音频运动训练可以改善 视障儿童的行动能力和空间感外文翻译资料

音频运动训练可以改善

视障儿童的行动能力和空间感

作者：Giulia Cappagli1 , Sara Finocchietti1 , Elena Cocchi2 , Giuseppina Giammari3 , Roberta Zumiani4 , Anna Vera Cuppone1 , Gabriel Baud-Bovy5 ,6 amp; Monica Gori1.

摘要：由于已经证明视障儿童的空间感认知能力会受到影响，因此应尽早采用利用人脑可塑性的训练策略。在这里，我们开发并测试了一种新的训练协议，该协议基于增强音频-运动关联并因此支持视障儿童的空间发展。这项研究涉及44名6-17岁的视障儿童，他们被分配到实验性（ABBI训练）或控制性（传统训练）康复条件下。实验组接受了为期12周的密集但有趣的康复训练，在此期间，他们使用了用于盲人互动的音频手环（ABBI）进行了特别开发的音频空间练习。训练前后进行的一系列空间测试表明，儿童几乎在所有考虑的空间方面都有显著改善，而对照组没有任何改善。这些结果证实，失明情况下的知觉发展可以通过与身体运动自然相关的听觉反馈来提高。因此，尽早引入量身定制的音频运动训练可以潜在地防止视觉障碍儿童的空间发育延迟。

视障儿童往往在空间能力的发展方面表现出明显的障碍，特别是在听觉和本体感觉空间定位^1,2，触觉方向辨别³和声音到达⁴方面。他们还表现出几种运动技能的发育延迟⁵和与长时间的站立阶段相关的较慢的步行速度⁶。

视力残疾者通常采用的训练大多是单一模式的，也就是说，它们倾向于通过强烈和重复的视觉活动来增强残留的视觉信息⁷，或者通过感官替代装置来替代视觉输入（听觉或触觉)，将场景的视觉特性转化为声音或触觉刺激^8-10。尽管如此，多感官刺激在增强知觉功能和学习方面的好处已多次得到证明^11-13，这与以下事实有关：感知连贯的多感官刺激为多感官冗余提供了基础，有助于检测事件的模态特性¹⁴。因此，早期采用基于多感官训练的培训方法将增加和改善视力障碍人群的学习机会。

多感官刺激的正面结果已经在部分视觉障碍的个体中得到证实，这表明视听训练实际上可以促进长期的视觉空间功能^15-17，并可能产生长期的可塑性变化¹⁸。这些结果表明，交叉刺激的丰富经验可以增强大脑潜力来感知事件的多感官性质。

迄今为止，尚无研究评估完全丧失视力的人进行多感觉训练的潜力，主要是因为大部分研究已经投入到感官替代设备（SSD）的开发中，该设备旨在通过用不同的感官通道（即触觉或听觉）传递通常由失明感官传递的信息来替代失明感官（即视觉）。虽然这些设备可以为成人的特定感知任务提供支持¹⁰，但它们从未在儿童中进行过测试，主要是因为它们使用可能会压倒儿童的注意力资源，需要广泛的培训¹⁹。尽管如此，创新的康复训练应该特别针对儿童，因为在生命的最初阶段皮质可塑性最大，因此从有效的康复训练中获得的益处应该更大。

关于多感觉训练的重要性，我们小组的一项研究评估了短期多感觉音频运动训练对盲人空间能力的影响，表明它可以改善音频运动的编码。然而，尽管有人指出，在治疗护理中应尽早采用基于多种感官的培训，以促进身体意识的发展²¹，但很少有研究证明视力障碍儿童也能获得类似的改善。此外，一些研究评估了虚拟现实环境形式的多感官训练对空间知觉发展的影响，结合音频和触觉特征的这种技术可能有助于视障儿童对未知空间的预期探索和认知绘图^22-25。我们的研究小组初步测试了多感官康复训练对视觉障碍儿童的有效性，结果表明，在儿童早期，多感官信息的结合具有潜力²⁶。尽管如此，上述研究还是针对一小部分儿童（n=7）进行的，防止了对这种早期治疗干预的有效性以及视力障碍严重程度不同的多感官刺激的不同影响提出更一般和定性结论的可能性。

基于这个原因，本研究旨在以更严格的方式研究一种新的基于多感官刺激的训练对儿童整个童年时期空间发展的影响。我们提出的训练使用了一种新开发的技术，盲人交互音频手环（ABBI），当它被放置在一个主要的电子器件（如手腕）上时，会产生身体运动的听觉反馈，以便提供一个类似于正常儿童用来建立空间感的感觉运动信号（图1，更多信息见²⁷）。正如一些报告所指出的，视力正常的儿童通常通过增强视觉-运动对应性来获得空间能力²⁸，我们的方法可以通过将听觉反馈与有意识的运动动作结合起来，来调整一个人自己身体和外部空间之间的空间理解。事实上，音频运动传达空间信息，并允许个人以直观和直接的方式在空间中建立运动的表示。简单的技术，加上一套完整的练习，构成了ABBI训练。

lt;图 1。ABBI，盲人交互音频手环，是一个小型可穿戴定制设计的技术，集成了音频系统，运动传感器，和一个低耗电蓝牙模块与智能手机通信。ABBI 背后的核心思想是利用听觉模式来传达关于个人、周边和超个人空间内个人身体运动的空间信息。gt;

方法

参加者 3个不同的意大利培训中心：Istituto Chiossone(IC)、IRCCS Eugenio Medea (EM)和 IRIFOR (IT)招收了6-17岁的视障儿童。按照意大利法律的要求，该研究分别得到培训中心所属地区相关道德委员会的批准，即ASL3 Genovese for IC、IRCCS Eugenio Medea for EM 和 APSS Trentino for IT。研究是根据赫尔辛基宣言指南进行的。所有的父母和儿童，在伦理委员会的要求下，书面知情同意参加研究。

如果儿童完全失明或残余视力小于1/10，没有其他额外的残疾，并且对于他们的年龄具有适当的认知水平，那么他们被认为符合研究条件。根据《国际疾病及相关健康问题统计分类》（ICD）第10版²⁹，严重视力障碍（第2类）与视力小于0.5-1.3 LogMAR 有关，完全失明（第3、4、5类）与视力小于1.3 LogMAR有关。所有视障儿童的认知水平均采用雷内尔-津金量表（Reynell-Zinkin scale）或韦克斯勒儿童智力量表（wechsler intelligence scale for Children，WISC）的语言量表（verbal scale）³⁰ 进行评估，认为适合他们的参与研究中。表1列出了视力障碍参与者的详细信息。最初有44名儿童参加了研究，其中38名进行了分析（详情见图2）。

lt;表 1。参与者的临床细节。ABBI 干预组 22 例(女 14 例，平均年龄 11 /-3 岁) ，经典干预组 22 例(女 10 例，平均年龄 10 /-3 岁)。表显示了性别，测试年龄，主要诊断，以 LogMAR 表示的视力和视功能障碍的发作。gt;

lt;图 2。 CONSORT图与参与者流程gt;

程序 研究由三个环节组成：评估前，培训课程和评估后环节。评估前和评估后的会议持续60分钟，在此期间进行一系列空间和运动测试。培训课程为期12周，在此期间，可以根据使用ABBI进行的活动将儿童分配到ABBI培训，或根据不必要的精神运动课程——特别是涉及声音定位活动将孩子分配到传统培训中。所有参加ABBI训练的儿童（n=22，平均视力=1.5 LogMAR）均入选IC，所有参加传统训练的儿童（n=22，平均视力=1.4 LogMAR）均入选EM 和IT。两组匹配年龄（见表1），两组残余视力无显著性差异(t (42) = 0.8 p = 0.42)。根据周围视觉功能的差异，分出对照组（ABBI 训练组 n = 12，经典训练组 n = 14）和中枢起源组（ABBI 训练组 n = 10，经典训练组 n = 8），比较两组视力障碍的差异。此外，两组儿童在视力障碍发病方面达到了平衡（ABBI 训练组：16名先天性视力残疾儿童和6名后天性视力残疾儿童; 经典训练组：15名先天性视力残疾儿童和7名后天视力残疾儿童）。所有参与者均不了解研究假设。一年后的评估会议上，在这后续阶段对十名参加ABBI培训的孩子重新进行了测试。

训练 所有参加ABBI培训的儿童都使用ABBI进行了专门的培训。特别的是，每名儿童每周在儿童保护中心由训练有素的康复者进行 45 分钟（12 周 9 小时）的培训，每周在家由亲属进行5小时（12 周 60 小时）的培训，总共 69 小时。在训练期间播放了各种声音，这些声音是根据用户的偏好选择的³¹。声音可以是纯音（间歇性或连续性）或预先选择的播放声音，由孩子选择并储存在设备中（如大象、蚊子、鼓）。预选的声音对于提出的练习同样有用^32,33。根据儿童的偏好定制这些声音的动机是保持用户的动机，并让他们享受培训课程。

此外，在培训期间，儿童进行了几次空间练习，在此期间，儿童或治疗师、亲属都可以佩戴 ABBI，以使培训更具娱乐性。所有的空间练习都是由 IIT 的研究人员和 IC 的治疗师开发的，旨在训练孩子们根据不同程度的差异在空间中识别和定位声音的能力：

• 第一级：识别和定位简单的声音运动，如在前围人格空间中沿着水平面或矢状面进行的直线运动；
• 第二级：识别和定位复杂的声音运动，如在前围人格空间中随机进行的运动流，像复合几何和非几何图形；
• 第三级：识别和定位后围人格空间中简单、复杂的声音运动；
• 第四级：识别和定位前后围人格空间中简单、复杂的声音运动。

评估测试 为了评估训练的有效性，我们开发了一系列测试来测量视力障碍儿童的空间和 运动技能。

这些测试以前已经被证实是测量视力障碍者的空间感认知和活动能力的有效工具^1,2,34。考虑了六个测试：

• 听觉定位。视障儿童听着放置在他面前水平面上的23个扬声器中的1个发出的声音，然后用一根手杖指着发出声音的扬声器。对于每个受试者，平均错误度数被认为是物理位置和指定位置之间度数差异的平均值进行分析。
• 听觉分割。视障儿童听着面前水平面上23个扬声器其中的3个连续发出的由三种声音组成的序列，然后口头报告第二个声音在空间上是接近第一个还是接近第三个声音。对于每个实验对象，右向反应的比例是通过测量扬声器之间的距离来计算的。
• 听觉距离。视障儿童在深度维度中听到他面前的23个扬声器阵列连续发出的两个声音，并且必须口头报告给出的两个刺激中哪一个在空间中更接近他自己的身体。对于每个实验对象，每个探头位置被判定比标准更接近的实验比例被计算出来。
• 听觉达到。视障儿童听了一个静态的声音（5秒钟），然后到达了声音的位置。三个不同的位置被随机达到三次，总共九次试验。准确性计算为实际声音位置与儿童实际到达位置之间的距离（厘米）。
• 本体感觉到达。在实验者的被动引导下，视障儿童的手从一个固定的起始位置到一个特定的空间位置，然后再回到起始位置。然后要求儿童重现整个运动轨迹。三个不同的位置随机分为3次（1m，1.7 m，2.5 m），共9次试验。准确性计算为实际位置与儿童达到的实际位置之间的厘米距离。
• 一般流动性。此测试已从定时测试中被采用和修改³⁵。视障儿童站在原始位置，双脚对齐。给他一个信号“准备，1，2，3，开始！”在开始的时候，儿童被要求一直走，直到实验者碰到他的肩膀（表示3米），然后转身走回原来的位置。测试被重复三次。对于每一次重复，从“开始”提示到孩子用秒表回到原始位置的时间都被记录下来，单位是秒。

数据及统计分析 根据对儿童以前的运动认知研究的荟萃分析³⁶，我们预计患病的影响为中等程度。以32名参与者的总样本量进行单尾样本 t 检验（功效 0.70，alpha;0.05），可以从统计学上检测出这样的等效大小。

说明了每个评估测试的数据分析的详细信息。在听觉定位测试中，每个参与者的定位误差被计算为所有试验中正确位置和指示位置之间的差异（以厘米为单位）。然后将每组参与者的平均得分换算成角距离，即从厘米到角度，并将平均误差得分换算成角度来进行分析。我们将正确的位置作为每个扬声器的中点。最小可能的误差是1.9度（等于5厘米），相当于两个下一个扬声器的中点之间的距离。通过要求参与者稍微向右移动或者把手杖从先前指定的位置移开以便更好地编码答案，解决了模糊的位置问题(例如，参与者指向两个扬声器之间)。

对于听觉二等分和距离测试，计算每个说话者距离的右向反应比例，并用累积的高斯分布(误差函数)绘制数据。按照标准的心理物理程序³⁷，辨别阈值被视为这些分布的标准差。以厘米为单位的定位误差转换为以度为单位的定位误差。

对于听觉和本体感觉到达测试，计算每个参与者的定位误差作为所有试验中正确位置和到达位置之间的平均差（厘米）。在一般的流动性测试中，完成任务的时间对每个参与者进行了平均，然后对每个组进行了平均。

然后用 Kolmogorov-Smirnov 检验验证各数据检验分布的正态性 为了评价组内疗效，在基线（T0）和训练后（T1）两组间进行了假设方差相等的双尾 t 检验。然后计算在 ABBI 训练和经典训练组的基线（T0）和训练后（T1）之间以及

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Audio motor training improves mobility and

spatial cognition in visually impaired children

Giulia Cappagli1, Sara Finocchietti1, Elena Cocchi2, GiuseppinaGiammari3,

Roberta Zumiani4, AnnaVeraCuppone1, Gabriel Baud-Bovy5,6 amp; MonicaGori1

Since it has been demonstrated that spatial cognition can be affected in visually impaired children, training strategies that exploit the plasticity of the human brain should be early adopted. Here we developed and tested a new training protocol based on the reinforcement of audio-motor associations and thus supporting spatial development in visually impaired children. The study involved forty-four visually impaired children aged 6–17 years old assigned to an experimental (ABBI training) or a control (classical training) rehabilitation conditions. The experimental training group followed an intensive but entertaining rehabilitation for twelve weeks during which they performed ad-hoc developed audio-spatial exercises with the Audio Bracelet for Blind Interaction (ABBI). A battery of spatial tests administered before and after the training indicated that children significantly improved in almost all the spatial aspects considered, while the control group didnrsquo;t show any improvement. These results confirm that perceptual development in the case of blindness can be enhanced with naturally associated auditory feedbacks to body movements. Therefore the early introduction of a tailored audio-motor training could potentially prevent spatial developmental delays in visually impaired children.

Visually impaired children tend to manifest impairments in the development of spatial abilities, specifically in auditory and proprioceptive spatial localization^1,2, haptic orientation discrimination³ and reach on sound⁴. They also show developmental delays in several motor skills⁵ and slower walking speed associated with prolonged duration of stance phase⁶.

Trainings commonly adopted in the case of visual disability are mostly unimodal, that is to say they tend to enhance the residual visual information through intensive and repetitive visual activities⁷ or substitute the visual input with a vicarious (auditory or tactile) input through sensory substitution devices that transform the visual properties of a scene into sonorous or tactile stimuli^8–10. Nonetheless the benefit of multimodal stimulation in enhancing perceptual functions and learning has been repeatedly demonstrated^11–13 and it is linked to the fact that perceiving coherent cross-modal stimuli provides the basis for multisensory redundancy that helps to detect the amodal properties of events¹⁴. Therefore, the early adoption of training approaches based on multisensory training would increase and improve learning opportunities for visually impaired people.

Positive outcomes of multisensory stimulation have been demonstrated in the case of individuals with partial visual deficits, indicating that an audio-visual training can in fact facilitate long-lasting visuo-spatial functions^15–17 and possibly produce long-term plastic changes¹⁸. These results suggest that enriched experience with crossmodal stimulation can reinforce brain potential to perceive the multisensory nature of events.

To date no studies assessed the potential of multisensory training in the case of individuals with complete vision loss, mainly because much of the effort has been put in the development of sensory substitutions devices (SSD) that aim at substituting the missing sense (i.e. vision) by conveying the information generally transmitted by the missing sense with a different sensory channel (i.e. tactile or auditory). While these devices can provide support for specific perceptual tasks in adults¹⁰, they have never been tested in children principally because their use might overwhelm children attentional resources and require extensive training¹⁹. Nonetheless innovative rehabilitation trainings should be addressed especially to children because cortical plasticity is maximal in the first period of life and thus the benefit deriving from effective rehabilitation trainings should be higher.

As regards the importance of multisensory training, one study from our group assessed the impact of a short multisensory audio-motor training on spatial abilities of blind adults²⁰, demonstrating that it can improve the encoding of audio motion. However, although it has been indicated that multisensory-based training trainings should be adopted early in therapeutic care to facilitate the development of body awareness²¹, very few studies tested the possibility that a similar improvement can be obtained with visually impaired children. Also, some studies assessing the impact of multisensory training in the form of virtual reality environments on the development of spatial perception showed that such technologies combining audio and haptic features might support blind people in their anticipatory exploration and cognitive mapping of the unknown space^22–25. Our group preliminarily tested the efficacy of a multisensory rehabilitation training on young visually deprived children showing the potential of combining information across senses during early childhood²⁶. Nonetheless, the mentioned study was conducted on a small sample (n=7) of children, preventing the possibility to claim more general and definitive conclusions about the efficacy of such an early therapeutic intervention and about the different impact of multisensory stimulation depending on visual impairment severity.

For this reason, the present study aimed at investigating in a more rigorous manner the effects on spatial development of a new training based on multisensory stimulation in children across childhood. The training we propose uses a newly

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