En semantisk grunning hendelse-relatert potensielle (ERP) oppgave å studere Lexico-semantiske og Visuo-semantisk behandling i Autism Spectrum Disorder

Behavior

Your institution must subscribe to JoVE's Behavior section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Dette dokumentet beskriver en semantisk grunning ERP aktivitet hjelp innen modalitet par bilder og ord for å undersøke semantisk prosessering i personer med autism spectrum disorder (ASD).

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Coderre, E. L. A Semantic Priming Event-related Potential (ERP) Task to Study Lexico-semantic and Visuo-semantic Processing in Autism Spectrum Disorder. J. Vis. Exp. (134), e57217, doi:10.3791/57217 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Personer med autism spectrum disorder (ASD) har karakteristiske underskudd forstå betydningen av språk og semantisk prosessering. Men indikerer noen bevis at semantisk behandling av ikke-språklige stimuli er intakt, antyder at semantisk underskudd kan være språkspesifikke. Å karakterisere riktig semantisk prosessering underskudd i personer med ASD, sammenligning av innenfor-modalitet språklige (f.eks skrevet ord) og ikke-språklige (f.eks bilder) stimuli er nødvendig. Dette dokumentet beskriver slik metode som gjør bruk av en semantisk grunning paradigme samtidig innspillingen av electroencephalographic (EEG) data. EEG gir en dynamisk hjernen aktivitet som er tilpasset å karakterisere subtile forskjeller i semantisk behandling som ikke kanskje observerbare på atferdsdata nivå. Den semantiske grunning paradigme presenterer en førsteklasses bilde eller ordet (f.eks hunden) etterfulgt av et mål bilde eller ord som er enten knyttet (f.eks cat), eller irrelevant (f.eks blyant) til prime. Dette paradigmet kan dermed brukes til å evaluere semantisk prosessering på tvers av ulike modaliteter, og sammenligne lexico-semantiske og visuo-semantisk prosessering evner i personer med ASD og hvordan de kan variere fra TD individer. Fremgangsmåten involvert i å skape stimuli, EEG testing og analyse av EEG informasjonen diskuteres. Representant resultater illustrerer hvordan komponenten N400 av hendelse-relaterte potensialet (ERP) er redusert følgende semantisk-relaterte prime-mål par sammenlignet med urelaterte par. Sammenligninger av N400 mellom forhold, modaliteter og grupper tilbud av suksessen til semantisk behandling, og kan dermed brukes til å karakterisere semantisk underskudd i personer med ASD eller andre kliniske populasjoner.

Introduction

Forskere i kognitiv psykologi har lenge vært interessert i hvordan mennesker forstå betydningen av språk. Språkbehandling innebærer en rekke tiltak av økende kompleksitet, fra brev og ordet anerkjennelse, til semantisk prosessering, til syntaktisk analyse. Semantisk prosessering refererer til tilgang til betydningen av en stimulans, det være seg en word-, bilde- eller lydmenyen. Tidlig følgende første ordet anerkjennelse, tilgangen for et ords mening, eller semantikk, er et viktig skritt i språkbehandling. Semantisk integrering refererer til prosessen med å integrere betydningen av stimuli å forstå relasjonene og er avgjørende for overordnet språk behandling som forståelse setninger. Ikke bare trenger betydningen av hvert ord i en setning å åpnes, men betydningene av hvert enkelt ord må integreres for å danne en helhetlig forståelse av setning mening, eller "hovedpunkt".

Personer med autism spectrum disorder (ASD) har ofte betydelige underskudd i språk forståelse1. Det er noen bevis som tyder på at disse vanskelighetene stamme fra underskudd i semantisk prosessering og integrasjon2,3,4. Men andre studier har antydet at personer med ASD ikke viser semantisk prosessering underskudd når materialer presenteres i ikke-språklige (f.eks, visuell eller auditiv) modaliteter3,5,6 . Slike funn tyder på at semantisk prosessering underskudd i ASD kan begrenses til språklige (dvs. skrevet eller snakket) modaliteter. Slik kan tilnærminger som kontrast ulike modaliteter gi innsikt i den utstrekning som er semantisk prosessering underskudd domene-spesifikke eller tegn på en gjennomgående behandling stil. Formålet med dette dokumentet er å beskrive en metode for å sammenligne semantisk behandling mellom ulike modaliteter bruker en semantisk grunning aktivitet under samtidige elektrofysiologiske opptak.

Semantisk grunning paradigmet har en lang historie i forskning undersøker hvordan semantisk prosessering påvirkninger lavere nivå ordet anerkjennelse7,8. Tradisjonelle semantisk grunning oppgaver, et førsteklasses ord presenteres (f.eks cat) etterfulgt av et mål ord som er semantisk relatert (f.eks hunden) eller irrelevant (f.eks bok) til prime. Slik oppgave er ofte gjort i sammenheng med en leksikalske beslutning aktivitet, slik at deltakerne blir bedt om å avgjøre om målordet er et ekte ord eller ikke. Andre paradigmer må deltakerne utføre en semantisk kategorisering aktivitet på målordet eller dommer om to stimuli er relatert eller ikke. Uavhengig av oppgaven, har tiår av bevis etablert at reaksjonstid (RTs) er raskere å target ord som er semantisk knyttet til prime sammenlignet med de som ikke er relatert.

Denne "semantisk grunning effekt" har blitt tillagt en rekke mekanismer i teoretisk kontoer7,8. En er at grunning effekten skyldes automatisk spre aktivisering gjennom semantiske nettverk, slik at henting av førsteklasses ordets mening aktiverer betydningen av andre semantisk beslektede ord, inkludert målordet. Dette deretter reduserer tiden som krevs for semantisk aktivering av målordet. En andre teoretiske mekanismen er at av forventet, som udiskutable at ved å se førsteklasses ordet, deltakerne generere en forventet antall potensielle mål. Target ord som finnes i dette settet er så anerkjent raskere. Endelig har andre postulert eksistensen av en post leksikalske mekanisme av semantiske matchende, som etablerer eksistensen av en semantisk relasjon mellom den prime og mål. Uavhengig av spesifikke mekanisme underliggende effekten, kan semantisk grunning være en nyttig indeks semantisk prosessering og integrasjon. Dette paradigmet er heller ikke begrenset til leksikalske stimuli, og kan også brukes til å undersøke semantisk grunning ikke-språklige stimuli som bilder9 samt cross-modalt semantisk grunning (f.eks mellom ord og bilder)3.

Semantisk grunning effekter har vært godt studert i psycholinguistic litteratur, og har blitt undersøkt med hensyn til type av prime-mål relasjoner, tidspunktet for prime og målet presentasjon og mange andre manipulasjoner8. Elektrofysiologiske korrelerer denne effekten har også vært godt karakterisert10. Elektroencefalogram (EEG) er en metode for opptak nevrale aktivitet via endringer i elektrisk aktivitet målt til hodebunnen. EEG er et nyttig valg av metode for en semantisk grunning paradigme fordi det har godt midlertidig løsning (på millisekunder, ms) og kan dermed gi små forskjeller i semantisk behandling mellom betingelser eller grupper selv i fravær av Behavioral virkninger eller svar.

Arrangement-relaterte potensialer (ERPs) er tid-låst endringer i EEG som oppstår som svar på en bestemt stimulans eller atferd. Avhengig av timing og polaritet svaret er ulike komponenter i ERP fra ulike aspekter av kognitiv behandling. Komponenten N400 er en veletablert markør for semantisk prosessering og semantisk integrering11,12 (selv om flere andre tolkninger finnes10,13). N400 amplituden reduseres når semantisk integrering er lettere (for eksempel når prime og mål i en semantisk grunning paradigme er semantisk relatert) sammenlignet med når semantisk integrering er vanskeligere (for eksempel når to ordene er relatert). Viktigere, er amplitude forskjellen mellom relaterte og ikke-relaterte forhold (dvs. "N400 effekten") ikke spesifikke for språket. N400 effekter er også observert i ikke-språklige modaliteter, som svar på par semantisk-relatert og ikke-relaterte bilder eller lyder14,15,16,17. N400 er dermed en nyttig ERP-komponent i forbindelse med gjeldende paradigmet fordi den kan brukes som en uavhengig av modalitet estimat av semantisk prosessering og integrering evner.

Personer med ASD viser redusert eller fraværende semantisk grunning effekter og N400 effekter som svar på språk stimuli2,3,4, tyder impairments i semantisk prosessering. Slike effekter har funnet svar visuo-semantiske og lyd-semantiske stimuli3,5,6, utlån støtte til kravet at semantisk prosessering er selektivt svekket til språk stimuli. Men har de fleste tidligere studier som sammenligner modaliteter brukt kryss-modalt grunning, slik at prime-mål paret inneholder en leksikalske stimulans. Gitt forslaget at personer med ASD har underskudd i semantisk prosessering språk stimuli, kan så kryss-modalt stimuli ha påvirket resultatet. Virkelig undersøke om semantisk prosessering av språket er selektivt nedsatt i personer med ASD, må i modalitet par leksikalsk og ikke-leksikalske stimuli brukes. I en fersk studie, Coderre et al. 6 gitt første direkte sammenligning av innen modalitet ord og bilde semantisk grunning undersøke semantisk prosessering underskudd i voksne (i alderen 18-68) med ASD. Deltakerne med ASD og vanligvis utvikling (TD) deltakere sett par av bilder og ord og ble bedt om å bedømme om stimuli var relatert eller ikke. Under denne semantisk grunning oppgaven deres hjerneaktiviteten ble spilt inn med EEG. Ved å sammenligne N400 effekter mellom grupper og modaliteter, gitt dette paradigmet innsikt i natur semantisk behandling i personer med ASD.

Formålet med dette dokumentet er å beskrive den semantiske grunning ERP metode ansatt av Coderre et al. 6. selv om dette paradigmet ble opprinnelig implementert for å studere semantisk behandling hos voksne med ASD, den kan være nyttig for noen forskere som ønsker å utforske nevrale korrelerer lexico-semantiske og visuo-semantisk prosessering, enten i TD enkeltpersoner eller bestemte klinisk bestander.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle metodene som er beskrevet her ble godkjent av de institusjonelle gjennomgang styret av Johns Hopkins University, hvor den opprinnelige studie6 ble utført.

1. opprette Stimuli

  1. Opprette den opprinnelige listen over betong substantiver som prime-mål parene vil bli gjort.
    1. Fra et valgt korpus som Subtlex19, Velg ca 500 betong substantiver og få variabler av interesse (f.eks frekvens, lengde, concreteness, imageability, etc.) for hvert ord.
      Merk: Andre corpuses, for eksempel Medical Research Council (MRC) Psycholinguistic Database18 eller Corpus av moderne amerikansk engelsk20, kan også brukes. Subtlex ble brukt i den opprinnelige studien fordi databasen er bare en stor fil og gir dermed lett søke for stimulans generasjon. Andre corpuses har ulike grafiske grensesnitt og kan kreve at brukeren inn en bestemt tekststreng i en tekstboks og sjekk variabler av interesse blir forespurt.
  2. Utføre latent semantisk analyse (LSA) mellom stimuli å etablere semantisk relatedness
    1. Velg LSA metoden eller verktøyet. En nyttig online verktøyet tilbys av Colorado University Boulder (http://lsa.colorado.edu/).
      1. Den viktigste landingssted, klikk på Matrix sammenligning.
      2. Angi enkeltord sammenligne, atskilt med en tom linje.
      3. Klikk Send tekster.
    2. Bruker et regneark, opprette en matrise av LSA verdier mellom hvert ord og hver andre.
  3. Del stimuli i relaterte og ikke-relaterte forhold basert på LSA (figur 1A).
    1. Velge manuelt 200 ordpar med høy LSA verdier (ca 0,5 eller høyere) for "relatert" tilstand.
    2. Velge manuelt 200 ordpar med lav LSA verdier (ca 0,1 eller lavere) for "relatert" tilstand.
      Merk: Eksperimentator må manuelt kontrollere ordpar for å sikre at semantisk forholdet er fornuftig for kategori. Noen ordpar kan ha LSA rangeringer, men den semantiske relatedness kanskje ikke umiddelbart klart til deltakerne. Tilsvarende noen kan ha lave LSA karakterer, men skyldes semantisk på andre måter.
    3. Når du oppretter relaterte og urelaterte, manuelt match ordene på frekvens, lengde og andre variabler som har blitt notert til å være relevant i litteraturen (f.eks retning av foreningen7,8) eller som er av interesse for spesifikke studier. Definere ord så nært som mulig på variabler av interesse (f.eks innen 1-2log10 frekvens enheter; innen 1-2 bokstaver og stavelser).
  4. Del stimuli i ord og bilde modaliteter (figur 1A).
    1. Legge til en annen kolonne med "tilstand" i filen stimulans i regnearket.
    2. I kolonnen "tilstand" etiketten 100 av de relaterte og 100 av de urelaterte som "bilde" tilstand. Etiketten andre gjenværende stimuli som "ord" tilstand.
  5. Få bilde stimuli.
    Merk: Bilde stimuli kan oppnås fra elektroniske kilder (f.eks Google bildesøk) eller fra andre kilder tilgjengelig for eksperimentator.
    1. Velger du 2-3 bilder å representere hvert ord.
    2. Utføre innledende pilot tester av å ha en eller flere uavhengige raters (f.eks studenter, forskning assistants som ikke har vært involvert i stimulans utvikling) bestemme hvilket bilde som best representerer begrepet.
      1. Åpne alle potensielle bildefiler på en gang med en Foto Seer program, og lese ordet høyt og spør rater Velg mest representative bilde. Registrere hver rater svar for hvert ord.
      2. For hvert ord, identifisere bildet at flertallet av raters valgt som best representerer begrepet, og bruke denne filen som stimulans for ordet. Hvis det ikke finnes ikke flertall, Velg et annet utvalg av bilder og gjentar trinn 1.5.
    3. Bruke GIMP (eller et annet fotoredigeringsprogram valg), være skala bilder til alle samme størrelse (ca 400 piksler eller 3-5 tommer høyde eller bredde).
      Merk: Den nøyaktige størrelsen på bildene kan variere avhengig av skjermen stimuli vil bli presentert. Vannrett og visuell vinkel på stimuli bør være mellom 7 og 13 °.
  6. Utføre pilot testing
    1. Pilot test ord og bilde par ved å spørre 3-4 uavhengige raters (f.eks studenter, forskning assistants som ikke har vært involvert i stimulans utvikling) å rangere hvert par relaterte eller urelaterte.
      1. Programmet eksperimentet i E-Prime (eller andre stimulans presentasjonsprogram av valget) å presentere begge ordene på skjermen samtidig, en over andre eller side ved side. Be deltakerne å rangere ordene som relaterte eller urelaterte ved å trykke en knapp (f.eks 1 slekt, 2 for relatert). Se E-Prime manuell21 for detaljer om hvordan å programmere et eksperiment i denne programvarepakken.
        Merk: Pilottest kan finne sted i laboratoriet hvor eksperimentelle testing finner sted, eller på alle datamaskiner som kjører programmet stimulans presentasjon. Det kreves ingen spesialrom.
      2. Gjenta pilot testing (med nye uavhengige raters som ikke har sett stimuli) til et sett av ord og bilder er oppnådd med pålitelig rangeringer av relaterte og uten tilknytning. Få totalt 100 relaterte ordpar, 100 relatert ordpar, 100 relaterte bildet parene og 100 urelaterte bildet parene.
        Merk: Det har blitt foreslått at etterforskerne bruke komponenten N400 for å undersøke kognisjon klinisk bestander samler et minimum av 40 brukbare forsøk per prøve type å lokke fram en pålitelig effekt22. Forutse at noen forsøk går tapt under dataene rengjøringen, bør forsøk i paradigmet økes. I tidligere arbeid var bruker denne bestemte paradigme 6, 100 forsøk per prøve type mer enn nok å sikre robust N400 effekter på både individ og gruppe. Fordi komponenten N400 ligner mellom ord og bilder10, anslått dette antall prøve typer bør holdes konsekvent mellom modaliteter.
      3. Beholde en ekstra 8 par (4 ord, 4 bilder) for en øvelsesøkt (se trinn 2.2.1below)

2. oppgave programmering

  1. Opprett stimuli lister.
    1. Fra det siste settet av stimuli, sortere stimuli 8 blokkene. Modalitet (bilde/ord) bør blokkeres (4 blokker hver).
    2. I hver blokk, sikre av relaterte og urelaterte stimuli.
    3. Manuelt pseudo-tilfeldig presentasjon lister i hver blokk slik at det er ikke mer enn 5 relaterte eller urelaterte stimuli i en rad, og par hverandre semantisk ikke er relatert. Unngå rettssaker som "gulrot-brokkoli", "apple-pære" umiddelbart ved siden av hverandre.
  2. Programmet oppgaven med E-Prime eller annen stimulans presentasjon programvare av valget.
    Merk: Trinnene som beskrives her gjelder E-Prime og NetStation, og vil variere hvis en annen stimulans presentasjon programvare eller EEG oppkjøpet programvare brukes. Se E-Prime manuell21 og E-Prime Extensions for NetStation opplæringen23 for mer spesifikk informasjon om hvordan å programmere en EEG eksperiment i denne programvarepakken og aktiverer kommunikasjon mellom E-Prime og NetStation.
    1. Programmet to økter for bilde og word blokkene (4 par hver), utføres før eksperimentelle testing begynner.
    2. Programmet en instruksjon skjermen i begynnelsen av øvelsen å lese: "vil du se to ord presentert på skjermen en etter en. Prøv å sitte så stille som mulig og ikke blinker mens ordene blir presentert. Etter at paret er presentert, vil du se et svart kryss på skjermen. Når du ser det svarte krysset, angi om ordene var i slekt eller ikke. Klikk knappen 1 Hvis ordene er relatert. Trykk 2 Hvis ordene ikke er relatert. Trykk en tast for å starte øvelsesøkten."
    3. For hver av ordet stimuli, dobbeltklikk på TextDisplay ikoner i eksperimentet strukturen. Klikk ikonet egenskaper øverst til venstre. Velg Courier New skriftstørrelse 28 under kategorien skrift. Under kategorien Generelt velger du ForeColor som svart og BackColor hvit presentere ordene i svart skrift på en hvit bakgrunn.
      Merk: Bestemt skriftstørrelsen må endres avhengig av størrelse og oppløsning skjermen brukes for presentasjon. Vannrett visuell vinkel av ordene bør være mellom 1 og 6 °.
    4. For hver av bildet stimuli, dobbeltklikk på lysbildeikoner i eksperimentet strukturen. Klikk ikonet egenskaper øverst til venstre. Under kategorien Generelt velger du BackColor hvit med bilder på en hvit bakgrunn.
    5. Programmet hvert forsøk å presentere følgende stimuli i denne rekkefølgen: en rød prøveperiode fiksering cross (400 ms); stimulans 1 (1000 ms); interstimulus intervall (tom, hvit skjerm, 300 ms); stimulans 2 (1000 ms); tom skjerm (400 ms); intertrial intervall (svart fiksering kors, tilfeldig hørtes ikke like bra mellom 1000-1400 ms i 100 ms intervaller, gjennomsnittlig 1200 ms); se figur 1B. Til angitte varigheter, dobbeltklikker du TextDisplay eller lysbilde ikonene i eksperimentet strukturen og finne egenskaper-knappen på øverst til venstre i vinduet. Angi varigheten varighet/Input-fanen.
      Merk: Tom skjermen tas før intertrial intervallet til å gi en visuell pause mellom i andre stimulans og svart kors, og å gi en subtil spørsmål for kommende semantisk relatedness dommen.
    6. Programmere et TextDisplay objekt kalt "Break" etter hver blokk er fullført sier "slutten av blokken, ta en pause"
  3. Inkludere parametere for kommunikasjon mellom E-Prime og NetStation. Se E-Prime filtyper for NetStation manuell23 for spesifikke instruksjoner om hvordan å inkludere denne informasjonen.
    1. For hvert "word1" eller "word2" tekstvisning objekt, merker du objektet i eksperimentet strukturen. Under "Egenskaper"-vinduet angi koden som "WRD1" eller "WRD2", henholdsvis.
    2. For hver "Bilde1" eller "picture2" Lysbildeobjekt, angi koden som "PIC1" eller "Bilde2", henholdsvis.
    3. Under "ubrukte E-objekter", opprette en ny liste kalt "CellList". Angi cellen som: 1 = bilde relatert; 2 = bilde relatert; 3 = ord relatert; 4 = ord relatert. I rettssaken listen for hver blokk, inkluderer en kolonne kalt "CellNumber" og angi tilsvarende celle tall for hvert forsøk tilstand og modalitet.

3. EEG Testing

Merk: De spesifikke prosedyrene som er beskrevet her er for en EGI system. Prosedyrer kan variere hvis andre systemer brukes.

  1. Forberede EEG testing.
    1. Bland 2 ts (10 g) av kalium klorid med 1 quart (1 L) vann og 1 ss (15 mL) baby sjampo i en klar plast bøtte til å lage electrolyte løsning
    2. Mål omkretsen av deltakerens hodet, passerer gjennom inion og nasion, til å bestemme riktig netto størrelse. Velg passende størrelse nettet etter deltakerens hodeomkrets.
    3. Fordype elektrodene i elektrolytten løsning, sikre at alle svamper fullstendig senkes, og la suge i minst 5 minutter.
  2. Bruke EEG netto.
    1. Har deltaker sitter komfortabelt i en stol, overfor eksperimentator. Forklar deltakeren at du setter nettet på nå, så vil justere den og sjekk signalutgangen før du starter testen.
    2. Plasser håndklær rundt deltakerens skuldre. Instruere deltaker Lukk øynene, så bruker nettet til deltakerens hodet. Juster nettet og stramme båndene for å sikre en tettsittende passform deltakerens hodet.
    3. Arbeide gjennom alle elektroder til sete dem mot hodebunnen. Bruk en feiende bevegelse med elektroden for å flytte håret vekk. Rewet svamper bruker en pipette hvis nødvendig.
    4. Når alle elektroder har blitt sittende, sjekk impedances. Sette på plass eller rewet alle elektroder med impedances over 50 kiloohms (kΩ).
  3. Kjør semantisk grunning eksperiment EEG innspillingen.
    1. Når nettet brukes, impedances er sjekket, og deltakeren er klar til å begynne, starter aktiviteten semantisk grunning.
    2. Gjenta instruksjonene til deltakere før testing. Pålegge deltakere å bedømme om ordet eller bildet stimuli er relatert eller urelaterte ved å trykke en knapp på et tastatur eller en knapp-boksen. For å unngå motor gjenstander confounding EEG signalet, pålegge deltakere å vente å gjøre sine svar før i andre stimulans har forsvunnet fra skjermen og det svarte krysset har dukket opp.
    3. Kjøre øvelsen minst én gang for å sikre at deltakerne forstår oppgaven.
    4. Etter hver 2 kvartaler i pausen, rewet elektroder og kontrollerer impedances.

4. EEG forbehandling

  1. Åpne NetStation verktøy.
    Merk: Trinnene som beskrives her er spesifikke for forbehandling i NetStation 5. Se NetStation 5 brukerveiledning24 for mer informasjon om hvordan du bruker NetStation verktøy. Andre forbehandling pakker kan inkludere EEGlab, ERPlab, FieldTrip eller annen programvare eksperimentators valg. Merk at foretrukne rekkefølgen av forbehandling trinnene kan variere mellom programvarepakker. Observasjon av en N400 effekt ikke skal være forskjellig basert på valg av analyse pakken.
  2. Filtrere dataene.
    1. Nederst i vinduet NetStation verktøy, kan du opprette et nytt filtrering verktøy ved å velge "Filtrering" i rullegardinmenyen 'Create'. Endre verktøyet riktig.
    2. Angi høypass filter til 0,1 Hertz (Hz) og lavpassfilter filteret til 50 Hz.
      Merk: Høypass filter kan være lavere enn 0,1 Hz, men det anbefales ikke å overskride denne cutoff, for å unngå risikoen ved å innføre falske effekter25. Filtere lavpassfilter så lite som 30 Hz kan brukes.
    3. Lagre det verktøyet, så dra filen EEG opptak i "Input" boksen øverst til venstre i vinduet og trykk "Kjør".
  3. Segmentere dataene i rettssaker.
    1. Opprette en ny "Segmentering" og gi den riktig.
    2. Under "Kategorier til å opprette" treffer plusstegnet for å opprette en ny kategori og endre navnet "bilde relatert". Dra ikonet "Koden" i boksen "Opprett kategori basert på kriterier" og sette den som "Koden er PIC1" å Tidslås til presentasjon av stimulans 1. Dra ikonet "Nøkkel koden" i boksen "Opprett kategori" og sette den som "nøkkel koden cel # er 1".
      1. Vil ta bare riktig prøvelser, drar en "nøkkel koden" ikonet til boksen "Opprett kategori" og sette den som "Nøkkel koden eval er 1".
    3. Nederst i vinduet, kan du angi lengden "Utvid segmentere 100 ms før og 2300 ms etter".
      Merk: Segmenter kan være tid-låst til utbruddet av enten første eller andre stimulans. Hvis låst til første stimulans, bør segmenter utvide 100 ms før til 2300 ms etter (for å inkludere presentasjon varighet både stimuli (1000 ms hver) pluss mellom stimulans intervall (ISI) (300 ms)). Hvis låst til andre stimulans, bør segmenter utvide 100 ms før til 1000 ms etter.
    4. Klone kategorien ved å trykke knappen "Klone" og gi det "bilde relatert". Angi koden til PIC1 og nøkkel koden cel # 2.
    5. Klone kategorien og gi det "ordet relatert". Angi koden til WRD1 og nøkkel koden cel # 3.
    6. Klone kategorien og gi det "ordet relatert". Angi koden til WRD1 og nøkkel koden cel # 4.
    7. Lagre det verktøyet, så dra siste preprocessed filen i "Input" boksen øverst til venstre i vinduet og trykk "Kjør".
  4. Utføre gjenstand gjenkjenning.
    1. Opprette en ny "Gjenstand oppdagelsen" og gi den riktig.
    2. Under "Gjenstand oppdagelsen innstillinger", traff plusstegnet nederst i vinduet for å legge en ny innstilling. Velg "Dårlig kanaler" fra dropdown menyen under "Operasjon". La alle standardinnstillingene (max-min > 200 å mikrovolt (µV); Hele segmentet; Glidende gjennomsnitt på 80 ms).
    3. Legg til en ny innstilling og velg "Øye Blink" fra rullegardinmenyen "Operasjon". La alle standardinnstillingene (max-min > 140 µV, vindusstørrelse 640 ms, glidende gjennomsnitt på 80 ms).
    4. Legg til en ny innstilling og velg "Eye Movement" fra rullegardinmenyen "Operasjon". La alle standardinnstillingene (max-min > 55 µV, vindusstørrelse 640 ms, glidende gjennomsnitt på 80 ms).
    5. Lagre det verktøyet, så dra siste preprocessed filen i "Input" boksen øverst til venstre i vinduet og trykk "Kjør".
    6. Åpne filen i NetStation gjennomgang og bla gjennom hver prøveversjon ved å trykke på pilknappene på "Kategorier"-menyen på høyre side-bar. Merk prøvelser som bra eller dårlig ved å trykke de grønne eller røde sirklene, henholdsvis. Når ferdig, lukker du filen for å lagre resultatene.
  5. Utføre dårlig kanal erstatning.
    1. Opprette en ny "Dårlig kanal erstatning" verktøy og navnet den riktig. Trenger ikke parametere angis av brukeren for dette verktøyet, så redde verktøyet, og deretter dra siste preprocessed filen til "Input" boksen øverst til venstre i vinduet, og treffer "Run".
  6. Utfør enkelt-emne snitt for å skjule over prøvelser.
    1. Opprette en ny "Snitt" og gi den riktig. Under "Snitt Settings", velg "håndtere kildefilene: sammen" og "håndtere fag: separat".
    2. Lagre det verktøyet, så dra siste preprocessed filen i "Input" boksen øverst til venstre i vinduet og trykk "Kjør".
  7. Referansedata til gjennomsnittlig referanse26.
    Merk: Gjennomsnittlig referansen brukes her fordi EGI gir tett-array EEG (128 og 256 kanaler). Det har blitt foreslått at en gjennomsnittlig referanse brukes med tett-array opptak systemer26; andre semantiske grunning ERP studier med 128-kanal eller 256-kanal garn har brukt de gjennomsnittlige referanse6,27,28. Andre referanse valg inkluderer gjennomsnittet av høyre og venstre mastoids, nesen eller øreflipp29. Det er ingen optimale valg av referanse elektrode, og eksperimentator bør merke seg at valg av referanse elektroden kan påvirke de resulterende ERP bølgeformer26,29.
    1. Opprette en ny "Montage operasjoner" og gi den riktig.
    2. Velg passende nettet fra rullegardinmenyen under "Listen montasjer for Sensor oppsett". Velg "Gjennomsnittlig referanse" og kontroller "Utelukk dårlig kanaler fra referanse" boksen er valgt. Lagre det verktøyet, så dra siste preprocessed filen i "Input" boksen øverst til venstre i vinduet og trykk "Kjør".
  8. Utføre planlagt korrigering ved hjelp første 100 ms segmentet10 , 28.
    Merk: En planlagt tidsperiode 200 ms kan også være brukt29.
    1. Opprette en ny "Baseline korrigering" og gi den riktig.
    2. Under "Planlagte korreksjon innstillinger", velge "Velg planlagt fra delen av segmentet", "Velg planlagt med hensyn til segmentet tid = 0", og "Baseline begynner 100 ms før null og er 100 ms lang".
    3. Lagre det verktøyet, så dra siste preprocessed filen i "Input" boksen øverst til venstre i vinduet og trykk "Kjør".

Figure 1

Figur 1 : Eksperimentell eksempler og tidslinje. (A) eksempler på bildet og ordet stimuli. (B) tidslinje av stimulans presentasjon. Dette tallet har blitt gjengitt med tillatelse fra Coderre et al. 6 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hvis stimuli er riktig sortert i relaterte og urelaterte, praktiseres en N400 effekt for både ord og bilde stimuli (figur 2). Dette identifiseres som en større negativ amplituden i urelaterte forhold sammenlignet relaterte forhold. For ord stimuli, skal effekten oppstå fra 300-500 ms over sentrale eller centro-parietal hodebunnen6,10. Effekten kan være litt tidligere bilde stimuli, eller mer forfra distribuert9,15,16.

Statistiske analyser kan teste betydningen av N400 effekten ved å sammenligne gjennomsnittlig amplituden mellom relaterte og ikke-relaterte forhold. Dette kan utføres på en enkelt elektronen eller over flere elektroder. Romlig omfanget av effekten kan bli vurdert av herunder elektrode området og/eller laterality i statistiske modeller. Masse univariat statistikk (se for eksempel Groppe et al. 30 for detaljer) kan brukes til å evaluere nøyaktige tidspunktet for effekten eller etablere tidsvinduer interesse for videre analyser. (Merk at hvis flere analyser utføres, resultatene må justeres for å rette opp flere sammenligninger. Masse univariate statistiske metoden beskrevet av Groppe et al. 30 inneholder flere alternativer for Slike rettelser.)

For etterforskere bruker denne semantisk grunning ERP paradigmet for å studere semantisk prosessering klinisk bestander, er det viktig å også samle data fra en TD kontrollgruppe. Kontrollgruppen skal vise beskrevet N400 effektene for både bilde og word. Men klinisk befolkninger kan vise redusert eller fraværende N400 effekter en eller begge betingelsene (Figur 3). For å fastslå om omfanget av N400 effekten er forskjellig mellom kontroller og klinisk befolkninger, kan gruppen inngå som en mellom-temaer faktor i statistiske modeller. En betydelig mindre N400 effekt i en klinisk befolkning indikerer problemer med semantisk prosessering. Forskjeller i timing eller hodebunnen fordelingen av effekten kan også indikere behandling forskjeller mellom gruppene.

Selv om representant resultatene beskrevet ovenfor er på gruppenivå, i tråd med fleste av forskning på N400 effekt, denne komponenten er ganske robust og ofte observert på en enkelt-emne nivå31,32. Spesielt for klinisk bestander som personer med ASD, kan informasjon om et enkelt individ semantisk prosessering evner være svært ettertraktet. Etterforskerne bør være klar, men at personer med ASD har iboende bråk EEG data enn TD enkeltpersoner33 (selv om se referanse34), som kan utelukke pålitelig single-emne effekter i bestemte deltakere. For etterforskere interessert i å evaluere single-emne effekter, kan permutasjon tester utføres for å vurdere statistiske betydningen av effekter i en enkeltperson. Kort, på en slik metode ville en utføre mange (f.eks 5000) gjentakelser i hvilken tilstand etiketter (relatert/relatert) er permuted mellom individuelle prøvelser. For hver permutasjon, forholdene er så statistisk med. Statistikk fra hver permutasjon brukes til å opprette en null fordeling av testen statistikk, som observerte test statistikken er forhold for å utlede et betydning resultat.

Figure 2
Figur 2 : Representant N400 effekter svar i andre stimulans i hvert par for (A) ordet betingelser og (B) bilde forhold. Dataene er gjennomsnitt over en gruppe 20 TD voksne (data Hentet fra Coderre et al. 6). forbehandling ble utført en gjennomsnittlig referanse. Topp paneler: representant ERP bølgeformer på elektroden Cz viser en større amplitude urelaterte forhold sammenlignet med beslektede betingelser på ca 400 ms (negativ tegnes opp). Nedre paneler: topografiske tomter urelaterte-relaterte forskjellen, gjennomsnitt over et vindu fra 400-500 ms (presise distribusjon kan endre med valg av referanse). For topografiske tomter angir toppen av figuren foran hodet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 : Representant gruppe forskjeller i N400 effekter for word forholdene på elektroden Cz. Dataene er gjennomsnitt over en gruppe 20 TD voksne og 20 voksne med ASD (data Hentet fra Coderre et al. 6). forbehandling ble utført en gjennomsnittlig referanse. Klinisk grupper, for eksempel personer med ASD, kan vise en mindre N400 effekt svar på ord, noe som tyder på problemer med lexico-semantisk prosessering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Utredningen har rapportert avgjørende skritt i å utvikle en semantisk grunning ERP paradigme med bilde og word stimuli for å utforske semantisk prosessering underskudd i personer med ASD. Hovedtrinn inkluderer oppretting stimuli, programmering oppgaven og EEG tester og analyser. Den mest tidkrevende delen av denne prosedyren er sannsynligvis etableringen av stimuli, som dette krever forsiktig matchende både mellom og innenfor stimulans par vilkår og modaliteter på variabler som lengde, frekvens og semantisk relatedness. Som sådan, vil en betydelig mengde pilot tester sannsynligvis være nødvendig å sikre at den endelige stimulans er riktig.

Selv om forslagene inkludert her, og tidligere arbeidet at denne metoden er basert på6, testet voksne med og uten ASD (alderen 18-68), kan dette paradigmet enkelt utvides til barn eller unge populasjoner. Faktisk andre studier har brukt lignende semantisk grunning EEG paradigmer hos barn med og uten ASD å sammenligne semantisk prosessering over modaliteter3. Flere hensyn må tas i betraktning når du endrer for ulike aldre og utviklingsstadier. For eksempel kan stimulans settet være begrenset til høyere frekvens ord å sikre at alle barn vet betydningene av alle stimuli (se neste avsnitt). Andre endringer kan også gjøres til testing paradigme å sikre tilstrekkelig kvalitet fra barn eller unge deltakere, som inkludert flere bryter, tilbyr insentiver eller viser korte videoer ved ferdigstillelse av stimuli.

Flere faktorer om metoden beskrevet her og tidligere arbeid er viktig å merke seg. Først ble den tidligere arbeid6 utført i en gruppe voksne som hadde gjennomsnitt over gjennomsnittet språk og intellektuell funksjoner. En begrensning av dette paradigmet er at den kan bare brukes med personer som er kjent med ord eller bilder blir presentert. Tidligere arbeid har vist at N400 effekter ikke forekommer hvis leksikalske varen er utenfor den enkeltes ordforråd område32,35. Derfor er det viktig at deltakerne har enten middels over gjennomsnittet verbale og lese evner, eller at omsorg er tatt for å sikre at alle stimuli brukes i eksperimentet faller innenfor området vokabular av enkelt. I sistnevnte tilfelle kan dette innebære administrere en gloseprøve etter EEG økten testing den enkeltes kunnskap om alle ordene brukes i eksperimentet. Ved ord som enkelt ikke vet, kan disse fjernes fra videre analyse. Dessverre, fordi intellektuelle handikap og svekket ferdigheter er en vanlig samtidig forekomst i personer med ASD1,36, disse kravene for språket og lese evner vil bety at personer som også har Intellektuelle handikap eller under gjennomsnittet språkkunnskap vil ikke kunne delta. Ytterligere modifiseringer å paradigmet som vil tillate for testing av disse mer alvorlig påvirket enkeltpersoner bør vurderes i fremtiden.

Det er viktig å merke seg at metoden beskrevet her ikke tar hensyn til ulike typer semantisk relasjon mellom prime og mål. Noen studier har funnet at omfanget av semantiske grunning effekten modulert av forholdet (f.eks assosiativ vs "pure", frem vs bakover, mediert vs direkte)8. I gjeldende metodikk anses ikke disse ulike typer prime-mål relasjoner. Men for forskere interessert i å utforske sine effekter, kan dette være et ekstra trinn i stimulans etableringen.

Det er også kjent at metoden beskrevet her instruerer deltakerne gjøre en semantisk relatedness dom i løpet av aktiviteten. Eksplisitt natur denne oppgaven kan indusere strategier som kan påvirke resultatene. For eksempel kan deltagerne skal ta hensyn til semantisk relasjonene mellom stimuli begrense gruppe effekter6. Fremtidig forskning ved hjelp av dette paradigmet endrer den til å omfatte en implisitt semantisk prosessering design, for eksempel i arbeidsflytdeltakerne trykk en knapp når et dyr ord presenteres eller bare se ord og bilder vises på skjermen. Semantisk grunning N400 effekter er observert i fravær av eksplisitt oppgaver3, så denne typen manipulasjon skal fortsatt gi observerbare effekter og kan også avsløre gruppe forskjeller i implisitt semantisk grunning.

Tiår med forskning har etablert semantisk grunning paradigmet som en verdifull måte å studere semantisk prosessering. Pålitelighet av aktiviteten på tvers av ulike modaliteter gjør det spesielt verdifull for å studere hvordan lexico-semantiske og visuo-semantiske behandling kan variere. Slik mellom modalitet sammenligning er spesielt nyttig i enkelte kliniske bestander som ASD, der semantisk grunning underskudd kan bli begrenset til språk domener. Ved å sammenligne og kontrasterende semantisk grunning effekter og N400 effekter mellom grupper og modaliteter, kan etterforskere opprette enten de påståtte underskuddene i semantisk behandling i ASD er begrenset til språklige domenet eller representant for en mer globale semantisk dysfunksjon.

Utvidelsen av semantiske grunning paradigmet til EEG også gir verdifull innsikt i nevrale mekanismene bak semantisk prosessering og kan gi tilleggsinformasjon som atferdsdata svar ikke fange. På grunn av volumet av romlige og tidsmessige som oppnås med EEG, kan denne metoden avdekke mer subtile forskjeller i semantisk behandling enn ville bli observert med atferdsdata svar. For eksempel, bruker i den tidligere studien dette paradigmet, Coderre et al. 6 fant at en N400 effekt oppstå i gruppen ASD svar på ordet stimuli, i motsetning til tidligere litteratur. imidlertid foreslo små forskjeller i tidsberegningen og topografi effekt at de to gruppene brukte ulike kognitive mekanismer for semantisk prosessering. I sum, kan en semantisk grunning ERP aktivitet med ord og bilder være nyttig for å studere domene-general semantisk prosessering, både i TD individer og klinisk bestander.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatteren har ikke noe å avsløre.

Acknowledgments

Utviklingen av dette paradigmet ble støttet av terapeutiske kognitiv nevrovitenskap fondet og Benjamin og Adith Miller familie legat aldring, Alzheimer og autisme forskning.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tager-Flusberg, H., Paul, R., Lord, C. Language and communication in autism. Handbook of Autism and Pervasive Developmental Disorders. 335-364 (2005).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Dunn, M. A., Gaughan, H. Jr, Kreuzer, J., Kurtzberg, D. Electrophysiologic correlates of semantic classification in autistic and normal children. Developmental Neuropsychology. 16, (1), 79-99 (1999).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. McNamara, T. P. Semantic priming: Perspectives from memory and word recognition. (2005).
  9. McPherson, W. B., Holcomb, P. J. An electrophysiological investigation of semantic priming with pictures of real objects. Psychophysiology. 36, 53-65 (1999).
  10. 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).
  11. Kutas, M., Hillyard, S. Reading Senseless Sentences: Brain Potentials Reflect Semantic Incongruity. Science. 207, (4427), 203-205 (1980).
  12. Lau, E. F., Phillips, C., Poeppel, D. A cortical network for semantics: (de)constructing the N400. Nature Reviews Neuroscience. 9, (12), 920-933 (2008).
  13. 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).
  14. Barrett, S. E., Rugg, M. D. Event-Related Potentials and the Semantic Matching of Pictures. Brain and Cognition. 201-212 (1990).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Nigam, A., Hoffman, J. E., Simons, R. F. N400 to Semantically Anomalous Pictures and Words. Journal of Cognitive Neuroscience. 4, (1), 15-22 (1992).
  18. Coltheart, M. The MRC psycholinguistic database. Quarterly Journal of Experimental Psychology. 33A, 497-505 (1981).
  19. 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).
  20. Davies, M. The Corpus of Contemporary American English: 450 million words, 1990-present. (2009).
  21. Zuccolotto, A. P., Roush, R. E., Eschman, A., Schneider, W. E-Prime 2.0 Getting Started Guide. (2012).
  22. 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).
  23. Tools, P. S. E-Prime Extensions for Net Station 2.0 User Manual. (2014).
  24. Electrical Geodesics Inc. Net Station 5 User Manual. (2017).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. The MIT Press. Cambridge, Massachusetts. (2005).
  30. 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).
  31. Tanner, D., Van Hell, J. G. ERPs reveal individual differences in morphosyntactic processing. Neuropsychologia. 56, 289-301 (2014).
  32. D'Arcy, R. C. N., et al. Electrophysiological assessment of language function following stroke. Clinical Neurophysiology. 114, (4), 662-672 (2003).
  33. 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).
  34. Davis, G., Plaisted-Grant, K. Low endogenous neural noise in autism. Autism. 19, (3), 351-362 (2015).
  35. 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).
  36. Matson, J. L., Shoemaker, M. Intellectual disability and its relationship to autism spectrum disorders. Research in Developmental Disabilities. 30, (6), 1107-1114 (2009).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics