Perception of looming audiovisual motion in 6-year-olds: A high-density EEG study of full-term and preterm children

Abstract

Motkommende objekter i kollisjonskurs mot individet genererer unik multisensorisk informasjon som kan signalisere fare eller mulighet. Hensikten med denne studien var å undersøke om det var noen forskjeller mellom fullbårne og premature 6-åringers kortikale og atferdsmessige responser til en audiovisuell looming (voksende) stimulus (roterende sirkel) under tre forskjellige hastigheter, ved bruk av høydensitet elektroencefalogram (HD-EEG). I tillegg ble barnas motoriske ferdigheter testet gjennom Movement Assessment Battery for Children (M-ABC). Dette er den første studien innenfor looming paradigmet som rapporterer om elektrisk overlapping mellom auditive og visuelle modaliteter som et tegn på audiovisuell integrering hos 6-åringer. Under visuell skanning av EEG-data ble det observert elektrisk aktivitet som beveget seg i en bane fra superior temporal sulcus/primær auditiv cortex til visuell cortex, og/eller direkte opp til øvre parietale hjerneområder, tilsvarende kortikale områder av dorsalstrømmen. Det ble også observert aktivitet i visuell cortex som beveget seg videre oppover dorsalstrømmen i møte med auditiv aktivering i parietale regioner. Vår statistiske analyse av tid-til-kollisjon av visuelle (VEP) og auditive fremkalte potensialer (AEP) viste at fullbårne barns looming-relaterte VEP- og AEP-responser var signifikant nærmere tid-til-kollisjon, sammenlignet med premature barn. De fullbårne barna viste AEPer og VEPer på relativt lik tid-til-kollisjon, mens pretermines VEPer var signifikante tidligere enn deres AEPer i looming sekvensen. Fullbårne så ut til å ha matchende timing strategier mellom modaliteter, ettersom både AEPene og VEPene deres hadde en relativt konstant tid-til-kollisjon, uavhengig av loomens hastighet. Dette så ikke ut til å forekomme blant premature barn ettersom AEP-verdiene deres økte med synkende looms hastighet, mens VEPene deres var relativt fiksert på en konstant tid-til-kollisjon, uavhengig av loomens hastighet. Samlet sett tyder resultatene på at den premature 6 år gamle hjernen har dårligere audiovisuell integrering enn den fullbårne og kompenserer auditivt for en nedsatt visuell bevegelses persepsjon. Pretermine barn ser også ut til å ha problemer med estimeringing av loomens kollisjonstid, sammenliknet med de fullbårne barna. Den kompenserende funksjonen til den auditive modaliteten, som minner om en overlevelsesstrategi, kan være en forklarende faktor til hvorfor vi ikke fant noen forskjeller mellom premature og fullbårne barns motoriske ferdigheter.

Approaching objects on a collision course generate unique multisensory information which may signal danger or opportunity to the perceiver. The purpose of this study was to investigate whether there were any differences between full-term and premature 6-year-olds' cortical and behavioural responses to an audiovisual looming (approaching) stimulus (rotating circle) at three different speeds, using high-density electroencephalogram (HD-EEG). In addition, the children's motor skills were tested by using the Movement Assessment Battery for Children (M-ABC). This is the first study within the looming paradigm to report electrical overlap between auditory and visual modalities as a sign of audiovisual integration in 6-year-olds. During visual scanning of EEG data, observation was made of electrical activity moving in a trajectory from superior temporal sulcus/primary auditory cortex to visual cortex, and/or directly up to upper parietal brain areas, corresponding to cortical areas of the dorsal stream. Also, activity in visual cortex was observed to progress further up the dorsal stream and encountered the auditory activation in parietal regions. Our statistical analysis of time-to-collision of visual (VEP) and auditory evoked potentials (AEP) showed that full-term children’s looming-related VEP and AEP responses were significantly closer to time-to-collision, compared to those of preterm children. Full-terms AEPs and VEPs were at relative equal time-to-collision, while the preterms VEPs were significant earlier than their AEPs in the looming sequence. Full-terms were found to adopt matching timing strategies between modalities, as both their AEPs and VEPs were at a relatively constant time-to-collision, regardless of the speed of the loom. This did not seem occur among preterms as their AEP values increased with decreasing loom speed, while their VEPs was relatively fixed on a constant time-to-collision. Overall, the results suggest that the preterm 6-year-old brain have poorer audiovisual integration than full-terms and may be compensating auditorily for an impaired visual motion perception. Preterm children also seem to have problems with estimating the loom's collision time, compared to the full-term children. The compensatory function of the auditory modality, reminiscent of a survival strategy, may be an explanatory factor to why we found no differences between preterms and full-terms motor performance.