Barn med autismspektrumstörning (ASD) har brister i motorkontroll, imitation och social funktion. Bidrar en dysfunktion i den neurala basen av att representera interna handlingsmodeller till dessa problem? Vi mätte mönster av generalisering som barn lärde sig att kontrollera ett nytt verktyg och fann att den autistiska hjärnan byggde ett starkare än normalt samband mellan självgenererade motorkommandon och proprioceptiv feedback; dessutom, ju större tillit till proprioception, desto större är barnets funktions- och imitationsnedsättningar. Teori antyder att när hjärnan lär sig att utföra en rörelse, bygger den ett samband mellan motoriska kommandon och sensorisk återkoppling. Dessa interna modeller gör det möjligt för hjärnan att förutsäga de sensoriska konsekvenserna av självgenererade motorkommandon och att producera motorkommandon som maximerar förväntade belöningar vid en minsta ansträngning 1. Barn med autism har nedsatt motorkontroll 2 och imitation 3. Finns det en grundläggande skillnad i hur dessa barn bygger associationer mellan sina motoriska kommandon och sensorisk feedback? Generalisering är en signatur av aktiveringsfälten av neuroner med vilka hjärnan bildar en intern modell 4. För att kvantifiera representationen av interna modeller i den autistiska hjärnan, mätte vi mönster av generalisering som autistiska barn lärt sig att kontrollera ett nytt verktyg. Vi bad 14 barn med ASD (ålder, 10.5 ± 1,7 år) och 13 barn (ålder, 10.4 ± 1,8 år) att spela ett spel där de höll en robotarm i handen och nådde med den för att fånga djur som hade rymt från ett zoo (se Kompletterande metoder). Roboten störde barnens armrörelser genom att producera ett kraftfält och barnen lärde sig kontrollera verktyget för att fånga djuren. I denna uppgift bygger den typiskt utvecklande hjärnan ett samband mellan självgenererade motoriska kommandon och de sensoriska konsekvenserna (visuella och proprioceptiva). Styrkan i varje association kan härledas genom hur hjärnan generaliserar lärandet från de tränade rörelserna till nya rörelser. Utbildningen ägde rum i vänster arbetsyta (mål 1; Bild. 1a ) medan ett hastighetsberoende fält tryckte sin hand vinkelrät mot rörelseriktningen. Vi kvantifierade generalisering i rätt arbetsyta i de inneboende koordinaterna för armen (mål 3, identiska gemensamma rotationer jämfört med mål 1), och i de extrinsiska koordinaterna för uppgiften (mål 2, identisk handrörelse jämfört med mål 1). Rörelser till mål 2 och 3 gjordes alltid i "terror-klamp" försök, där roboten producerade en kanal som artificiellt eliminerade rörelsefel, men tillät oss att mäta kraftutmatning vid handen. Under den baslinjeperiod under vilken inga störningar förekom, gav både ASD och typiska utvecklingsgrupper upphov till raka rörelser (Fig. 1b)................................................................................................ Vid presentationen av fältet, var handbana störd (Fig. 1b) och sidoavvikelserna minskade med träning (Fig. 1c), vilket anger jämförbar inlärningsfrekvens (F 1 979 1⁄4 1,8, P 1⁄4 0,20). I slumpmässigt utvalda försök presenterades en felklämma. Vi kvantifierade storleken av anpassning / generalisering på varje fellampa försök genom att beräkna förhållandet mellan den maximala sidokraft som produceras av barnet och den ideala kraft som krävs för ersättning på den försök (Fig. 1d)........................................................................................................... De tre målen presenterades slumpmässigt. För mål 1, 6 av 96 försök var felklämma, medan alla försök var felklämma för de andra målen. För mål 2 och 3 tränades därför barnen aldrig i ett kraftfält och upplevde aldrig fel. Denna design gjorde det möjligt för oss att samtidigt analysera lärande och generalisering. Vi ritade upp anpassningsindexet för varje målriktning under felklampsförsöken (Fig. 1d)........................................................................................................... Genomsnittet av de fem första försöken i testblocket användes som ett mått på generalisering (Fig. 1e)............................................................................................................ Ytligt sett verkade inlärningen vara normal hos barn med ASD; prestandan för mål 1 var oskiljaktig från den hos barn som normalt utvecklades både i den senaste inlärningsstudien (P 1⁄4 0,18) och testförsöken (P 1⁄4 0,94). Generaliseringsmönstren var dock markant olika (F 1,25 1⁄4 15, P o 0,001, interaktion mellan grupp och målriktning). Vanligtvis utvecklar barn generaliserade till rätt arbetsyta både i inneboende (P o 0,001) och extrinsic (P 1⁄4 0,003) koordinater, medan barn med ASD generaliserade i inneboende koordinater (P o 0,0001), men inte i extrinsiska koordinater (P 1⁄4 0,30). Dessutom, barn med ASD generaliserade ungefär dubbelt så starka som typiskt utveckla barn i inneboende koordinater (Bonferroni post hoc t test, P 1⁄4 0.0017), återspeglar en mycket starkare än normalt samband mellan motoriska kommandon och proprioceptiv feedback 5. I denna uppgift, de neuroner som deltar i att representera den interna modellen inkluderar celler i den primära motoriska cortex (M1) 6 och premotoriska cortex 7. Dessa celler har tydliga aktiveringsfält och axonal anslutning. Aktiveringsfälten av M1-celler tenderar att vara i de inneboende koordinaterna av leder och muskler 8 och dessa celler är starkt anslutna till intilliggande somatosensory cortex. I kontrast, aktiveringsfälten av premotoriska celler tenderar att vara i de extrinsiska koordinaterna för uppgiften 9 och cellerna har täta, långa avstånd anslutningar till den bakre parietal cortex. I hjärnan hos typiskt utvecklande barn, nå anpassning producerad generalisering i båda koordinatsystem, vilket är förenligt med en representation som engagerade både kortdistansanslutningar av primärmotor/somatosensoriska regioner och långdistans anslutningar av premotoriska / bakre parietal regioner. I hjärnan hos barn med ASD, men det finns en överväxt av lokala kortikala anslutningar 10 med ökad vit substans volym i
Haswell och Al. REF, fann att barn med ASD förlitar sig mer på proprioceptiv information för att lära sig motoriska uppgifter.
Representation of internal models of action in the autistic brain
{'venue': 'Nature Neuroscience', 'journal': 'Nature Neuroscience', 'mag_field_of_study': ['Psychology', 'Medicine']}