ABSTRACT
Psychoacoustic investigations have shown that many children with language-based learning disorders are at least mildly impaired in their reception of stop consonants, such as /b/, /d/, and /g/. The present thesis sought to examine behavioral and neurophysiological aspects of auditory processing in people with developmental dyslexia compared to normally literate controls. To this end, a series of psychophysical experiments and magnetoencephalographic recordings were conducted, involving stop consonant-vowel syllables. The auditory mismatch field (MMF) and other cortical event-related field (ERF) components served as dependent variables. As an important result, these studies pointed to deviances in hemispheric asymmetry of temporal-lobe sites in children and adolescents with dyslexia. Signal space analyses revealed an altered topographical distribution of the MMF, while source space analyses showed pronounced deviations in source positions of ERFs. These findings may reflect atypical organization of the primary auditory cortex and adjacent areas, in particular the planum temporale. Cross-sectional investigations indicate that a deviance in source configuration of magnetic waves around 100 ms after syllable presentation continue into adulthood. However, differences in hemispheric balance might be altered following linguistic training as suggested by a study in a small group of language-impaired children with symptoms of dyslexia. In addition to significant gains on performance measures of literacy skills, MMF responses showed a trend towards normalization after a four-week training period. A behavioral experiment inspired by the hypothesis of a temporal processing deficit for dyslexia suggests that limitations in auditory processing might be compensated by a well-functioning visual sensory modality: dyslexic children with poor discrimination performance on rapidly changing stop-consonant syllables reached high scores in a visual temporal-order task. Another study revealed two subgroups of dyslexic individuals differing in their discrimination ability of short and temporally extended stop consonant-vowel syllables both at the behavioral and neuronal level. Taken together, the studies indicate predominantly right-hemisphere deviances in children and adults with dyslexia. These observations complement hemodynamic studies of the human brain suggesting mainly a left-hemisphere dysfunction in dyslexia and characterize the temporal dynamic of the neural processes under consideration.
ZUSAMMENFASSUNG
Kinder mit sprachbezogenen Lernstörungen zeigen häufig Schwierigkeiten in der akustischen Wahrnehmung von Stopp-Konsonanten wie z.B. /b/, /d/ und /g/. In der vorliegenden Arbeit werden behaviorale und neurophysiologische Aspekte der auditiven Verarbeitung bei Personen mit entwicklungsbedingter Dyslexie im Vergleich zu Kontrollprobanden ohne Lese-Rechtschreibschwäche betrachtet. Im Rahmen mehrerer empirischer Studien wurden psychophysikalische und magnetoenzephalographische Untersuchungen zur Verarbeitung von Stopp-Konsonant-Vokalsilben durchgeführt. Als abhängige Variablen dienten das auditorische „mismatch field“ (MMF) und andere kortikale ereigniskorrelierte Feld-Komponenten (EKF). Die Ergebnisse weisen auf eine atypische Hemisphärenasymmetrie im Temporallappen bei Kindern und Jugendlichen mit Dyslexie hin. Im Vergleich zu den Kontrollpersonen zeigte sich bei Analysen im biomagnetischen Signalraum eine veränderte topographische Verteilung des MMF, während Analysen im Quellenraum deutliche Abweichungen in den Quellorten der EKFs offensichtlich werden ließen. Diese Befunde könnten eine atypische Organisation im primären auditorischen Kortex und angrenzender Gebiete, insbesondere im Bereich des Planum temporale, widerspiegeln. Untersuchungen im Querschnitt deuten darauf hin, dass Auffälligkeiten in der Quellenkonfiguration der magnetischen Komponenten von etwa 100 ms nach Silbenpräsentation auch im Erwachsenenalter noch feststellbar sind. Allerdings scheinen die Abweichungen in der hemisphärischen Balance durch ein linguistisches Training modifizierbar zu sein. Dies wird von einer Studie an einer kleinen Gruppe sprachbeeinträchtigter Kinder mit Dyslexie-Symptomatik nahegelegt: Neben Verbesserungen im Lesen und Rechtschreiben sowie in der phonologischen Verarbeitung zeigte die topographische Distribuierung des MMF nach einer vierwöchigen Trainingsperiode eine Tendenz zur Normalisierung. Ein Verhaltensexperiment auf der Basis der temporalen Verarbeitungsdefizit-Hypothese suggeriert, dass eine beeinträchtigte auditive Verarbeitung durch eine gut funktionierende visuelle Modalität kompensiert werden kann. So wiesen dyslektische Kinder mit schlechter Diskriminationsleistung auf sich schnell verändernde Stopp-Konsonant-Vokalsilben eine hohe Performanz in einer visuellen Aufgabe zur temporalen Ordnung auf. Eine weitere Studie legt zwei Subtypen von Dyslexie nahe, die sich in ihrer akustischen Differenzierungsfähigkeit kurzer und zeitlich verlängerter Stopp-Konsonant-Vokalsilben sowohl auf der Verhaltens- als auch auf der neurophysiologischen Ebene unterscheiden. In der Zusammenschau sprechen die Studien vorwiegend für Auffälligkeiten in der rechten Hemisphäre bei Kindern und Erwachsenen mit Dyslexie. Diese Befunde ergänzen Erkenntnisse aus Studien mit
bildgebenden Verfahren, die primär auf eine linkshemisphärische Dysfunktion bei Dyslexie hinweisen, und charakterisieren die zeitliche Dynamik dieser Auffälligkeit.
RESUMEN
Niños con problemas en el aprendizaje del lenguaje hablado y escrito, presentan con frecuencia dificultad en la percepción acústica de consonantes oclusivas (por ejemplo: /b/, /d/, y /g/). En esta tesis han sido estudiadas la conducta y la neurofisiología del procesamiento auditivo de personas con dislexia, y de un grupo control sin problemas en el dominio ya mencionado. Como métodos de análisis fueron realizados una serie de experimentos psicofísicos y magnetoencefalográficos, utilizando sílabas con consonantes oclusivas. Como variables dependientes fueron definidas el “mismatch field” (MMF) auditivo así como también otros campos magnéticos relacionados con eventos corticales (CRE). Los resultados indican una alteración de la asimetría hemisférica del lóbulo temporal de niños y adolescentes con dislexia. Los análisis del espacio de las señales biomagnéticas, revelaron un cambio en la distribución topográfica del MMF, mientras que los análisis del espacio de la fuente eléctrica demuestran una alteración de las localizaciones de la fuente de los CREs. Estos resultados podrían reflejar una organización atípica en el córtex auditivo primario y las regiones adyacentes, particularmente en la zona del plano temporal. Investigaciones transversales indican que alteraciones en la configuración de las fuentes eléctricas de los componentes magnéticos localizadas aproximadamente 100 ms post stímuli, pueden ser también identificadas en adultos. Sin embargo, las diferencias en la asimetría hemisférica parecen ser modificables por medio del uso de un entrenamiento lingüístico, como lo sugiere el estudio de un grupo pequeño de niños con problemas del lenguaje hablado y escrito. Además del mejoramiento en lectura y escritura, y en el procesamiento fonológico, después de un período de práctica de cuatro semanas, la distribución topográfica del MMF demostró una tendencia a la normalización. Un experimento conductual basado en la hipotésis del déficit de procesamiento temporal, sugiere que la reducción del procesamiento auditivo puede ser compensada por medio de una buena modalidad visual: los niños dislécticos con funcionamiento deficitario en la discriminación de sílabas compuestas de consonantes oclusivas rápidamente cambiantes, alcanzaron un alto rendimiento en una tarea visual de orden temporal. Otro estudio sugiere la existencia de dos subgrupos de individuos dislécticos.
Éstos se diferenciaron, por una parte, en su capacidad de discriminación de sílabas cortas y temporalmente ampliadas a nivel conductual en consonantes oclusivas, y por otra parte, a nivel neuronal. En su conjunto, los estudios indican predominantemente alteraciones del
hemisferio derecho en niños y adultos con dislexia. Estas observaciones se complementan con aquellos resultados obtenidos en estudios de neuroimagen funcional, los que principalmente sugieren una disfunción del hemisferio izquierdo y además caracterizan la dinámica temporal del fenómeno observado.