Summary

חשיפת חירשות Beat: הפרעות קצב זיהוי עם אצבע מסונכרנות הקשה ומשימות תזמון תפיסתי

Published: March 16, 2015
doi:

Summary

משימות התנהגותיות המאפשרות ההערכה של יכולות תזמון תפיסתי והסנסורית באוכלוסייה הכללית (כלומר, שאינם מוזיקאים) מוצגות. סנכרון של אצבע הקשה לפי הקצב של גירויים שמיעתיים וגילוי אי סדרים קצביים מספק אמצעי לגילוי הפרעות קצב.

Abstract

סט של משימות התנהגותיות להערכת יכולות תזמון תפיסתי והסנסורית באוכלוסייה הכללית (כלומר, שאינם מוזיקאים) מוצג כאן במטרה לחשוף הפרעות קצב, כגון חירשות פעימה. חירשות Beat מתאפיינת בביצועים ירודים בתפיסת המשכים בדפוסים קצביים שמיעתיים או סנכרון לקוי של תנועה עם מקצבים שמיעתיים (למשל, עם פעימות מוסיקליות). משימות אלה כוללות הסנכרון של אצבע הקשה לפי הקצב של גירויים שמיעתיים פשוטים ומורכבים וזיהוי של אי סדרים קצביים (משימת איתור anisochrony) המשובצים באותו גירויים. בדיקות אלה, שהם קלים לניהול, כוללות הערכה של שני יכולות התפיסתיות והסנסורית תזמון בתנאים שונים (למשל, הכה שיעורים וסוגים שונים של חומרים שמיעתיים) ומבוססים על אותו הגירויים שמיעתיים, הנע בין מטרונום פשוט מורכב קטע מוסיקלי. ניתוח synchronized נתונים הקשה מתבצע עם סטטיסטיקה מעגלית, המספקות אמצעים אמינות של דיוק סנכרון (למשל, את ההבדל בין העיתוי של הברזים והעיתוי של גירויי צעדה) והעקביות. סטטיסטיקה חוזר בהקשת הנתונים טוב במיוחד מתאימה לאיתור הבדלים בין-אישיים באוכלוסייה הכללית. הקשה מסונכרנת וזיהוי anisochrony אמצעים רגישים לזיהוי פרופילים של הפרעות קצב והיה בשימוש עם הצלחה לחשוף מקרים של סנכרון עני עם תזמון תפיסתי בחיים. הערכה שיטתית זו של עיתוי תפיסתי והסנסורית ניתן להרחיב לאוכלוסיות של חולים עם נזק מוחי, מחלות ניווניות (למשל, מחלת פרקינסון), ופרעות התפתחותיות (למשל, הפרעת קשב והיפראקטיביות).

Introduction

בני אדם הם יעילים במיוחד בעיבוד משך אירועים המתרחשים בסביבה שלהם 1. בפרט, את היכולת לתפוס את הקצב של מוסיקה או התקתוק הקבוע של שעון ואת היכולת להעביר יחד עם זה (למשל, בריקוד או ספורט מסונכרן) נפוצה באוכלוסייה הכללית (כלומר, באנשים שלא קיבלה הכשרה מוזיקלית) 2,3. יכולות אלו נסמכות על רשת עצבית מורכבת של אזורים במוח בקליפת המוח (למשל, קליפת מוח הקדם-המוטורי והאזור המוטורי המשלים) ומבנים קורטיקליים, כגון גרעיני הבסיס והמוח הקטן 4-7.

שיבוש של רשת זו ועיבוד זמני עני כתוצאה מכך יכול להיגרם כתוצאה מנזק מוחי או ניוון עצבי 8-10, כפי שנצפה בחולים עם מחלת פרקינסון 11. תפיסה עם זאת, עניים של משך וסנכרון עניים בלאכול של מוסיקה גם יכול להתבטא באנשים בריאים בהעדר הנזק המוחי. למרות העובדה שרוב יכול לתפוס מקצבים שמיעתיים ולסנכרן את התנועה לקצב (לדוגמא, במוסיקה), יש יוצאים מן הכלל ראוי לציון. יש כמה אנשים קשיים גדולים בסנכרון תנועות הגוף שלהם או אצבע הקשה לפי הקצב של מוסיקה ויכולים להציג תפיסת פעימה עניה, מראים קשיים באפלית מנגינות עם הערות של משך שונה. מצב זה כבר מכונה "הכה חירשות" או "dysrhythmia" 2,12-14. לדוגמא, חירשות הכתה תוארה במחקר שנערך לאחרונה 13, שבו המקרה של חולה בשם Mathieu דווח. Mathieu לא היה מדויק במיוחד בהקפצה לקצב של שירים קצביים (שיר מרנגה למשל,). הסנכרון היה עדיין אפשרי, אבל רק לצלילי רצף isochronous פשוט (למשל, מטרונום). סנכרון עני היההקשורים בתפיסת פעימה עניה, כפי שנחשף על ידי הסוללה של מונטריאול הערכת Amusia (MBEA) 15. במשימה נוספת, Mathieu התבקש להתאים את התנועות של רקדנית למוזיקה; מעניין, Mathieu הציג תפיסת המגרש אינו פגום.

תפיסה עניה קצב וסנכרון עני, באנשי פעימה-חירשת עם תפיסת המגרש חסכה, נצפו במחקרים נוספים 2,12,14, ובכך לספק ראיות משכנעות לכך מקצב הפרעות יכולות להתרחש בבידוד. חירשות Beat לכן להבדיל מהתיאור האופייני של amusia המולדת (כלומר, חירשות טון), תפיסת המגרש הפרעת נוירו-התפתחותיים המשפיעה וייצור 16-19. מעניין, תפיסת קצב עניה וייצור יכולים לשתף להתרחש עם עיבוד המגרש גרוע ב12,16,20 amusia מולדים. עם זאת, תפיסת קצב עניה במקרה זה תלויה ביכולתו של פרט לתפוס את הווריאציה המגרש. כשוריאציות כר הדשא במנגינות יוסרו, amusics המולדת יכול להפלות בהצלחה הבדלי קצב 21.

הבדלים בין-אישיים חשובים נצפו בחירשות פעימה; עובדה זו ראויה לתשומת לב מיוחדת. ברוב המקרים, גם תפיסת קצב וסנכרון לקצב של מוסיקה הם 2,12-14 לקויים; עם זאת, סנכרון עני יכול להתרחש גם כאשר תפיסת קצב נחסכת 2. פרדה זו בין התפיסה ופעולה בתחום העיתוי הוכחה באמצעות מסונכרן משימות הקשה עם מגוון רחב של גירויים שמיעתיים קצביים (למשל, מטרונום ומוסיקה) ושימוש במשימות תפיסת קצב שונות (לדוגמא, האפליה של מנגינות המבוססות על משך פתק שונה וזיהוי של חריגות מisochrony ברצפים קצביים). ממצא זה בפרט רלוונטי משום שהוא מצביע על ההפרדה האפשרית של תפיסה ופעולה בכל קשור למנגנון תזמוןים, כפי שנצפה בעבר בעיבוד המגרש 17,22-25. התנתקויות נוספות היו מודגשות תלוי במורכבות הגירוי 2. רוב synchronizers העני הציג קשיים סלקטיבית עם גירויים מורכבים (למשל, מוסיקה או רעש מאופנן משרעת נגזרות מוסיקה), בזמן שהם עדיין הראו סנכרון מדויק ועקבי עם רצפי isochronous פשוטים; synchronizers העני אחר הראה הדפוס ההפוך. לסיכום, תוצאות אלו מתכנסות במצביעות על כך שיש מגוון של פנוטיפים של תזמון הפרעות באוכלוסייה הכללית (כפי שנצפה בתחומים אחרים של עיבוד מוסיקלי כגון המגרש 25,26), אשר דורשים סט רגיש של משימות כדי להתגלות. המאפיין את הדפוסים של הפרעות קצב הוא רלוונטי במיוחד כדי לשפוך אור על המנגנונים הספציפיים שלא פעלו כהלכה במערכת התזמון.

המטרה של השיטה מאוירת כאן היא לספק סט של משימות שיכולים להיותמשמש כדי לחשוף מקרים של חירשות פעימה באוכלוסייה הכללית ולזהות תת-סוגים שונים של הפרעות תזמון (למשל, משפיע על תפיסתי לעומת עיתוי הסנסורית או סוג מסוים של גירויים קצביים). יכולות תזמון הסנסורית בעיקר נבדקו באמצעות משימות אצבע הקשה עם חומר שמיעתי. משתתפים מתבקשים להקיש האצבע שלהם בתיאום עם גירויים שמיעתיים, כגון לרצף של צלילים במרווחים שווים בזמן או למוסיקה (כלומר, במשימה מסונכרנת או בקצב ההקשה 27-29). עוד פרדיגמה פופולרית, שהייתה המקור של מאמצים ניכרים דוגמנות 29-32, היא הפרדיגמה סנכרון-ההמשך, שבו משתתף ממשיך הקשה בשיעור הניתן על ידי מטרונום אחרי הקול הפסיק. תפיסת קצב היא למדה עם מגוון רחב של משימות, החל מאפליה משך, הערכה, ביתור (כלומר, השוואת המשכים ל'קצר 'ו& #39; סטנדרטים ארוכים '), וזיהוי של anisochrony (כלומר, לקבוע אם יש מרווח סוטה בתוך רצף isochronous) למשימת יישור פעימה (כלומר, גילוי אם מטרונום על גבי זו מוסיקה מיושרת עם הקצב) 1,2 , 20,33,34. רוב המחקרים התמקדו בתפיסת זמן, הכו ייצור או עיתוי הסנסורית, שנבדקו בבידוד. עם זאת, סביר להניח כי משימות שונות כגון מתייחסות למעט יכולות שונות (למשל, עיתוי מרווח לעומת עיתוי מבוסס פעימה, תפיסתי לעומת עיתוי הסנסורית) ואינן משקפות את תפקודם של אותם מנגנוני התזמון ומעגלים עצביים הקשורים. בעיה זו ניתנת לעקיפה על ידי שימוש בסוללות הציעו לאחרונה של משימות שלהעריך את שני יכולות תזמון תפיסתי והסנסורית. סוללות אלו תאפשר לחוקרים לקבל פרופיל מקיף של יכולות התזמון של פרט. דוגמאות לסוללות כאלה הן BEבבדיקת יישור (BAT) 34, הסוללה להערכה שמיעתית הסנסורית תזמון היכולות (BAASTA) 35, והרווארד ביט מבחן הערכה (H-BAT) 36. סוללות אלו מורכבות מקשת משימות עם מגוון רחב של גירויים שמיעתיים קצביים הנעים ממוסיקה לרצפי isochronous כמו גם משימות תפיסתיות (למשל, אפליית משך, זיהוי של היישור של מטרונום לקצב של מוסיקה, וanisochrony זיהוי). בכל המקרים, אותה הקבוצה של קטעים מוזיקליים שימשה במשימות תפיסתיות והסנסורית.

במאמר זה, אנו מדגימים סדרה של משימות כי הם יעילים במיוחד לגילוי דפוסים של הפרעות קצב באנשי פעימה-חירשת וsynchronizers העני, כפי שמוצגים במחקרים קודמים 2. משימות אלה הן חלק מסוללה גדולה יותר של בדיקות, BAASTA 35. יכולות תזמון הסנסורית נבדקות על ידי שואל משתתפים לנצל את האצבע שלהם לקצב של פשוט וגירויים שמיעתיים מורכבים (למשל, רצפי isochronous, מוסיקה, ורעש קצבי נגזר מגירויים מוזיקליים) 27,28. עיתוי תפיסתי נבדק עם משימת איתור anisochrony 2,20,33,37. סט של צלילי isochronous מוצג. במקרים מסוימים, אחד מהצלילים (למשל, הלפני אחרון) מוצג במוקדם או במאוחר מהצפוי על בסיס מבנה isochronous של הרצף השמיעתי. משתתפים מתבקשים לזהות חריגות מisochrony. היתרון של משימות תפיסה החושיות-המוטוריות וקצב אלה הוא ששניהם כרוכים ברצפים של גירויים (במקום משכי יחידים) וגירויים שונים של מורכבות. לפיכך, בהתבסס על ראיות קודמות, משימות אלה מספקים את התנאים אופטימליים כדי לחשוף פנוטיפים שונים של חירשות פעימה וסנכרון עני. תשומת לב מיוחדת מוקדשת לטכניקה שאומצה בניתוח נתוני סנכרון. טכניקה זו מבוססת על נתונים סטטיסטיים מעגליים, גישה שהיא בעיקרll-מתאים לבחינת סנכרון מדויק ועקבי לקצב.

Protocol

1. משימות סנכרון הכנת כלי הנגינה: חבר כלי קשה MIDI סטנדרטי למחשב באמצעות ממשק MIDI קונבנציונלי. הערה: רכישת נתונים מתממשת באמצעות כלי קשה אלקטרוני MIDI. המכשיר לוכד את העית…

Representative Results

המשימות שתוארו לעיל היו בשימוש בהצלחה כדי לאפיין את יכולות תזמון של אנשים ללא הכשרה מוזיקלית 2,34-36. במחקר שהנציג האחרון בקצב-חירשות 2, קבוצה של 99 שאינם מוזיקאים (סטודנטים) הוקרנו באמצעות שתי משימות סנכרון פשוטות. משתתפים מסונכרנים האצבע שלהם הקשה עם רצף isochr…

Discussion

המטרה של השיטה המתוארת היא לספק סדרה של משימות ואסטרטגיות ניתוח לאפיין את יכולות תזמון של רוב האנשים ולזהות מקרים של חירשות פעימה או סנכרון עני. השלבים הקריטיים של הפרוטוקול כרוך 1) ההתקנה של המכשירים המשמשים להצגת גירוי ואיסוף נתונים הקשה אצבע והתגובות של נבדקים, 2) ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was supported by an International Reintegration Grant (n. 14847) from the European Commission to SDB, and by a grant from Polish Narodowe Centrum Nauki (decision No. Dec-2011/01/N/HS6/04092) to JS.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Matlab Mathworks High-level language and interactive environment for numerical computation, visualization, and programming
MAX MSP Cycling '74 Software for data acquisition from MIDI-controlled interfaces, and stimulation presentation
Presentation Neurobehavioral Systems Software for conducting experiments in experimental psychology. Allows precisely-times stimulus delivery and collection of behavioral responses.
Roland HPD- 10 Roland Hand percussion pad (MIDI instrument)
EDIROL FA-66 Roland MIDI interfact to connect the MIDI instrument to the computer. 

References

  1. Grondin, S. . The Psychology of Time. , (2008).
  2. Sowiński, J., Dalla Bella, S. Poor synchronization to the beat may result from deficient auditory-motor mapping. Neuropsychologia. 51 (10), 1952-1963 (2013).
  3. Repp, B. H. Sensorimotor synchronization and perception of timing: Effects of music training and task experience. Hum. Mov. Sci. 29 (2), 200-213 (2010).
  4. Coull, J. T., Cheng, R. -. K., Meck, W. H. Neuroanatomical and neurochemical substrates of timing. Neuropsychopharmacology. 36 (1), 3-25 (2011).
  5. Wing, A. M. Voluntary timing and brain function: An information processing approach. Brain Cogn. 48 (1), 7-30 (2002).
  6. Ivry, R. B., Spencer, R. M. C. The neural representation of time. Curr. Opin. Neurobiol. 14 (2), 225-232 (2004).
  7. Watson, S. L., Grahn, J. A. Perspectives on rhythm processing in motor regions of the brain. Mus. Ther. Perspect. 31 (1), 25-30 (2013).
  8. Fries, W., Swihart, A. A. Disturbance of rhythm sense following right hemisphere damage. Neuropsychologia. 28 (12), 1317-1323 (1990).
  9. Schwartze, M., Keller, P. E., Patel, A. D., Kotz, S. A. The impact of basal ganglia lesions on sensorimotor synchronization, spontaneous motor tempo, and the detection of tempo changes. Behav. Brain Res. 216 (2), 685-691 (2011).
  10. Wilson, S. J., Pressing, J. L., Wales, R. J. Modelling rhythmic function in a musician post-stroke. Neuropsychologia. 40 (8), 1494-1505 (2002).
  11. Allman, M. J., Meck, W. H. Pathophysiological distortions in time perception and timed performance. Brain. 135 (3), 656-677 (2012).
  12. Dalla Bella, S., Peretz, I. Congenital amusia interferes with the ability to synchronize with music. Ann. N. Y. Acad. Sci. 999 (1), 166-169 (2003).
  13. Phillips-Silver, J., et al. Born to dance but beat-deaf: a new form of congenital amusia. Neuropsychologia. 49 (5), 961-969 (2011).
  14. Launay, J., Grube, M., Stewart, L. Dysrhythmia: A specific congenital rhythm perception deficit. Front. Psychol. 5, 18 (2014).
  15. Peretz, I., Champod , A. S., Hyde, K. L. Varieties of musical disorders. The Montreal Battery of Evaluation of Amusia. Ann. N. Y. Acad. Sci. 999 (1), 58-75 (2003).
  16. Ayotte, J., Peretz, I., Hyde, K. L. Congenital amusia: a group study of adults afflicted with a music-specific disorder. Brain. 125 (2), 238-251 (2002).
  17. Dalla Bella, S., Giguère, J. -. F., Peretz, I. Singing proficiency in the general population. J. Acoust. Soc. Am. 121 (2), 1182-1189 (2007).
  18. Peretz, I. Musical disorders: from behavior to genes. Curr. Dir. Psychol. Sci. 17 (5), 329-333 (2008).
  19. Peretz, I., Hyde, K. What is specific to music processing? Insights from congenital amusia. Trends in Cogn. Sci. 7 (8), 362-367 (2003).
  20. Hyde, K. L., Peretz, I. Brains that are out of tune but in time. Psychol. Sci. 15 (5), 356-360 (2004).
  21. Foxton, J. M., Nandy, R. K., Griffiths, T. D. Rhythm deficits in ‘tone deafness. Brain Cogn. 62 (1), 24-29 (2006).
  22. Dalla Bella, S., Giguère, J. -. F., Peretz, I. Singing in congenital amusia. J. Acoust. Soc. Am. 126 (1), 414-424 (2009).
  23. Loui, P., Guenther, F., Mathys, C., Schlaug, G. Action-perception mismatch in tone-deafness. Curr. Biol. 18 (8), R331-R332 (2008).
  24. Griffiths, T. D. Sensory systems: auditory action streams. Curr. Biol. 18 (9), R387-R388 (2008).
  25. Dalla Bella, S., Berkowska, M., Sowiński, J. Disorders of pitch production in tone deafness. Front. Psychol. 2, 164 (2011).
  26. Berkowska, M., Dalla Bella, S. Uncovering phenotypes of poor-pitch singing: the Sung Performance Battery (SPB). SPB). Front. Psychol. 4 (714), (2013).
  27. Repp, B. H. Sensorimotor synchronization: a review of the tapping literature. Psychon. Bull. Rev. 12 (6), 969-992 (2005).
  28. Repp, B. H., Altenmüller, E., Kesselring, J., Wiesendanger, M. Musical synchronization, and the brain. Music, motorcontrol. , 55-76 (2006).
  29. Vorberg, D., Wing, A., Heuer, H., Keele, S. W. Modeling variability and dependence in timing. Handbook of perception and action. 2, 181-162 (1996).
  30. Wing, A. M., Kristofferson, A. B. Response delays and the timing of discrete motor responses. Percept. Psychophys. 14 (1), 5-12 (1973).
  31. Wing, A. M., Kristofferson, A. B. The timing of interresponse intervals. Percept. Psychophys. 13 (3), 455-460 (1973).
  32. Ivry, R. B., Hazeltine, R. E. Perception and production of temporal intervals across a range of durations: Evidence for a common timing mechanism. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 21 (1), 3-1037 (1995).
  33. Ehrlé, N., Samson, S. Auditory discrimination of anisochrony: influence of the tempo and musical backgrounds of listeners. Brain Cogn. 58 (1), 133-147 (2005).
  34. Iversen, J. R., Patel, A. D., Miyazaki, K., et al. The Beat Alignment Test (BAT): Surveying beat processing abilities in the general population. Proceedings of the 10th International Conference on Music Perception and Cognition (ICMPC10. , 465-468 (2008).
  35. Benoit, C. -. E., Dalla Bella, S., et al. Musically cued gait-training improves both perceptual and motor timing in Parkinson’s disease. Front. Hum. Neurosci. 8, 494 (2014).
  36. Fujii, S., Schlaug, G. The Harvard Beat Assessment Test (H-BAT): A battery for assessing beat perception and production and their dissociation. Front. Hum. Neurosci. 7, 771 (2013).
  37. Schulze, H. H. The perception of temporal deviations in isochronic patterns. Percept. Psychophys. 45 (4), 291-296 (1989).
  38. Fisher, N. I. . Statistical analysis of circular data. , (1993).
  39. Berens, P. CircStat: a Matlab Toolbox for circular statistics. J. Stat. Soft. 31, 1-21 (2009).
  40. Kirschner, S., Tomasello, M. Joint drumming: social context facilitates synchronization in preschool children. J. Exp. Child Psychol. 102 (3), 299-314 (2009).
  41. Pecenka, N., Keller, P. E. The role of temporal prediction abilities in interpersonal sensorimotor synchronization. Exp. Brain Res. 211 (3-4), 505-515 (2011).
  42. Mardia, K. V., Jupp, P. E. . Directional statistics. , (1999).
  43. Wilkie, D. Rayleigh test for randomness of circular data. Appl. Stat. 32 (3), 311-312 (1983).
  44. Crawford, J. R., Garthwaite, P. H. Investigation of the single case in neuropsychology: Confidence limits on the abnormality of test scores and test score differences. Neuropsychologia. 40 (8), 1196-1208 (2002).
  45. Aschersleben, G. Temporal control of movements in sensorimotor synchronization. Brain Cogn. 48 (1), 66-79 (2002).
  46. Repp, B. H., Su, Y. -. H. Sensorimotor synchronization: A review of recent research (2006-2012). Psychon. Bull. Rev. 20 (3), 403-452 (2013).
  47. Stewart, L., von Kriegstein, K., Dalla Bella, S., Warren, J. D., Griffiths, T. D., Hallam, S., Cross, I., Thaut, M. Disorders of musical cognition. Oxford Handbook of Music Psychology. , 184-196 (2009).
  48. Noreika, V., Falter, C. M., Rubia, K. Timing deficits in attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD): Evidence from neurocognitive and neuroimaging studies. Neuropsychologia. 51 (2), 235-266 (2013).
  49. Lim, I., et al. Effects of external rhythmical cueing on gait in patients with Parkinson’s disease: a systematic review. Clin. Rehabil. 19 (7), 695-713 (2005).
  50. Spaulding, S. J., Barber, B., et al. Cueing and gait improvement among people with Parkinson’s disease: a meta-analysis. Arch. Phys. Med. Rehabil. 94 (3), 562-570 (2012).

Play Video

Cite This Article
Dalla Bella, S., Sowiński, J. Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks. J. Vis. Exp. (97), e51761, doi:10.3791/51761 (2015).

View Video