La rétroaction visuelle pendant la performance motrice est associée à une complexité accrue et à une adaptabilité des sorties motrices et neurales

Aperçu: G.M.

On pense que le comportement moteur complexe dépend de l'intégration sensorimotrice - le processus neuronal consistant à utiliser les entrées sensorielles pour planifier, guider et corriger les mouvements. Des études antérieures ont montré que la complexité de la production motrice est faible lorsque la rétroaction sensorielle est dissimulée pendant des tâches motrices de précision. Cependant, une grande partie de ces travaux de recherche a porté sur le comportement moteur plutôt que sur le traitement neural et n'a donc pas spécifiquement évalué le rôle du fonctionnement neuronal sensorimoteur dans l'exécution d'un comportement moteur complexe. 

La présente étude utilise une tâche de suivi de stimulus avec enregistrement électroencéphalographique (EEG) simultané pour évaluer l'effet du retour visuel sur les performances motrices, la complexité motrice et le traitement neuronal sensorimoteur chez des adultes en bonne santé. La complexité du signal EEG a été analysée pour capturer le contenu en informations dans les bandes de fréquences (alpha et bêta) et les régions du cuir chevelu (centrale, pariétale et occipitale) associées au traitement sensorimoteur. Conformément à la littérature précédente, la performance motrice et sa complexité étaient plus élevées lorsque le retour visuel était fourni par rapport au moment où il était dissimulé. La complexité du signal neural était également plus élevée lorsque le retour visuel était fourni. Ceci était plus robuste dans les bandes de fréquences (alpha et bêta) et dans les régions du cuir chevelu (pariétal et occipital) associées au traitement sensorimoteur. 

Les résultats montrent que la rétroaction visuelle augmente les informations disponibles pour le cerveau lors de la génération d'une sortie motrice complexe et adaptative.

Behav Brain Res. 2019 Sep 5:112214. doi: 10.1016/j.bbr.2019.112214

Visual feedback during motor performance is associated with increased complexity and adaptability of motor and neural output

Shafer RL¹, Solomon E², Newell KM³, Lewis MH⁴, Bodfish JW⁵.

Author information

1

Vanderbilt Brain Institute, Vanderbilt University, 6133 Medical Research Building III, 465 21(st)Avenue South, Nashville, TN, 37232, USA. Electronic address: robin.l.shafer@vanderbilt.edu.

2

Neuroscience and Behavior Program, Wesleyan University Rm 257 Hall-Atwater, Wesleyan University, Middletown, CT, 06459, USA. Electronic address: emsolomon@wesleyan.edu.

3

Department of Kinesiology, University of Georgia, G3 Aderhold Hall, 110 Carlton Street, Athens, GA, 30602, USA. Electronic address: kmn1@uga.edu.

4

Department of Psychiatry, University of Florida College of Medicine, PO Box 100256, L4-100 McKnight Brain Institute, 1149 Newell Drive, Gainesville, FL, 32611, USA. Electronic address: marklewis@ufl.edu.

5

Vanderbilt Brain Institute, Vanderbilt University, 6133 Medical Research Building III, 465 21(st)Avenue South, Nashville, TN, 37232, USA; Department of Hearing and Speech Sciences, Vanderbilt University Medical Center, 8310 Medical Center East, 1215 21(st)Avenue South, Nashville, TN, 37232, USA. Electronic address: jim.bodfish@vumc.org.

Abstract

Complex motor behavior is believed to be dependent on sensorimotor integration - the neural process of using sensory input to plan, guide, and correct movements. Previous studies have shown that the complexity of motor output is low when sensory feedback is withheld during precision motor tasks. However, much of this research has focused on motor behavior rather than neural processing, and therefore, has not specifically assessed the role of sensorimotor neural functioning in the execution of complex motor behavior. The present study uses a stimulus-tracking task with simultaneous electroencephalography (EEG) recording to assess the effect of visual feedback on motor performance, motor complexity, and sensorimotor neural processing in healthy adults. The complexity of the EEG signal was analyzed to capture the information content in frequency bands (alpha and beta) and scalp regions (central, parietal, and occipital) that are associated with sensorimotor processing. Consistent with previous literature, motor performance and its complexity were higher when visual feedback was provided relative to when it was withheld. The complexity of the neural signal was also higher when visual feedback was provided. This was most robust at frequency bands (alpha and beta) and scalp regions (parietal and occipital) associated with sensorimotor processing. The findings show that visual feedback increases the information available to the brain when generating complex, adaptive motor output.

Copyright © 2019. Published by Elsevier B.V.

PMID:31494179

DOI:10.1016/j.bbr.2019.112214

Évaluation diagnostique de phase 3 d'un jeu sérieux sur tablette graphique permettant d'identifier l'autisme chez 760 enfants âgés de 3 à 5 ans en Suède et au Royaume-Uni

Aperçu: G.M.

Des preuves récentes suggèrent qu'une perturbation du mouvement sous-jacente pourrait être une composante essentielle du "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) et un nouveau biomarqueur précoce accessible. Les technologies intelligentes mobiles telles que les iPad contiennent des capteurs de mouvement inertiel et des écrans tactiles capables d'enregistrer des modèles de mouvement inférieurs à la seconde pendant le jeu. Une étude pilote précédente avait recours à une analyse par apprentissage automatique de modèles moteurs enregistrés chez des enfants de 3 à 5 ans. Il a identifié les personnes avec un TSA parmi les témoins appariés selon l'âge et le sexe avec une précision de 93%, en présentant une méthode d'évaluation attrayante pouvant être utilisée à la maison, en clinique ou en classe.
METHODES ET ANALYSE:
Il s'agit d'une étude de classification diagnostique prospective de phase III conçue selon les directives des normes de rapport des études de précision du diagnostic. Trois cohortes sont étudiées: les enfants au développement typique (TD); les enfants avec un diagnostic clinique de TSA et les enfants avec un diagnostic d'un autre trouble neurodéveloppemental (OND) qui n'est pas un TSA. L’étude sera achevée à Glasgow, au Royaume-Uni, et à Göteborg, en Suède. L'objectif de recrutement est de 760 enfants (280 DT, 280 ASD et 200 OND). Les enfants jouent à deux jeux sur l'iPad, puis un algorithme d'acquisition et d'analyse de données tiers (Play.Care, Harimata) classera les données comme étant associées positivement ou négativement aux TSA. Les résultats sont aveugles jusqu'à ce que la collecte de données soit terminée, lorsque la classification de l'algorithme sera comparée au diagnostic médical. De plus, les parents des participants des groupes des TSA et des OND rempliront trois questionnaires: Questionnaire sur les forces et les difficultés; Syndromes symptomatiques précoces suscitant un questionnaire sur les examens cliniques neurodéveloppementaux et le système d'évaluation du comportement adaptatif-3 ou l'échelle de comportement adaptatif de Vineland-II. 

Le critère de jugement principal est la sensibilité et la spécificité de Play.Care pour différencier les enfants TSA des enfants TD. Les mesures de résultats secondaires incluent la précision de Play.Care pour différencier les enfants TSA des enfants OND.
ETHIQUE ET DIFFUSION:
Cette étude a été approuvée par le comité 3 du service d'éthique de la recherche dans l'ouest de l'Écosse et par le comité d'éthique de l'université de Strathclyde. Les résultats seront diffusés dans des publications examinées par des pairs et lors de conférences scientifiques internationales.
NUMÉRO D'ENREGISTREMENT DE L'ESSAI:  NCT03438994; Pré-résultats.

Cliquer ICI pour accéder à l'intégralité de l'article en anglais

BMJ Open. 2019 Jul 16;9(7):e026226. doi: 10.1136/bmjopen-2018-026226.

Phase 3 diagnostic evaluation of a smart tablet serious game to identify autism in 760 children 3-5 years old in Sweden and the United Kingdom

Millar L^1,2, McConnachie A³, Minnis H⁴, Wilson P⁵, Thompson L^5,6, Anzulewicz A⁷, Sobota K⁷, Rowe P^1,2, Gillberg C^4,6, Delafield-Butt J¹.

Author information

1

Laboratory for Innovation in Autism, University of Strathclyde, Glasgow, UK.

2

Biomedical Engineering, University of Strathclyde, Glasgow, UK.

3

Robertson Centre for Biostatistics, University of Glasgow, Glasgow, UK.

4

Mental Health and Wellbeing, University of Glasgow, Glasgow, UK.

5

Centre for Rural Health, University of Aberdeen, Aberdeen, UK.

6

Gillberg Neuropsychiatry Centre, Sahlgrenska Academy, University of Gothenburg, Gothenburg, Sweden.

7

Harimata sp. z o.o., Kraków, Poland.

Abstract

INTRODUCTION:

Recent evidence suggests an underlying movement disruption may be a core component of autism spectrum disorder (ASD) and a new, accessible early biomarker. Mobile smart technologies such as iPads contain inertial movement and touch screen sensors capable of recording subsecond movement patterns during gameplay. A previous pilot study employed machine learning analysis of motor patterns recorded from children 3-5 years old. It identified those with ASD from age-matched and gender-matched controls with 93% accuracy, presenting an attractive assessment method suitable for use in the home, clinic or classroom.

METHODS AND ANALYSIS:

This is a phase III prospective, diagnostic classification study designed according to the Standards for Reporting Diagnostic Accuracy Studies guidelines. Three cohorts are investigated: children typically developing (TD); children with a clinical diagnosis of ASD and children with a diagnosis of another neurodevelopmental disorder (OND) that is not ASD. The study will be completed in Glasgow, UK and Gothenburg, Sweden. The recruitment target is 760 children (280 TD, 280 ASD and 200 OND). Children play two games on the iPad then a third party data acquisition and analysis algorithm (Play.Care, Harimata) will classify the data as positively or negatively associated with ASD. The results are blind until data collection is complete, when the algorithm's classification will be compared against medical diagnosis. Furthermore, parents of participants in the ASD and OND groups will complete three questionnaires: Strengths and Difficulties Questionnaire; Early Symptomatic Syndromes Eliciting Neurodevelopmental Clinical Examinations Questionnaire and the Adaptive Behavioural Assessment System-3 or Vineland Adaptive Behavior Scales-II. The primary outcome measure is sensitivity and specificity of Play.Care to differentiate ASD children from TD children. Secondary outcomes measures include the accuracy of Play.Care to differentiate ASD children from OND children.

ETHICS AND DISSEMINATION:

This study was approved by the West of Scotland Research Ethics Service Committee 3 and the University of Strathclyde Ethics Committee. Results will be disseminated in peer-reviewed publications and at international scientific conferences.

TRIAL REGISTRATION NUMBER:

NCT03438994; Pre-results.

© Author(s) (or their employer(s)) 2019. Re-use permitted under CC BY-NC. No commercial re-use. See rights and permissions. Published by BMJ.

PMID:31315858

DOI:10.1136/bmjopen-2018-026226

La coordination motrice interpersonnelle au cours des actions conjointes chez les enfants avec et sans "trouble du spectre de l'autisme": Le rôle de l'information motrice

Aperçu: G.M.

La cinématique joue un rôle clé dans la prédiction de l'action, l'imitation et la coordination des actions conjointes. Bien que les personnes ayant un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme (dTSA) montrent une déficience à utiliser des signaux cinématiques pendant l'observation et l'imitation, il existe peu d'études explorant le rôle de ce dysfonctionnement au cours des actions conjointes chez les enfants avec dTSA.

L'objectif de cette étude est d'évaluer la coordination motrice interpersonnelle des enfants avec dTSA et des enfants qui se développent typiquement (TD) au cours d'une tâche d'action conjointe.

Vingt-deux participants ont effectué deux tâches de coopération. Dans la première (Clear End-Point), les enfants ont reçu des informations a priori sur le point final du mouvement. Dans la seconde (End-Point Unclear), le point final était inconnu et les enfants devaient utiliser des indices cinématiques pour atteindre le but commun.  

Les chercheurs n'ont trouvé aucune différence entre les groupes dans la première tâche, même si les enfants avec dTSA affichaient une plus grande variabilité du temps de réaction. Dans la deuxième tâche, ils ont montré des mouvements moins précis et plus lents que les enfants TD. De plus, leurs caractéristiques de mouvement ne différaient pas entre les deux tâches, alors que les enfants TD ont montré une variabilité réduite du temps de réaction et du nombre d'erreurs dans la seconde tâche.Les enfants avec dTSA ont montré un déficit dans la coordination de l'action conjointe lorsqu'ils devaient compter uniquement sur l'information cinématique. Ils n'étaient pas capables de prêter plus d'attention aux signaux cinématiques en l'absence d'un objectif visuel. 

Res Dev Disabil. 2018 Jun 4;80:13-23. doi: 10.1016/j.ridd.2018.05.018.

Interpersonal motor coordination during joint actions in children with and without autism spectrum disorder: The role of motor information

Fulceri F¹, Tonacci A², Lucaferro A³, Apicella F¹, Narzisi A¹, Vincenti G¹, Muratori F¹, Contaldo A⁴.

Author information

1

IRCCS Stella Maris Foundation, Viale del Tirreno 331, 56018, Calambrone, Pisa, Italy.

2

Clinical Physiology Institute, National Research Council of Italy (IFC-CNR), Via Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy.

3

Department of Information Engineering, University of Pisa, Via Caruso, 56100 Pisa, Italy.

4

IRCCS Stella Maris Foundation, Viale del Tirreno 331, 56018, Calambrone, Pisa, Italy. Electronic address: acontaldo@fsm.unipi.it

Abstract

BACKGROUND:

Kinematics plays a key role in action prediction, imitation and joint action coordination. Despite people with autism spectrum disorder (ASD) show a failure to use kinematic cues during observation and imitation, there is a paucity of studies exploring the role of this dysfunction during joint actions in children with ASD.

AIM:

To evaluate the interpersonal motor coordination of children with ASD and typically developing (TD) children during a joint action task.

METHOD:

Twenty-two participants performed two cooperative tasks. In the first one (Clear End-Point), children were provided with a priori information on movement end-point. In the second one (Unclear End-Point), the end-point was unknown and children had to use kinematic cues to accomplish the shared goal.

RESULTS:

We found no between-group differences in the first task, even if children with ASD displayed greater reaction time variability. In the second task, they showed less accurate and slower movements than TD children. Moreover, their movement features did not differ between the two tasks, whereas TD children showed reduced reaction time variability and number of errors in the second task.

CONCLUSION:

Children with ASD were impaired in joint action coordination when they had to rely only on kinematic information. They were not able to pay more attention to the kinematic cues in absence of a visual goal.

Copyright © 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved.

PMID:29879613

DOI:10.1016/j.ridd.2018.05.018