בדיקת תפקוד חושי ורב-חושי בילדים עם הפרעת ספקטרום האוטיזם
Summary
We describe how to implement a battery of behavioral tasks to examine the processing and integration of sensory stimuli in children with ASD. The goal is to characterize individual differences in temporal processing of simple auditory and visual stimuli and relate these to higher order perceptual skills like speech perception.
Abstract
בנוסף לליקויים בתקשורת חברתית ואת הנוכחות של תחומי עניין מוגבלים והתנהגויות חוזרות, גירעונות בעיבוד חושי כעת הוכרו כסימפטום ליבה בספקטרום האוטיסטי (ASD). היכולת שלנו לתפוס ואינטראקציה עם העולם החיצוני מושרשת בעיבוד חושי. לדוגמא, האזנה לשיחה כרוכה בעיבוד האותות השמיעתיים המגיעים מהרמקול (תוכן נאום, הפרוזודיה, תחביר), כמו גם המידע הקשור חזותי (הבעות פנים, מחוות). באופן קולקטיבי, "האינטגרציה" של יצירות אלה רבים-חושיים (כלומר, אור-קולי בשילוב) של תוצאות מידע בהבנה טובה יותר. שילוב רב-חושי כגון הוכח להיות מאוד תלוי ביחסים זמניים של הגירויים לזווג. לפיכך, גירויים המתרחשים בסמיכות זמניות קרובות הם סביר מאוד לגרום ליתרונות התנהגות ותפיסתי – הרווחים האמינו להיות רעיוני שלשיקול הדעת של המערכת התפיסתית של הסבירות ששני הגירויים האלה באו מאותו המקור. שינויים בשילוב זמני זה צפויים מאוד לשנות תהליכים תפיסתיים, והם עשויים להפחית את היכולת לתפוס בצורה מדויקת ואינטראקציה עם העולם שלנו. כאן, סוללה של משימות שנועדו לאפיין היבטים שונים של עיבוד זמני חושי ורב-חושי בילדים עם ASD מתוארת. בנוסף לשירות שלה באוטיזם, יש סוללה זו פוטנציאל גדול לאפיון שינויים בתפקוד חושי באוכלוסיות קליניות אחרות, כמו גם בשימוש כדי לבחון את השינויים בתהליכים אלה על פני אורך החיים.
Introduction
מחקר מדעי מוח מסורתי לעתים קרובות פנה הבנת תפיסה חושית על ידי התמקדות במערכות חוש האדם. עם זאת, בסביבה מורכבת ממגוון רחב של תשומות חושיות שמשולבים בנוף תפיסתי אחיד של העולם באופן לכאורה ללא מאמץ. העובדה שאנחנו קיימים בסביבה רבה-חושית עשירה כגון מחייבת אותנו להבין טוב יותר את הדרך שבה המוח משלב מידע במערכות חישה השונות. הצורך בהבנה זו מוגבר יותר על ידי העובדה שהנוכחות של מספר חתיכות של מידע חושי לעתים קרובות תוצאות שיפורים משמעותיים בהתנהגות ותפיסה 1-3. לדוגמא, יש שיפור גדול (עד 15 dB ביחס אות לרעש) ביכולת להבין דיבור בסביבה רועשת אם הצופה יכול גם לראות תנועות השפתיים של הדובר 4-7.
אחד הגורמים העיקריים שמשפיע על אופן התשומות חושיות השונות משולבות ומשולבות היא הקרבה הזמנית היחסית שלהם. אם שני רמזים חושיים מתרחשים קרוב זה לזה בזמן, מבנה זמני שמציע מוצא משותף, הם עשויים מאוד להיות משולבים כפי שמעידים שינויים בהתנהגות ותפיסה 8-12. אחד הכלים החזקים ביותר לניסוי שבחן את ההשפעה של מבנה זמני רב-חושי בתגובות התנהגותיות ותפיסתי הוא פסק דין בו-זמני (SJ) משימות 13-16. במשימה כזו, גירויים רבים חושי (למשל, חזותי ושמיעתי) הם לזווג בasynchronies השונים הופעת גירוי (SOA) הנע בין אובייקטיבי בו זמנית (כלומר., זמני קיזוז של 0 אלפיות שני) ל( למשל, msec 400) אסינכרוני מאוד. משתתפים מתבקשים לשפוט את הגירויים בו זמנית כאו לא דרך לחץ על לחצן פשוט. במשימה כזו, גם כאשר הגירויים החזותיים ושמיעתיים מוצגים בSOAS של 100 אלפיות שני או יותר, נושאים מדווחים כי הזוגהיה בו-זמנית על חלק גדול מניסויים. חלון זמן שבו שתי כניסות יכולות להתרחש ויש סבירות גבוהה שנתפס כמתרחשת בו-זמנית ידוע כחלון הזמן המחייב (TBW) 17-19.
TBW הוא מבנה האתולוגיה מאוד, בכך שהוא מייצג את הסדירויות הסטטיסטיות של העולם הסובב אותנו 19. "החלון" מספק גמישות למפרט של אירועים ממוצא משותף; אחד המאפשר לגירויים המתרחשים במרחקים שונים בזמנים שונים התפשטות (פיסיים ועצביים) עדיין להיות "כבול" לזה. עם זאת, למרות שTBW הוא מבנה הסתברותי, שינויים שלהרחיב (או חוזה) בגודל של חלון זה עשוי להיות להם מדורג ולוואי מזיק על התפיסה 20,21.
הפרעה בספקטרום האוטיסטי (ASD) היא הפרעת נוירו-התפתחותי שאובחנה באופן קלאסי on בסיס הגירעונות בתקשורת חברתית ואת הנוכחות של תחומי עניין מוגבלים והתנהגויות חוזרות 22. בנוסף, וכפי שעוגן לאחרונה ב- DSM-5, ילדים עם ASD לעתים קרובות להציג שינויים בתגובותיהם לגירויים חושיים. במקום להיות מוגבל לתחושה אחת, גירעונות אלה לעתים קרובות להקיף את החושים רבים, כולל שמיעה, מגע, שיווי משקל, טעם וחזון. יחד עם הצגה "רבה-חושית" כזה, אנשים עם ASD לעתים קרובות להציג גירעונות בתחום הזמני. באופן קולקטיבי, תצפיות אלה מראים כי פונקציה של זמן רב חושית עשויה להשתנות באופן מועדף באוטיזם 17,23-25. למרות שתואמת את ההשקפה של תפקוד חושי שינה בASD, שינויים בתפקוד זמני רב-חושי יכולים להיות גם תורם חשוב לגירעונות בתקשורת החברתית בASD, מתוך הבנה לחשיבות מהירה ומדויק מחייב של גירויים רבים חושיים לפונקציות חברתיות והתקשורתית. קח כn דוגמא חילופי הנאום שתוארו לעיל שבו מידע חשוב כלול בשני השמיעתי וחזותיים אופנים. ואכן, משימות אלה היו בשימוש כדי להדגים הבדלים משמעותיים ברוחב של TBW הרב החושי בילדים תפקוד גבוהים עם אוטיזם 26-28.
בשל חשיבותה לתפקוד נורמלי תפיסתי, ההשלכות האפשריות שלה לתהליכים מסדר גבוהים יותר כגון תקשורת חברתית (ויכולות קוגניטיביות אחרות), והרלוונטיות הקלינית שלה, סוללה של משימות שנועדו להעריך את התפקוד זמני רב חושי בילדים עם ASD מתוארת.
Protocol
Representative Results
Discussion
כתב היד מתארת אלמנטים של סוללה משימת הפסיכו-פיזית המשמשות להערכת עיבוד וחדות זמניים במחקר חושי ומערכות רבות-חושיות. יש הסוללה תחולה רחבה למספר האוכלוסיות וכבר בשימוש על ידי המעבדה שלנו כדי לאפיין את הביצועים זמניים אורקולי במבוגרים טיפוסיים 18, ילדים 10,39,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by NIH R21CA183492, the Simons Foundation, the Wallace Research Foundation, and by CTSA award UL1TR000445 from the National Center for Advancing Translational Sciences.
Materials
| Oscilloscope | |||
| Photovoltaic cell | |||
| Microphone | |||
| Noise-cancelling headphones | |||
| Chin rest | |||
| Audiometer |
References
- Calvert, G. A., Spence, C., Stein, B. E. . Handbook of Multisensory Processes. , (2004).
- Stein, B. E., Meredith, M. A. . The Merging of the Senses. , 224 (1993).
- King, A. J., Calvert, G. A. Multisensory integration: perceptual grouping by eye and ear. Curr Biol. 11 (8), R322-R325 (2001).
- Stevenson, R. A., James, T. W. Audiovisual integration in human superior temporal sulcus: Inverse effectiveness and the neural processing of speech and object recognition. NeuroImage. 44 (3), 1210-1223 (2009).
- MacLeod, A., Summerfield, A. Q. A procedure for measuring auditory and audio-visual speech-reception thresholds for sentences in noise: rationale, evaluation, and recommendations for use. Br J Audiol. 24 (1), 29-43 (1990).
- Sumby, W. H., Pollack, I. Visual Contribution to Speech Intelligibility in Noise. J. Acoust. Soc. Am. 26, 212-215 (1954).
- Bishop, C. W., Miller, L. M. A multisensory cortical network for understanding speech in noise. J Cogn Neurosci. 21 (9), 1790-1805 (2009).
- Stevenson, R. a., Wallace, M. T. Multisensory temporal integration: task and stimulus dependencies. Exp Brain Res. 227 (2), 249-261 (2013).
- Colonius, H., Diederich, A., Steenken, R. Time-window-of-integration (TWIN) model for saccadic reaction time: effect of auditory masker level on visual-auditory spatial interaction in elevation. Brain Topogr. 21 (3-4), 177-184 (2009).
- Hillock, A. R., Powers, A. R., Wallace, M. T. Binding of sights and sounds: age-related changes in multisensory temporal processing. Neuropsychologia. 49, 461-467 (2011).
- Wallace, M. T. Unifying multisensory signals across time and space. Exp Brain Res. 158 (2), 252-258 (2004).
- Alais, D., Newell, F. N., Mamassian, P. Multisensory processing in review: from physiology to behaviour. Seeing Perceiving. 23 (1), 3-38 (2010).
- Conrey, B., Pisoni, D. B. Auditory-visual speech perception and synchrony detection for speech and nonspeech signals. J Acoust Soc Am. 119 (6), 4065-4073 (2006).
- Stevenson, R. A., Fister, J. K., Barnett, Z. P., Nidiffer, A. R., Wallace, M. T. Interactions between the spatial and temporal stimulus factors that influence multisensory integration in human performance. Exp Brain Res. 219 (1), 121-137 (2012).
- Wassenhove, V., Grant, K. W., Poeppel, D. Temporal window of integration in auditory-visual speech perception. Neuropsychologia. 45 (3), 598-607 (2007).
- Eijk, R. L. J., Kohlrauch, A., Juola, J. F., Van De Par, S. Audiovisual synchrony and temporal order judgments: Effects of exerpimental method and stimulus type. Percept Psychophys. 70 (6), 955-968 (2008).
- Foss-Feig, J. H. An extended multisensory temporal binding window in autism spectrum disorders. Exp Brain Res. 203 (2), 381-389 (2010).
- Stevenson, R. A., Zemtsov, R. K., Wallace, M. T. Individual differences in the multisensory temporal binding window predict susceptibility to audiovisual illusions. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 38 (6), 1517-1529 (2012).
- Wallace, M. T., Stevenson, R. A. The construct of the multisensory temporal binding window and its dysregulation in developmental disabilities. Neuropsychologia. 64C, 105-123 (2014).
- Hairston, W. D., Burdette, J. H., Flowers, D. L., Wood, F. B., Wallace, M. T. Altered temporal profile of visual-auditory multisensory interactions in dyslexia. Exp Brain Res. 166 (3-4), 474-480 (2005).
- Carroll, C. A., Boggs, J., O’Donnell, B. F., Shekhar, A., Hetrick, W. P. Temporal processing dysfunction in schizophrenia. Brain Cogn. 67 (2), 150-161 (2008).
- Kanner, L. Autistic Disturbances of Affective Contact. Nervous Child. 2, 217-250 (1943).
- Kwakye, L. D., Foss-Feig, J. H., Cascio, C. J., Stone, W. L., Wallace, M. T. Altered auditory and multisensory temporal processing in autism spectrum disorders. Front Integr Neurosci. 4, 129 (2011).
- Boer-Schellekens, L., Eussen, M., Vroomen, J. Diminished sensitivity of audiovisual temporal order in autism spectrum disorder. Front Integr Neurosci. 7, 8 (2013).
- Bebko, J. M., Weiss, J. A., Demark, J. L., Gomez, P. Discrimination of temporal synchrony in intermodal events by children with autism and children with developmental disabilities without autism. J Child Psychol Psychiatry. 47 (1), 88-98 (2006).
- Stevenson, R. A. Brief Report: Arrested Development of Audiovisual Speech Perception in Autism Spectrum Disorders. J Autism Dev Disord. 44 (6), 1470-1477 (2013).
- Stevenson, R. A. Multisensory temporal integration in autism spectrum disorders. J Neurosci. 34 (3), 691-697 (2014).
- Stevenson, R. A. Evidence for Diminished Multisensory Integration in Autism Spectrum Disorders. J Autism Dev Disord. 44 (12), 3161-3167 (2014).
- Hodgdon, L. Q., Quill, Q. A. . Teaching children with autism: Strategies to enhance communication and socialization. , 265-286 (1995).
- Bryan, L. C., Gast, D. L. Teaching on-task and on-schedule behaviors to high-functioning children with autism via picture activity schedules. J Autism Dev Disord. 30 (6), 553-567 (2000).
- Liu, T., Breslin, C. M. The effect of a picture activity schedule on performance of the MABC-2 for children with autism spectrum disorder. Res Q Exerc Sport. 84 (2), 206-212 (2013).
- McGurk, H., MacDonald, J. Hearing lips and seeing voices. Nature. 264, 746-748 (1976).
- Colin, C., Radeau, M., Deltenre, P. Top-down and bottom-up modulation of audiovisual integration in speech. European Journal of Cognitive Psychology. 17 (4), 541-560 (2005).
- Boer-Schellekens, L., Eussen, M., Vroomen, J. Diminished sensitivity of audiovisual temporal order in autism spectrum disorder. Front Integr Neurosci. 7 (8), (2013).
- Lenroot, R. K., Yeung, P. K. Heterogeneity within Autism Spectrum Disorders: What have We Learned from Neuroimaging Studies. Front Hum Neurosci. 7, 733 (2013).
- Irwin, J. R., Tornatore, L. A., Brancazio, L., Whalen, D. H. Can children with autism spectrum disorders ‘hear’ a speaking face. Child Dev. 82 (5), 1397-1403 (2011).
- Woynaroski, T. G. Multisensory Speech Perception in Children with Autism Spectrum Disorders. J Autism Dev Disord. 43 (12), 2891-2902 (2013).
- Magnotti, J. F., Beauchamp, M. S. The Noisy Encoding of Disparity Model of the McGurk Effect. Psychonomic Bulletin & Review. , (2014).
- Hillock-Dunn, A., Wallace, M. T. Developmental changes in the multisensory temporal binding window persist into adolescence. Dev Sci. 15 (5), 688-696 (2012).
