hjerneaktivitet optaget ved hjælp af EEG. Ved at sammenligne N400 virkninger mellem grupper og modaliteter, forudsat dette paradigme indsigt i karakteren af semantisk behandling hos personer med ASF.
Formålet med dette papir er at beskrive den semantiske priming ERP metodologi af Coderre et al. 6. selv om dette paradigme blev i første omgang gennemføres for at studere semantisk behandling hos voksne med ASF, det kan være nyttigt for enhver der ønsker at udforske de neurale korrelerer lexico-semantisk og visuo-semantisk behandling, enten i TD eksperimentatorer enkeltpersoner eller i specifikke kliniske populationer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den nuværende papir har rapporteret kritiske trin i udviklingen af en semantisk priming ERP paradigme med billede og ord stimuli for at udforske semantiske forarbejdning underskud hos personer med ASF. Store skridt omfatter oprettelse af stimuli, programmering opgaven og udfører EEG test og analyser. Den mest tidskrævende del af denne procedure er tilbøjelige til at være oprettelse af stimuli, da dette kræver omhyggelig matcher både mellem og inden for stimulus par, betingelserne og retningslinjerne på variabler …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Udviklingen af dette paradigme blev støttet af den terapeutiske kognitiv neurovidenskab fond og Benjamin og Torbens Miller familie indskudte om aldring og Alzheimers og autisme forskning.
Materials
| EEG system | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | Geodesic EEG system (GES) 400 system: Net Amps 400 amplifier, NetStation 5.3, 128-channel HydroCel Geodesic Sensor nets | |
| Potassium chloride | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | ||
| Plastic bucket | Electrical Geodesics, Inc. (EGI) | EGI provides a plastic bucket for mixing electrolyte but any clean container can be used | |
| Baby shampoo | Johnson's | ||
| GNU Image Manipulation Program (GIMP) |
References
- Tager-Flusberg, H., Paul, R., Lord, C. Language and communication in autism. Handbook of Autism and Pervasive Developmental Disorders. , 335-364 (2005).
- Kamio, Y., Robins, D., Kelley, E., Swainson, B., Fein, D. Atypical Lexical/Semantic Processing in High-Functioning Autism Spectrum Disorders without Early Language Delay. Journal of Autism and Developmental Disorders. 37, 1116-1122 (2007).
- McCleery, J. P., Ceponiene, R., Burner, K. M., Townsend, J., Kinnear, M., Schreibman, L. Neural correlates of verbal and nonverbal semantic integration in children with autism spectrum disorders. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 51 (3), 277-286 (2010).
- Dunn, M. A., Gaughan, H., Kreuzer, J., Kurtzberg, D. Electrophysiologic correlates of semantic classification in autistic and normal children. Developmental Neuropsychology. 16 (1), 79-99 (1999).
- Kamio, Y., Toichi, M. Dual access to semantics in autism: is pictorial access superior to verbal access?. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 41 (7), 859-867 (2000).
- Coderre, E. L., Chernenok, M., Gordon, B., Ledoux, K. Linguistic and Non-Linguistic Semantic Processing in Individuals with Autism Spectrum Disorders: An ERP Study. Journal of Autism and Developmental Disorders. 47 (3), 795-812 (2017).
- Neely, J. H. Semantic priming effects in vidual word recognition: A selective review of current findings and theories. Basic processes in reading: Visual word recognition. 11, 264-336 (1991).
- McNamara, T. P. . Semantic priming: Perspectives from memory and word recognition. , (2005).
- McPherson, W. B., Holcomb, P. J. An electrophysiological investigation of semantic priming with pictures of real objects. Psychophysiology. 36, 53-65 (1999).
- Kutas, M., Federmeier, K. D. Thirty years and counting: Finding meaning in the N400 component of the event-related brain potential (ERP). Annual Review of Psychology. 62, 621-647 (2011).
- Kutas, M., Hillyard, S. Reading Senseless Sentences: Brain Potentials Reflect Semantic Incongruity. Science. 207 (4427), 203-205 (1980).
- Lau, E. F., Phillips, C., Poeppel, D. A cortical network for semantics: (de)constructing the N400. Nature Reviews Neuroscience. 9 (12), 920-933 (2008).
- Brouwer, H., Fitz, H., Hoeks, J. Getting real about Semantic Illusions: Rethinking the functional role of the P600 in language comprehension. Brain Research. 1446, 127-143 (2012).
- Barrett, S. E., Rugg, M. D. Event-Related Potentials and the Semantic Matching of Pictures. Brain and Cognition. , 201-212 (1990).
- Hamm, J. P., Johnson, B. W., Kirk, I. J. Comparison of the N300 and N400 ERPs to picture stimuli in congruent and incongruent contexts. Clinical Neurophysiology. 212, 1339-1350 (2002).
- Ganis, G., Kutas, M., Sereno, M. I. The search for "common sense": an electrophysiological study of the comprehension of words and pictures in reading. Journal of Cognitive Neuroscience. 8 (2), 89-106 (1996).
- Nigam, A., Hoffman, J. E., Simons, R. F. N400 to Semantically Anomalous Pictures and Words. Journal of Cognitive Neuroscience. 4 (1), 15-22 (1992).
- Coltheart, M. The MRC psycholinguistic database. Quarterly Journal of Experimental Psychology. 33A, 497-505 (1981).
- Brysbaert, M., New, B. Moving beyond Kucera and Francis: A critical evaluation of current word frequency norms and the introduction of a new and improved word frequency measure for American English. Behavior Research Methods. 41 (4), 977-990 (2009).
- Davies, M. . The Corpus of Contemporary American English: 450 million words, 1990-present. , (2009).
- Zuccolotto, A. P., Roush, R. E., Eschman, A., Schneider, W. . E-Prime 2.0 Getting Started Guide. , (2012).
- Duncan, C. C., et al. Event-related potentials in clinical research: Guidelines for eliciting, recording, and quantifying mismatch negativity, P300, and N400. Clinical Neurophysiology. 120 (11), 1883-1908 (2009).
- Tools, P. S. . E-Prime Extensions for Net Station 2.0 User Manual. , (2014).
- Electrical Geodesics Inc. . Net Station 5 User Manual. , (2017).
- Tanner, D., Morgan-Short, K., Luck, S. J. How inappropriate high-pass filters can produce artifactual effects and incorrect conclusions in ERP studies of language and cognition. Psychophysiology. 52 (8), 997-1009 (2015).
- Dien, J. Issues in the application of the average reference: Review, critiques, and recommendation. Behavior Research Methods, Instruments, and Computers. 30 (1), 34-43 (1998).
- Dien, J., Franklin, M. S., May, C. J. Is "Blank" a suitable neutral prime for event-related potential experiments?. Brain and Language. 97, 91-101 (2006).
- Franklin, M. S., Dien, J., Neely, J. H., Huber, E., Waterson, L. D. Semantic priming modulates the N400, N300, and N400RP. Clinical Neurophysiology. 118 (5), 1053-1068 (2007).
- Luck, S. J. . An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , (2005).
- Groppe, D. M., Urbach, T. P., Kutas, M. Mass univariate analysis of event-related brain potentials/fields I: A critical tutorial review. Psychophysiology. 48, 1711-1725 (2011).
- Tanner, D., Van Hell, J. G. ERPs reveal individual differences in morphosyntactic processing. Neuropsychologia. 56, 289-301 (2014).
- D’Arcy, R. C. N., et al. Electrophysiological assessment of language function following stroke. Clinical Neurophysiology. 114 (4), 662-672 (2003).
- Pérez Velázquez, J. L., Galán, R. F. Information gain in the brain’s resting state: A new perspective on autism. Frontiers in Neuroinformatics. 7 (37), 1-10 (2013).
- Davis, G., Plaisted-Grant, K. Low endogenous neural noise in autism. Autism. 19 (3), 351-362 (2015).
- Ledoux, K., Coderre, E. L., Bosley, L., Buz, E., Gangopadhyay, I., Gordon, B. The concurrent use of three implicit measures (eye movements, pupillometry, and event-related potentials) to assess receptive vocabulary knowledge in normal adults. Behavior Research Methods. 48 (1), 285-305 (2016).
- Matson, J. L., Shoemaker, M. Intellectual disability and its relationship to autism spectrum disorders. Research in Developmental Disabilities. 30 (6), 1107-1114 (2009).
