Waiting
Login processing...

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

Behavior

En Elektrofysiologi protokol til foranstaltning belønning forventning og behandling hos børn

Published: October 4, 2018 doi: 10.3791/58348
Automatic Translation
1, 2
1Graduate School of Education, University of California, Riverside, 2Psychology Department, University of California, San Diego

Summary

Denne protokol er designet til at måle belønning forventning og behandling hos unge børn med og uden autisme. Protokollen er specialdesignet til at studere de neurale korrelerer belønning under sociale og nonsocial betingelser mens kontrollerende belønning mellem betingelser.

Abstract

Vi præsenterer en protokol, der er designet til at måle de neurale korrelerer belønning hos børn. Protokollen gør det muligt for forskere at måle både belønning forventning og forarbejdning. Dens formål er at oprette en belønning, der passer til små børn med og uden Autisme mens kontrollerende belønning egenskaber mellem to betingelser: sociale og nonsocial. Den nuværende protokol giver mulighed for sammenligninger af hjerneaktivitet mellem sociale og nonsocial belønning betingelser samtidig med at belønningen, selv identiske mellem betingelser. Ved hjælp af denne protokol, fandt vi beviser at neurotypical børn udviser forøget foregribende hjerneaktivitet under den sociale tilstand. Desuden fandt vi, at neurotypical børn foregribe sociale belønning mere håndfast end børn med autisme diagnoser. Da opgaven bruger snacks som belønning, er det mest hensigtsmæssigt for små børn. Men protokollen kan være tilpasset til brug med en teenager eller voksen befolkning hvis snacks er erstattet af monetære incitamenter. Protokollen er designet til at måle elektrofysiologiske begivenheder (event-relaterede potentialer), men det kan være tilpasset til brug med eye-tracking eller fMRI.

Introduction

Autisme spektrum forstyrrelse (ASF) er en udviklingsmæssige handicap karakteriseret ved funktionsnedsættelse i social kommunikation (verbal og non-verbal) og begrænsede interesser og gentagne adfærd1. I betragtning af at ASD er hypotese for at være neurologisk baseret2,3, er det ikke overraskende, at neurovidenskab forskning involverer børn med ASD er blevet meget udbredt i det seneste årti. Selvom mange teorier om hjernen grundlaget for ASD er blevet foreslået, er en i særdeleshed, der har høstet betydelig forskning opmærksomhed den sociale motivation hypotese4. Kort, den sociale motivation hypotese hedder det, at børn med ASD deltage i mindre social interaktion end deres typisk udvikle (TD) peers fordi social interaktion ikke er som givende for dem. Chevallier et al. giver en gennemgang af den sociale motivation hypotese5. Fordi denne hypotese relaterer direkte til belønningssystem, har specielt om systemet i ASD er lydhør over for sociale oplysninger, flere studier undersøgt de sociale belønningssystem i ASD6,7, 8 , 9 , 10 , 11 , 12. resultaterne fra disse undersøgelser har været uenig med nogle at give beviser at belønningssystem i ASD er hypoaktiv til både sociale og nonsocial oplysninger, og andre tyder på, at belønning systemet fungerer typisk for nonsocial oplysninger, men er hypoaktiv på sociale stimuli. En potentiel årsag til disse inkonsistente resultater vedrører stimuli og metodik i protokollerne. Det er vanskeligt at matche social og nonsocial belønninger i en eksperimentel sammenhæng; for eksempel, flere undersøgelser har brugt et billede af en smilende ansigt som den sociale belønning, og nonsocial belønningen er monetære (f.eks., at få penge, efter at forsøget er komplet7,8,11). Selvom undersøgelserne giver et vigtigt fundament for fremtidig forskning, er det vanskeligt at afgøre, hvorvidt resultaterne vedrører forskelle i social versus nonsocial belønning lydhørhed i ASD eller hvis de er på grund af forskelle mellem belønning betingelser.

Den nuværende protokol er designet til at undersøge belønning systemet i højt-fungerende børn med ASD ved hjælp af Elektrofysiologi. Hvis du vil udforske forskellene mellem børn med og uden ASD baseret på belønning forventning, blev forud for stimulus negativitet (SPN) målt. SPN-indstillingen er en sen-bølge komponent, der afspejler en forventning om en belønning incitament13. Betydningen af SPN er typisk konceptualiseret som følelsesmæssig forventning14,15,16 og menes at være afspejlet af aktivitet i insula17,18. SPN er ofte målt efter deltagerne udføre en motor respons og før feedback indsættende under en besluttende opgave19,20. SPN-indstillingen er følsomme over for belønning størrelsesorden og er konsekvent større i belønning versus ikke-belønning betingelser15,16,21. Selvom SPN er typisk måles under beslutningsprocessen opgaver, har forskere rapporteret, at SPN kan observeres, når Foregribelse affektive kommende stimuli uden hvilken som helst opgave22,23,24. En kritisk formålet med den nuværende protokol er at udføre en eksperimentel opgave hvor belønninger mellem sociale forhold og nonsocial matches for at eliminere potentielle tilintetgør. Et andet mål er at teste unge børn mellem 6 og 11 år gammel. Derfor, protokollen kan tjene som en alderssvarende belønning opgave, at børn kan finde engagerende uden at blive frustreret.

Protocol

Procedurer, der involverer menneskelige deltagere blev godkendt af den menneskelige emne forskning etiske udvalg/institutionelle Review Board på University of California, Riverside og University of California, San Diego.

1. stimuli forberedelse

Bemærk: De procedurer, der er beskrevet nedenfor er specifikke for et kommercielt tilgængelige redigering suite (Se Tabel af materialer); dog kan andre photo editing software helt sikkert bruges.

  1. Der laves en række følelsesmæssige ansigt fotografier25 kategoriseret i to ansigtsudtryk (glad og trist). Ved hjælp af tidligere indsamlet adfærdsmæssige bedømmelser, vælge fotografier med meget præcise følelser ratings (i hvilke over 80% af deltagerne identificeret følelser korrekt)25.
    Bemærk: I vores protokol, der var 33 valgte voksen ansigter (18 kvinder, 15 mand). Af de 18 kvinder, 9 er kaukasiske, 4 er afroamerikaner og 5 er asiatiske amerikanske. Af de 15 mænd, 9 er kaukasisk, 6 er afroamerikaner og er ingen asiatiske amerikanske. I dette tilfælde har fotos allerede blevet beskåret og placeret på en hvid baggrund. Det er vigtigt at bemærke, at NimStim række facial gengivelser blev bedømt og normeret af voksne25. Det er således muligt at børn eller unge kan opfatte ansigtsudtryk anderledes end voksne der normeret billederne.
  2. Standardisere de følelsesmæssige udtryk stimuli
    1. Bruger et fotoredigeringsprogram suite, redigere fotografier for at være i gråtoneskala og derefter gemme dem (i den software, der anvendes her, dette gøres ved at vælge billede | Mode | Gråtoner).
    2. Sørg for, at beslutningen er 72 pixels/inch og at fil bredde er 8,5 inches og højde er 11 inches.
    3. Ved hjælp af en lineal, ændre bredden af fotografi (i pixel) indtil ansigt foranstaltninger 11 cm fra ydersiden af håret på den ene side på ydersiden af håret på den anden side, og 14 cm fra starten af hårgrænsen til bunden af hagen.
  3. At skabe forvrængede ansigt pil stimuli
    1. Download "scramble" plugin (http://telegraphics.com.au/sw/product/Scramble).
    2. Uddrag ZIP og flytte det til "plug-ins" inde den redigering suite application folderen.
    3. Opret en "tilpasset form" i indstillinger figur i fotoredigeringsprogram. Sørg for, at figuren er en pil.
    4. Åbn den følelsesmæssige ansigt billeder et ad gangen. Brug markeringsværktøjet til at vælge kun ansigt og ikke baggrunden.
    5. Vælg Filter | Telegraphics | Scramble | OK.
    6. Vælg vindue | Lag (dette skal producere en "lag" vinduet til side).
    7. Dobbeltklik på baggrunden, og derefter klikke på ok og omdøbe den til lag 0 (helst navn er fint).
    8. Højreklik på figur -værktøjet i den venstre menu advokatstanden og vælge brugerdefineret pilefiguren.
    9. Træk pilefiguren ind i midten af det forvrængede billede.
    10. Brug Ctrl + T at trække pilen til midten af billedet og justere størrelsen, så det er det samme som ansigt billede (f.eks., 11 x 14 cm).
    11. Brug værktøjet vinkel for at for glade ansigter pilen vender opad og til triste ansigter pilen vender nedad.
    12. Klik på lag 0 eller navnet givet i trin 1.3.7.
    13. Vælg lag | Gruppe med tidligere.
    14. Klik på Vælg-all | Rediger | Kopi fusionerede.
    15. Opret en ny fil med pilen på en hvid baggrund ved at vælge fil | Ny. Den nye fil skal være 8,5 x 11 tommer med en opløsning på 72 pixels/inch.
    16. Opspare filer.
      Bemærk: Efter disse gemmes, skal der være fotografier af personer med trist udtryk, glade udtryk og de kodede versioner. Scrambled fotografiet med opad peger pilen er nonsocial billedet for glad, og scrambled fotografiet med nedad peger pilen er nonsocial billedet for trist.
  4. Opretter belønning billeder
    1. Find et billede af en goldfish krakker (uden noget andet i rammen) og henter det til computeren.
    2. Åbn goldfish krakker billede i et fotoredigeringsprogram suite og redigere det for at være i gråtoneskala.
    3. Opret to goldfish krakker billeder: 1) et i gråtoner og 2), der er krydset ud (f.eks., har en omkringliggende cirkel/oval med en streg midt igennem).
    4. Ved hjælp af kopi | Indsæt, placere billeder af intakt goldfish krakker omkring de glade billeder (f.eks. både opad peger pilen og smilende mennesker).
    5. Ved hjælp af kopi | Indsæt, placere billeder af krydsede-out goldfish krakker omkring de triste billeder (f.eks. både nedad peger pilen og rynker mennesker).
  5. Forberede stimuli i Elektrofysiologi (EEG) præsentation software
    1. Opret to blokke af stimuli i en EEG præsentation softwarepakke. En blok vil være sociale (f.eks. billeder af smilende og rynker ansigter) og den anden vil være nonsocial (f.eks. billeder af opad og nedad overfor pile).
    2. Pseudo-randomisere rækkefølgen af stimuli i hver blok sådan at ingen billede forekommer mere end én gang i træk, og sådan at deltageren ikke se mere end tre trist/nedad mod pile eller glad/opad mod pile i rækken.
    3. Opsætning af hvert forsøg skal indeholde følgende: en fiksering på tværs; 2 kasser med spørgsmà ¥ lstegn (deltageren vil bruge Tryk på en knap til at angive et valg mellem den venstre og højre boks); en pil, der peger til boksen deltager choses via tryk på knap; og feedback (stimuli oprettede ovenfor).
      Bemærk: Selvom deltagerne vælger den venstre eller højre boks, om rette (fx glade ansigt eller opad modstående pil omgivet af intakt guldfisk) eller forkert (f.eks. trist ansigt eller nedad mod pilen omgivet af krydset guldfisk) feedback vist er forprogrammeret ved randomisering beskrevet taktfast 1.5.2. Således kan deltagere føle at de gætter rigtigt eller forkert, men i virkeligheden berører valget ikke hvilken feedback billede er vist.
    4. Få vist hvert forsøg, baseret på varigheder, der er følgende: 1) fiksering cross for 500 ms, 2) to kasser med spørgsmålstegn inde for 3000 ms, 3) to kasser med spørgsmålstegn inde, med en pil, der peger mod boksen valgt af deltageren til 2000 ms, og 4) feedback (< C34>e.g., ansigt eller forvrænget ansigt billeder) 1000 ms Se figur 1.
      Bemærk: Hvis deltagere ikke formår at reagere (via knaptryk) inden for 3000 ms, de retssag slutter, og den næste retssag begynder. Den forventede visuelle vinkel er en horisontal visuelle vinkel på 14,5 ° og lodret visuel synsvinkel 10,67 °.

2. adfærdsmæssige procedurer

  1. Rekruttere deltagere med og uden ASD diagnoser baseret på retningslinjerne for institutionelle Review Board.
  2. Administrere kognitive tests (fx Wechsler forkortet skala af intelligens, WASI26) til alle deltagerne til at bekræfte, at børn har kognitive scores inden for lav-gennemsnit til gennemsnitsintervallet (f.eks. en fuldskala IQ af mindst 70) .
    Bemærk: Det blev fastslået, at børn med fuldskala IQs under 70 sandsynligvis ville have svært ved forstå og huske opgave retninger. Derfor blev en IQ cut-off af 70 valgt som en ekskluderende kriterium for deltagelse.
  3. For deltagere med en tidligere diagnose af ASD, administrere autisme diagnostisk observation tidsplan (anden udgave, ANTIDOPINGORGANISATIONER-2)27 at bekræfte deres berettigelse.

3. EEG optagelse

  1. Opsætning af deltagerne.
    1. Sikre, at hver deltager sidder i en behagelig stol i en svagt oplyste rum og justere stolen, så individer er 72 cm væk fra computerskærmen. Give en kort tutorial om proceduren.
      Bemærk: I denne undersøgelse, var deltagere sagde følgende: "du vil spille en gætteleg - ligesom pick-a-side, undtagen på computeren. Du vil se 2 kasser med spørgsmålstegn i dem, og derefter skal du bruge denne knap for at vælge, om du tror, højre eller venstre boks er den rigtige. Hvis du tror, den venstre boks er den rigtige, skal du trykke på den venstre knap. Hvis du tror, boksen til højre er den rigtige, skal du trykke på den højre knap. Når du vælger, kan du se boksene med spørgsmålstegn og en pil i midten viser som du plukket. Derefter kan du se hvis du fik det rigtige. For hver enkelt du får ret, får du 1 goldfish krakker. Hvis du ikke kan lide guldfisk, kan du handle for frugt snacks. Når du får det rigtige, vil du se en ring af goldfish crackers. Det betyder, at du får en goldfish krakker! Når du får det forkert, vil du se en ring af overstreget goldfish crackers. Når du får det forkert, du mister ikke nogen guldfisk, du bare ikke vil få nogen tid. Computeren vil holde styr på hvor mange guldfisk du får, og derefter jeg vil give dig, at mange efter vi er alle gjort. " Efter tutorial, bede deltagerne, "Ok, så hvad vil du gøre?" efterfulgt af, "Hvad vil du se, når du får det rigtige?" og "Hvad vil du se, når du får det forkert?" til at bekræfte, at de forstår opgaven. Hvis de ikke synes at forstå, forklare det igen, indtil de er i stand til at besvare spørgsmålene korrekt.
  2. Bruge en EEG cap med 32 Ag/AgCl elektroder i internationale 10-20-systemet med ekstra lodret (VEOG) og vandret (HEOG) elektroder til at fange øjet bevægelse.
  3. Måle deltagerens hoved for at afgøre hvilken størrelse cap er relevante for hoved størrelse.
  4. Fælles landbrugspolitik ved hjælp af en stump kanyle, pre gel ved at indsprøjte ledende gel til elektroderne.
  5. Tilslut EEG cap til forstærkeren med et low-pass filter på 70 Hz, en direkte koblede højpas (DC) filter, en 60Hz notch filter og 500 Hz samplingfrekvens.
  6. Passe EEG cap til deltagerens hoved, sådan at "Cz" elektrode er placeret i midten af hovedbunden (f.eks. i midten af nasion til inion) efter 10-20-systemet.
  7. Bruger en afrundede nål eller sterile træpind, swirl inde elektrode til at flytte noget hår og tillader gel til at kontakte hovedbunden.
  8. Bruge en impedans meter (eller EEG computer) for at sikre, at impedans er under 10 KΩ for en lav impedans system og under 50 KΩ for en høj impedans system.
  9. Når alle elektroder på fælles landbrugspolitik viser acceptable impedans niveauer, placere elektroder HEOG og VEOG. Placer HEOG elektroder på øjenkrog af hvert øje, og VEOG elektroder over og under øjet.
  10. Hvis nogen elektroder har impedans niveauer over de acceptable grænseværdier nævnt ovenfor, registrere dem i en notesbog eller på computeren.
  11. Begynd de eksperimentelle blokke, ligevægtig rækkefølgen af blokke (fx sociale og nonsocial) mellem deltagerne. Sikre at EEG computer optagelse, EEG computer og optagelse computer synkroniseres, og begivenhederne sendes korrekt.
  12. Give deltagerne 30-sekunders pauser efter hver 15 forsøg (ca hver 2-3 minutter) til at tillade dem at flytte rundt hvis nødvendigt.
    Bemærk: Selvom ingen eksplicit retninger blev givet til børn med hensyn til bevægelighed, deltagerne blev bedt om at bruge pauser til at "få wiggles", "få nogle energi", eller at udføre andre bevægelser, de ville.
  13. Mellem blokkene, give deltagerne en længere pause (ca. 5 minutter). Efter hver blok, har deltagerne udfylde et 4-spørgsmål Likert skala om hvor meget de nød den gætte spil og hvor ofte de følte, de kunne få korrekte svar.
  14. Når begge blokke er afsluttet, og deltagerne har udfyldt begge Likert spørgeskemaer, tage ud af EEG hætten og tillade dem at vaske hår.
    1. Yde betaling (eller en tilsvarende "præmie") til deltagerne og deres familier.
    2. Rengøre og sterilisere EEG cap.

4. behandling EEG Data

Bemærk: De procedurer og kommandoer er beskrevet i dette afsnit er specifikke for EEGLAB og ERPlab værktøjskasser28.

  1. I ERPlab, filtrere EEG data ved hjælp af en high-pass filter af.01 Hz og low-pass filter på 30 Hz.
  2. Kassér (i ERPlab) eller interpolere (i EEGLAB) dårlig kanaler, der synes at have høj impedans og/eller var problematisk under optagelse (f.eks. mistede kontakt med huden under optagelse).
  3. Ved hjælp af EEG kanal operationer GUI (i ERPlab), igen referere EEG data ved hjælp af gennemsnittet af de venstre og højre mastoid elektroder (mastoid elektroder blev valgt som reference på grund af ikke at have en tæt elektrode-array; i så fald, eksperter foreslå undertiden at bruge gennemsnitlige reference29, og fordi du bruger gennemsnit af begge mastoid elektroder er mindre problematisk for lateralitet effekter versus en enkelt mastoid30).
  4. Hvis du bruger gennemsnit af mastoid elektroder for re henvisninger, skal disse to elektroder give et klart signal. Hvis enten mastoid elektrode har en dårlig kvalitet signal (f.eks. med høj impedence) eller tabt kontakt med huden under optagelse, ikke bruger deltagerens data til analyse.
  5. Brug rullemenuen EVENTLIST i ERPlab til at oprette en EEG Eventlist, og tilknytte koder fra stimulus computer til placeringer ved hjælp af BINLISTER.
  6. Ved hjælp af dropdown-menuen uddrag bin-baserede epoker i ERPlab, segment kontinuerlig EEG data i stimulans-låste epoker og baseline korrekt. For at måle den stimulus-forud negativitet (SPN), bruge epoke fra-2200 til 100 ms (baseline af-2200 til-2000 ms). For at måle belønning forarbejdning eller efter stimulus hjerneaktivitet, kan bruge epoke fra-200 til 800 ms (baseline af-200 til 0 ms).
  7. Afbilde data i EEGlab, og mark og kassér epoker, der synes at indeholde ikke-øjet blinker artefakter (fx støjgener eller motor bevægelse).
  8. Vælg Kør ICA på de epoched data.
  9. Afbilde de uafhængige komponenter (Vælg Plot | Komponent aktiveringer) og identificere eventuelle artefakter fra øjenbevægelser og blinker.
  10. Fjerne komponenter identificeret som øjenbevægelser eller øjet blinke artefakter. For at kontrollere, at de komponenter, der er markeret til fjernelse er ansvarlig for øjenbevægelser, skal du vælge plot enkelt retssag data til at visualisere data med de identificerede komponenter fjernes. Når den blinker og øjenbevægelser er fjernet, acceptere fjernelse af de identificerede komponenter.
  11. ERPlab værktøjer, Vælg artefakt afvisning i epoched data | Flytte vinduet top til top procedure. I den aktuelle undersøgelse, blev en 200 ms flytte vinduet, 100 ms vindue trin og 150 mV spænding tærskel udnyttet.
  12. Beregne de gennemsnitlige ERPs. Sørg for at bruge de standardindstillinger, som stat, som alle epoker markeret til fjernelse vil blive kasseret fra den gennemsnit ERP.
  13. For at analysere gennemsnitlige hjerneaktivitet forekommer før igangsættelsen af stimuli, bør udvinding (i trin 4.11) forekomme i løbet af de sidste 200 ms før stimulus debut (f.eks. -210 til-10 ms) fra elektroder af interesse.
    1. Forud for stimulus negativitet (SPN), elektroderne på interesse omfatte: F3/F4, C3/C4, P3/P4 og T5/T6 (Bemærk, at i nogle systemer, tidsmæssige elektroder i denne region er mærket T6/T7 eller T3/T4).
      Bemærk:-210 til-10 ms blev valgt i denne protokol i stedet-200 til 0 ms til at undgå forurening af hjerneaktivitet ikke er relateret til SPN (f.eks. i begyndelsen af neurale aktivitet når feedback stimuli er vist på 0 ms).
  14. Hvis du vil eksportere numeriske data til analyse, bruge ERP måleværktøj.
    Bemærk: Dette værktøj giver mulighed for forskere at angive latency amplitude oplysninger tidsvinduer af interesse og elektroder af interesse. Amplitude kan beregnes som den lokale peak i en given tidsvindue, eller som den gennemsnitlige amplitude af en given tidsvindue.
  15. Download de numeriske data som en .txt-fil. Efter behov, eksportere data til excel eller kopiere og indsætte det i et statistisk analyse program (fx SPSS eller JMP).

5. forarbejdning forskelle for ERSP analyse

  1. Begynde med den fil oprettet i trin 4.11 (fx epoched filen med alle artefakt afvisning procedurer komplet).
  2. Udnyt EEGlab "newtimef" plug-in for at få en tid x frekvens Transformer med værdier for hver tidspunkt, frekvens og forsøg.
  3. For at måle foregribende alpha band aktivitet, beregne de gennemsnitlige værdier fra 8 til 12 Hz.
  4. Beregn den gennemsnitlige aktivering før feedback debut (f.eks. -2200 til-100 ms med baseline af-2200 til-2000 ms) i de samme elektroder anvendes til SPN.
  5. For at beregne alpha asymmetri før feedback, subtrahere log magt i den venstre hjernehalvdel fra højre hjernehalvdel.
    Bemærk: For at beregne ERSP aktivering efter feedback debut, data nødt til at være re-analyseres og igen grupperet i epoker ved hjælp af et andet tidspunkt vindue (f.eks. -200 til 800 ms med baseline af-200 til 0 ms).

6. den statistiske analyse

  1. Indsæt den numeriske data udtrukket i afsnit 4 (trin 4.11 og 4.12) i et statistisk program (fx SPSS eller JMP).
  2. Udføre gentagne foranstaltninger ANOVA i den statistiske software til de gennemsnitlige værdier af ERPs at sammenligne hjerneaktivitet mellem hjernehalvdele (venstre, højre), elektrode positioner (central frontal, tidsmæssige, parietal), betingelser (ansigt, pil) og grupper (autisme spektrum forstyrrelse, typisk udvikle).
    Bemærk: Halvkugle, elektrode placering og tilstand er inden for emner faktorer, og gruppen er en faktor, mellem fag.
    1. Hvis halvkugle eller elektrode placering ikke er statistisk signifikant, kollaps på tværs for fremtidige analyser.
    2. Hvis forholdet mellem adfærdsmæssige foranstaltninger (fx ANTIDOPINGORGANISATIONER sværhedsgraden score) og ERPs er af interesse, korrelation analyser kan køres.

Representative Results

Designe forsøg til systematisk sammenligne hjerneaktivitet med sociale versus ikke-sociale belønning stimuli er kompleks på grund af den iboende vanskeligheder i sidestille sociale og ikke-sociale belønninger. Figur 1 repræsenterer stimuli fra en forsøgsplan, der er designet til at undersøge neurale svar til belønning mens kontrollerende for belønning egenskaber. Specifikt, dette paradigme var designet til at (i) holde belønninger overensstemmelse mellem sociale og nonsocial forsøg, (ii) kontrol for fysiske stimulus egenskaber mellem sociale og nonsocial forsøg, og (iii) være alderssvarende for 6 til 11-årige børn med og uden autisme.

Figur 2 viser ERP svar som deltagerne foregribe sociale og ikke-sociale stimuli. Det skal bemærkes, at fordi den nuværende protokol var designet til at måle belønning forventning (SPN), de viste epoker er i vid udstrækning før feedback debut (som opstår på 0 ms i tallene). Disse resultater tyder på, at udvikle (TD) børn typisk foregribe belønning stimuli ledsaget af ansigter mere håndfast end børn med ASD. Desuden, selvom TD børn foregribe ansigt stimuli betydeligt mere end ikke-face stimuli, børn med ASD åbenbart viser ikke væsentlige forskelle i hjerneaktivitet mellem betingelser.

Figure 1
Figur 1 : Skematisk af stimulus præsentation og timing. Feedback for den sociale (ansigt) betingelse er vist i kolonnen til venstre. Feedback til betingelsen nonsocial (ikke-ansigt) er vist i kolonnen til højre. Feedback til "rigtige" svar er vist på toppen, og feedback til "forkerte" svar er vist nedenfor. Dette tal er igen trykt med tilladelse12. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Grand gennemsnit bølgeformer for TD børn og personer med ASD fra SPN i svar til sociale/ansigter (venstre) og nonsocial/pile (til højre). TD børn er repræsenteret af en massiv streg og børn med ASD med en stiplet linje. Området mellem-210 og -10 ms, brugt til statistisk analyse, er fremhævet med en grå boks. Dette tal er ændret fra en tidligere publikation6. Venligst klik her for at se en større version af dette tal. 

Discussion

Den nuværende artikel beskriver stimuli, dataindsamlingsprocessen og analyse af ERP data i en belønning paradigme for børn. I dette paradigme leger børnene gætteleg svarende til pluk en hånd på den computer og se feedback om, hvorvidt deres gæt er rigtige eller forkerte. ERP resultaterne for belønning forventning (hjerneaktiviteten før igangsættelsen af feedback) var i overensstemmelse med den forud for stimulus negativitet (SPN). Mellem betingelser tyder resultaterne på, at TD børn foregribe belønning stimuli ledsaget af ansigter mere kraftigt end belønning stimuli ledsaget af ikke-ansigt billeder6. Mellem grupper af børn tyder resultaterne på, at TD børn foregribe ansigt stimuli betydeligt mere end børn med autisme lave. Disse resultater er spændende, da de giver vigtige oplysninger om, hvordan sociale og nonsocial oplysninger er forventet hos børn med autisme. Dette er især vigtigt for fremme forståelsen af neurale mekanismer af autisme og yde støtte til den sociale motivation hypotese. Disse resultater giver nyttige oplysninger til oprettelse og videreudvikling af interventioner, da det understreger betydningen af social motivation for børn med ASD; for eksempel kan det være vigtigt for interventioner udtrykkeligt forsøge at forøge værdien belønning af arbejdsmarkedets parter til at direkte påvirke sociale motivation i denne population.

Denne protokol er nyttige til måling af foregribende hjerneaktivitet hos børn med og uden ASD, og data, der godtgør at denne type af hjerneaktivitet kan er være fremkaldte pålideligt og med held hos børn over 6 år gammel. Desuden, denne metode giver mulighed for sociale og nonsocial betingelser skal sammenlignes direkte uden tilstedeværelse af tilintetgør relateret til belønning egenskaber (Da belønningen for korrekte svar var guldfisk i begge betingelser). I den nuværende protokol, ansigter var scrambled og en pilefiguren blev oprettet. Denne procedure bevarer egenskaberne fysisk stimulering af ansigter i betingelsen nonsocial (ikke-ansigt). Denne protokol kan være nyttig for fremtidige undersøgelser i undergrupper af ASD (f.eks. nogle børn med ASD er mere socialt motiverede end andre), og kunne udnyttes bedre forstå hvorfor nogle børn reagere mere effektivt end andre til visse interventioner.

Der er begrænsninger på den nuværende tilgang, der skal tages i betragtning. Først, det paradigme, der er beskrevet ovenfor er nyttig for børn mellem 6 og 11 år gammel med og uden ASD der har kognitive evner i det gennemsnitlige spænd. Pilot data i normalt udvikle børn yngre end 6 var ikke vellykket, som børn blev forvirret af retninger og forstod ikke spillets instruktioner. I den nuværende protokol indgår ekskluderende kriterier en fuldskala IQ-score under 70. Den nuværende paradigme kan derfor ikke være passende for børn med en psykisk eller kronologiske alder under 6. Dog kan det være muligt at ændre den nuværende protokol, så det passer til personer med lavere IQs og yngre børn. Nogle ændringer at gøre det mere passende til unge børn, såsom småbørn er i øjeblikket ved at blive undersøgt. Sådanne ændringer omfatter ændring af opgaven for at være passiv (f.eks., at have børn watch stimuli, der vises på forudsigelig intervaller i en blok design) og ved hjælp af en S1/S2 paradigme24. I sådan et design, indhold af S1 pålideligt indeholder oplysninger om indholdet af S2 (f.eks. hvis S1 er et kvadrat, så S2 vil være et ansigt, og hvis S1 er en cirkel, så S2 vil være en pil). Alternativt, kunne timingen struktur af det nuværende paradigme bruges til at oprette en foregribende auditive protokol.

I ASF, ville det være af interesse at bruge tale versus ikke-tale grupper og måle hjerneaktiviteten hos børn med ASF, som er ikke-verbal og har svært ved at reagere på anvisninger eller tage sig af visuelle stimuli31. Relateret til den første begrænsning, skal det bemærkes, at resultaterne fra børn med ASD, der har kognitive evner i det gennemsnitlige spænd ikke er sandsynligvis repræsentative for hele autismespektret - som pr. definition, indfanger en bred vifte af fungerende niveauer. Derfor, disse repræsentative resultater ikke kan ekstrapoleres til alle børn med ASD. Endelig er det vigtigt at bemærke at de stimuli, der anvendes i den nuværende protokol var normeret af voksne frem for børn. Fremtidige studier bør derfor overveje, ved hjælp af en stimulus række facial gengivelser normeret af børn.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Vi takker alle de børn og familier, der har deltaget i de protokoller er beskrevet. Publishing gebyrer blev betalt af hjernen produkter.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
EEG cap ElectroCap International E1-SM/ E1-S/XSM Electro-Cap - Small (50-54 cm)/Electro-Cap -Small/Extra Small
NeuroScan 4.5 Neuro Scan https://compumedicsneuroscan.com/tag/scan/ EEG Recording Software
Stim2 Neuro Scan https://compumedicsneuroscan.com/product/stim2-precise-stimulus-presentation/ Stimulus Presentation Software
JMP Pro 11  SAS https://www.jmp.com/en_us/software/buy-jmp.html Statistical analysis software
NimStim Face Stimulus Set  N/A, open source images  Open source, Available at https://www.macbrain.org/resources.htm  Face Images 
EEGlab N/A, free software N/A, free software EEG analysis software (free download)
ERPlab N/A, free software N/A, free software EEG analysis software (free download)
Photoshop Photoshop https://www.photoshop.com Adobe Photoshop, image editing software
Photoshop 'scramble' plug-in Telegraphics http://telegraphics.com.au/sw/product/Scramble photoshop plug-in to scramble images 
NUAMPS EEG AMPLIFIERd Neuro Scan http://compumedicsneuroscan.com/wp-content/uploads/NuAmps-Brochure.pdf EEG amplifier 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Association, P. Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders: DSM 5. , (2013).
  2. Mundy, P. The neural basis of social impairments in autism: the role of the dorsal medial-frontal cortex and anterior cingulate system. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 44 (6), 793-809 (2003).
  3. Neuhaus, E., Beauchaine, T. P., Bernier, R. Neurobiological correlates of social functioning in autism. Clinical Psychology Reviews. 30 (6), 733-748 (2010).
  4. Dawson, G., Webb, S. J., McPartland, J. Understanding the nature of face processing impairment in autism: insights from behavioral and electrophysiological studies. Developmental Neuropsychology. 27 (3), 403-424 (2005).
  5. Chevallier, C., Kohls, G., Troiani, V., Brodkin, E. S., Schultz, R. T. The social motivation theory of autism. Trends in Cognitive Science. 16 (4), 231-239 (2012).
  6. Stavropoulos, K. K., Carver, L. J. Reward anticipation and processing of social versus nonsocial stimuli in children with and without autism spectrum disorders. Journal of Child Psychology and Psychiatry. 55 (12), 1398-1408 (2014).
  7. Kohls, G., et al. Reward system dysfunction in autism spectrum disorders. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 8 (5), 565-572 (2013).
  8. Scott-Van Zeeland, A. A., Dapretto, M., Ghahremani, D. G., Poldrack, R. A., Bookheimer, S. Y. Reward processing in autism. Autism Research. 3 (2), 53-67 (2010).
  9. Dichter, G. S., Richey, A., Rittenberg, A. M., Sabatino, A., Bodfish, J. W. Reward Circuitry Function in Autism During Face Anticipation and Outcomes. Journal of Autism and Developmental Disorders. 42, 147-160 (2012).
  10. Richey, J. A., et al. Common and distinct neural features of social and non-social reward processing in autism and social anxiety disorder. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 9 (3), 367-377 (2014).
  11. Delmonte, S., et al. Social and monetary reward processing in autism spectrum disorders. Molecular Autism. 3, 1-13 (2012).
  12. Stavropoulos, K. K., Carver, L. J. Oscillatory rhythm of reward: anticipation and processing of rewards in children with and without autism. Molecular Autism. 9, 4 (2018).
  13. Damen, E. J., Brunia, C. H. Changes in heart rate and slow brain potentials related to motor preparation and stimulus anticipation in a time estimation task. Psychophysiology. 24 (6), 700-713 (1987).
  14. Chwilla, D. J., Brunia, C. H. Event-related potentials to different feedback stimuli. Psychophysiology. 28 (2), 123-132 (1991).
  15. Kotani, Y., et al. Effects of information and reward on stimulus-preceding negativity prior to feedback stimuli. Psychophysiology. 40 (5), 818-826 (2003).
  16. Kotani, Y., Hiraku, S., Suda, K., Aihara, Y. Effect of positive and negative emotion on stimulus-preceding negativity prior to feedback stimuli. Psychophysiology. 38 (6), 873-878 (2001).
  17. Kotani, Y., et al. The role of the right anterior insular cortex in the right hemisphere preponderance of stimulus-preceding negativity (SPN): an fMRI study. Neuroscience Letters. 450 (2), 75-79 (2009).
  18. Kotani, Y., et al. Source analysis of stimulus-preceding negativity constrained by functional magnetic resonance imaging. Biological Psychology. 111, 53-64 (2015).
  19. Brunia, C. H., van Boxtel, G. J. M., Böcker, K. B. E. The Oxford Handbook of Event-Related Potential Components. , Oxford University Press. (2011).
  20. van Boxtel, G. J. M., Böcker, K. B. E. Cortical Measures of Anticipation. Journal of Psychophysiology. 18 (2-3), 61-76 (2004).
  21. Ohgami, Y., Kotani, Y., Hiraku, S., Aihara, Y., Ishii, M. Effects of reward and stimulus modality on stimulus-preceding negativity. Psychophysiology. 41 (5), 729-738 (2004).
  22. Takeuchi, S., Mochizuki, Y., Masaki, H., Takasawa, N., Yamazaki, K. Stimulus preceding negativity represents arousal induced by affective picture. International Congress Series. (1278), (2005).
  23. Parker, A. B., Gilbert, D. G. Brain activity during anticipation of smoking-related and emotionally positive pictures in smokers and nonsmokers: a new measure of cue reactivity. Nicotine & Tobacco Research. 10 (11), 1627-1631 (2008).
  24. Poli, S., Sarlo, M., Bortoletto, M., Buodo, G., Palomba, D. Stimulus-preceding negativity and heart rate changes in anticipation of affective pictures. International Journal of Psychophysiology. 65 (1), 32-39 (2007).
  25. Tottenham, N., et al. The NimStim set of facial expressions: judgments from untrained research participants. Psychiatry Research. 168 (3), 242-249 (2009).
  26. Wechsler, D. Wechlser Abbreviated Scale of Intelligence (WASI). The Psychological Corporation. , (1999).
  27. Lord, C., et al. Autism Diagnostic Observation Schedule: ADOS-2. Western Psychological Services. , (2012).
  28. Lopez-Calderon, J., Luck, S. J. ERPLAB: an open-source toolbox for the analysis of event-related potentials. Frontiers in Human Neuroscience. 8, 213 (2014).
  29. Luck, S. J. An introduction to the event-related potential technique. , MIT Press. (2005).
  30. Bruder, G. E., Kayser, J., Tenke, C. E. Oxford handbook of event-related potential components. , Oxford University Press. (2012).
  31. Yau, S. H., McArthur, G., Badcock, N. A., Brock, J. Case study: auditory brain responses in a minimally verbal child with autism and cerebral palsy. Frontiers in Neuroscience. 9, 208 (2015).

Tags

Adfærd spørgsmål 140 Elektrofysiologi event-relaterede potentiale belønning børn autisme forud for stimulus negativitet
En Elektrofysiologi protokol til foranstaltning belønning forventning og behandling hos børn
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Stavropoulos, K. K. M., Carver, L.… More

Stavropoulos, K. K. M., Carver, L. J. An Electrophysiology Protocol to Measure Reward Anticipation and Processing in Children. J. Vis. Exp. (140), e58348, doi:10.3791/58348 (2018).

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