goals of the presentation - amazon s3€¦ · (marco, khatibi, hill et.al, 2012; yi‐shin chang,...

35
3/12/2016 1 Neurological and Behavioral Distinctions between Autism & Sensory Processing Disorders Session No.: SC 158 April 07, 2016 2:00 ‐3:30 PM AOTA Conference, Chicago Guy McCormack, Ph.D., OTR/L,FAOTA Goals of the Presentation Goal 1 To describe differences in the structural connectivity in children with Autism and children with Sensory Processing Disorder. Goal 2 Provide examples of how sensory challenges impact behavior and learning in children with sensory processing disorders. Goal 3 Discuss some biomarkers that show Neurological Differences between Autism and Sensory Processing Disorders Goal 4 Provide Examples of Interventions that are promising for maintaining an optimal state of arousal for self‐regulation Trends in the Prevalence of Autism

Upload: others

Post on 27-Jun-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

1

Neurological and Behavioral Distinctions between Autism & Sensory Processing Disorders

Session No.: SC 158

April 07, 2016

2:00 ‐3:30 PM

AOTA Conference, Chicago

Guy McCormack, Ph.D., OTR/L,FAOTA

Goals of the Presentation

Goal 1

To describe differences in the structural connectivity in children with Autism and children with Sensory Processing Disorder.

Goal 2

Provide examples of how sensory challenges impact 

behavior and learning in 

children with sensory 

processing disorders.

Goal 3

Discuss some 

biomarkers that show 

Neurological Differences between 

Autism and Sensory 

Processing Disorders

Goal 4

Provide Examples of  Interventions 

that are promising for maintaining  an optimal state of 

arousal for self‐regulation

Trends in the Prevalence of Autism

Page 2: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

2

Alarming Statistics 

• U.S. Department of Health and Human Services now estimates roughly 1 in 50 school‐aged children are diagnosed with Autism Spectrum Disorder (ASD). 

• CDC estimates about 1 in 68 children has been identified with autism spectrum disorder (ASD)

• ASD is not generally diagnosed until after three years of age.

Three Major Symptoms or Autism:

1. Impaired Social Interactions

2. Impairment in Communication both Verbal & Nonverbal communication

3. Restricted Interests, repetitive and stereotyped patterns of behavior.

Problem

1. Children diagnosed within the autism spectrum have unusual sensory processing issues. 

2. Deficits in sensory processing are often described with behavioral descriptions (Tomchek & Dunn, 2007).  

3. Approximately, 90% of children with Autism are reported to manifest disrupted sensory processing (Leekam, Nieto, Libby, Wing, & Gould, 2007). 

Page 3: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

3

Problem

4. Children with autism show impaired connectivity  in the temporal tracts associated with auditory processing, social‐emotional processing and attention. 

5. Children with autism also show diminished connections essential to the processing of facial emotion and memory (Bunim, 2014). 

6. Clinical observations, parent reports and behavioral studies suggest a complex and highly variable phenotype across the spectrum.

Perception of Faces

Page 4: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

4

Observed Differences

Children with Autism Typically Developing Children

Children with Sensory Processing Disorder

Calming Children with Autism

SoothabilityThe difference was significant between groups for time taken to get child to stop crying, 

(t = ‐2.92, p = .006), with mothers of children on the autism spectrum reporting taking more time to get their child to stop crying.

ComfortingA significant group difference in the level of difficulty in providing comfort, (t = ‐2.18, p = .034), mothers of children on the autism spectrum reported more trouble comforting their children than mothers of typically developing children.

Calming Children with Autism

HuggingSignificant group differences were found for hugs, (t = 2.79, p = .011), with more mothers of typically developing children reporting hugging as a successful method of comfort.

Music and Visual Mothers of children with autism were significantly more likely to report music (t = 2.68, p = .011) and television/video (t = ‐2.66, p = .011) as successful in comforting their children. 

Page 5: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

5

Gold Standard Assessments In OT

• The Short Sensory Profile (SSP) McIntosh, et. al.1999

• The Sensory Integration and Praxis (SPIT) Ayres, 1989 for assessing sensory Integration and Praxis (Schaaf et al.2014)

New Developments 

• Recent neuroscience imaging studies have revealed distinct differences in neuronal connections that regulate behavior in children with autism and children with sensory processing disorders (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al,  2014). 

• Clinical studies have been inconsistent in revealing differences in somatosensory processing in children.  

• About one percent of children in the United States are diagnosed with an autism spectrum disorder while five to 16 percent of children have sensory processing disorders (Mukherjee, 2015). 

• Many studies have focused on auditory and visual sensory processing; few have explored early tactile processing despite the high prevalence of atypical tactile behaviors in children with ASD (Marco, et al., 2011). 

Assessments for Autism

1. Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS)

2. Autism Treatment Evaluation Checklist (ATEC)

3. Modified Checklist for Autism in Toddlers (M‐CHAT)

4. Test for Variables of Attention ( TOVA)

5. Social Responsiveness Scale (SRS)

6. Sensory Profile Short Form

Page 6: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

6

Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS)

• “ Gold Standard” for Psychologist’s 

• Mainly Observational

• Evaluates in four modules: behavior, communication, social interaction, play and imaginative use of materials

• Children with sensory processing disorders are often included in the Autism Category on the Diagnostic and Statistical Manual (DSM 5) used by psychologists and psychiatrists.

Dr. Winnie Dunne’s Research on Sensory Processing

Dunn W, Saiter J, Rinner L,(2002).  Asperger Syndrome and Sensory Processing: A Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning. AJOT.

Kientz M and Dunn W,(1997).  A Comparison of the Performance of Children With and Without Autism on the Sensory Profile AJOT 51, 7, 530‐537. 

Sensory Processing In Children With and Without Autism AJOT, 2007

Scott D. Tomchek, PhD, OTR/L, FAOTAWeisskopf Center Louisville, KY 40202 

Winifred (Winnie) Dunn, PhD, OTR, FAOTA  University of Kansas Medical Center

Page 7: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

7

Sensory Pattern Contributions to Developmental Performance in Children with Autism Spectrum Disorder. American Journal of Occupational Therapy, 

September 2015, Vol. 69, 6905185040p1‐6905185040p10. doi:10.5014/ajot.2015.018044 

Scott D. Tomchek, PhD, OTR/L, FAOTA

Winifred (Winnie) Dunn, PhD, OTR, FAOTA  University of Kansas Medical Center

Lauren M. Little, Ph.D., OTR/L 

Retrospective chart Review Study  (N=400)  Affects developmental skills and adaptive behavior.

Sensory Profile

• Evaluates the child’s threshold for Sensory Processing:

1. Auditory

2. Visual

3. Vestibular

4. Touch

5. Oral

Olfactory Sense in Autism

Alessandro Tonacci, Lucia Billeci, Gennaro Tartarisco, Liliana Ruta, Giovanni Pioggia, Sebastiano Gangemi. Olfaction in autism spectrum disorders: a systematic review. PROSPERO 2014:CRD42014013939 Available from http://www.crd.york.ac.uk/PROSPERO/display_record.asp?ID=CRD42014013939 

1. One of the most affected senses seems to be olfaction, whose role as a biomarker of neural functioning is well known. For this reason, the relationship between olfactory function and Autism has been investigated from a scientific point of view.

2. The vast majority of Autistic participants show an olfactory dysfunction, especially concerning the Olfactory Identification task, while others show an increase in their sense of smell.

Page 8: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

8

Projections from the Amygdala to the Brainstem, via the Hypothalamus, Regulate the Expression of 

Autonomic Reactions to Social Signals

(shown by dotted arrows).

Meyer‐Lindenberg, A, Domes, G, Kirsch,P & Heinrichs,M (2011). Oxytocin and vasopressin in the human brain: social neuropeptides for translational medicineNature Reviews Neuroscience 12, 524‐538 doi:10.1038/nrn3044

Vasopressin Linked with Dysfunctions in Sensory Processing

• Vasopressin neurons in the olfactory system may modulate input, sending information about smells to influence activation and mood. 

• Vasopressin may be essential for integration of sensory input during complex forms of social behavior in mammals.

• Children with Autism with low vasopressin levels performed poorly on ability to perceive the perspectives of others.

The Role of Vasopressin in the Social Deficits of Autism

• Neuropeptides, such as vasopressin and oxytocin, are molecules used by neurons in the brain to communicate with one another. Vasopressin is closely related to oxytocin, which is currently being tested as a treatment for autism, and has been shown to enhance social functioning in animals.

Page 9: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

9

Oxytocin and Autism

Oxytocin levels influence 

• Social behavior,

• Communication  

• Social bonding. 

Nasal spray containing oxytocin improved social behavior.

Andari, E., Duhamel, J., Zalla, T., Herbrecht, E., Leboyer, M., & Sirigu, A. (2010). Promoting social behavior with oxytocin in high-functioning autism spectrum disorders Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.0910249107

Autism’s Gut‐Brain Connection

• The different gut bacteria in autistic individuals may be contributing to the disorder.

• Researchers at the California Institute of Technology have shown for the first time that they may actually contribute to the disorder.

Brain‐Gut Relationship

• Knowing at the “Gut Level”

• The enteric nervous system, contains some 100 million neurons, more than in either the spinal cord or the peripheral nervous system. 

• The enteric nervous system uses more than 30 neurotransmitters, and produces 95 percent of the body's serotonin.

• About 90 percent of the fibers in the Vagus nerve  carry information from the gut to the brain. 

Page 10: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

10

Excess Stress & Cortisol Levels

• Studies show mothers of children with autism have high levels of stress.

• Impaired cognitive performance

• Lowered immunity and inflammatory responses in the body, slowed wound healing, and other health consequences.

Sensory Processing Disorders

Sensory Processing Disorder

Page 11: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

11

DSM‐5 Diagnostic Criteria

Over 90% of children with Autism Spectrum Disorders (ASD) demonstrate atypical sensory behaviors. 

In fact, hyperactivity or hyporeactivity to sensory input or unusual interest in sensory aspects of the environment is now included in the DSM‐5 diagnostic criteria.

Imaging Studies as Biomarkers

Brain changes in the hippocampus in children with autism suggest that this might be an important target for brain‐based treatments, including both therapy and medication. 

Imaging the Brain

Page 12: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

12

Diffusion Tensor Imaging

Traces the pathways of nerve fibers by measuring the diffusion of water molecules in the brain.

— vector.childrenshospital.org

Structural Connectivity in the Autistic Brain

• ASD group show Impaired connectivity in temporal tracts associated with social‐emotional processing.

• Sensitivity to sounds or Auditory processing has been associated with ASD in a number of studies.

• One prevailing hypothesis [about autism] is that there is an underconnectivity (Just et al., 2004) localized and overconnectivity of more distant sites(Anderson et al., 2011).

Biomarkers for Sensory Processing Disorders

• White matter microstructure is a biological substrate for the atypical sensory behaviors of children with SPD. 

• Social impairments in autism are likely caused by the poor frontal‐posterior connectivity. 

• Studies of white matter may  also help to establish SPD as a clinical entity distinct from overlapping conditions such as autism spectrum disorders and ADHD.

• In the case of autism, the connections between different brain regions are altered, and not altered evenly, which means to the ability of the brain to process information is impaired.

Page 13: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

13

Is the White Matter Neuroplastic?

Neuroimaging studies of visuomotor learning in humans have suggested that structural plasticity can occur in white matter (WM), but the biological basis for such changes is unclear. 

Sampaio‐Baptista, C.; Khrapitchev, A. A.; Foxley, S.; Schlagheck, T.; Scholz, J.; Jbabdi, S.; Deluca, G. C.; Miller, K. L.; Taylor, A.; Thomas, N.; Kleim, J.; Sibson, N. R.; Bannerman, D.; Johansen‐Berg, H. (2013). "Motor Skill Learning Induces Changes in White Matter Microstructure and Myelination". Journal of Neuroscience 33 (50): 19499–503. doi:10.1523/JNEUROSCI.3048‐13.2013. PMC 3858622. PMID 24336716.

Researchers at four study sites nationwide used a type of MRI scan to look at brain development in the younger siblings of 

autistic children, who are known to be at higher risk for autism themselves.

— news.stlpublicradio.org

Imaging Studies Showing Hypoperfusion in Temporal Lobes in Children with Autism Spectrum Disorder

Page 14: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

14

Diffusion Tensor Imaging Study UCSF

Elysa Marco, MDUniversity of California San Francisco

• Children with sensory processing disorders have over growth of brain’s white matter which is essential for perceiving, thinking and learning.

• Trouble with Emotional Regulation and Attention

White Matter Correlates of Sensory Processing in Autism

Diffusion Tensor Imaging was used to examine white matter fiber tracts associated with aberrant sensory processing.

N=32 ASD

N=26 TDC

1. Inferior Longitudinal fasciculus which plays a role tactile defensiveness.

2. Splenium involved in attentional orienting

Page 15: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

15

White Matter Microstructural Integrity

This imaging biomarker not only presents an ideal diagnostic tool to be used in conjunction with other parent reports and direct behavioral measures, but also informs treatments based on cognitive rehabilitation. 

Children with Sensory Processing Disorders (SPD) have impaired white matter microstructure, and that this white matter structural connectivity correlates with atypical sensory behavior.

http://www.ucsf.edu/news/2013/07/107316/breakthrough‐study‐reveals‐biological‐basis‐sensory‐processing‐disorders‐kidsi

Splenium of the Corpus Callosum

White matter modulates the distribution of action potentials, acting as a relay and coordinating communication between different brain regions. The splenium fibers, affect the interhemispheric synchronization of neural networks. 

Page 16: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

16

Splenium means Bandage

s

sp

Citation

Knyazeva, MG (2013). Splenium of Corpus Callosum: Patterns of Interhemispheric Interaction in Children and Adults. Neural Plasticity. volume 2013, Article ID 639430.

http://doi.org/10.1155/2013/639430

Splenium of the Corpus Callosum

• Allows modulation of responses to superfluous information from the visual environment, leading to a reduction of metabolic and structural redundancy in a child's brain.

• The size of the Corpus Callosum in animals and humans increases with learning or training. 

Page 17: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

17

Splenium of the Corpus Callosum

• One such function is figure‐ground segregation, which refers to the ability of the visual system to segment images of the external world into objects and background.

• It relies on inhibition among neurons with neighboring receptive fields tuned to the same feature. 

• The functions of the splenium may encompass communication among different levels of hierarchy.

Splenium of the Corpus Callosum

The impact of the splenium in synchronizing the electrical activity between the hemispheres is supported by animal models and noninvasive human studies.

fMRI Images showing Interhemispheric integration in children and Adults

• Myelination facilitates interhemispheric interaction by enhancing the coordination of interhemispheric input .

• The Splenium is slow to Myelinate

• Continuing development leads to the cortex rewiring through elimination of overproduced connections. 

Page 18: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

18

Study Links Brain Size to Regressive Autism

Consistent with postmortem and head‐circumference studies, brain imaging studies suggest that overall brain volumes are increased in children with autism (David Amaral‐MIND Institute at the 

University of California, Davis

Cortical Connectivity

These abnormalities suggest aberrant connections between cortical regions, is consistent with the hypothesis of abnormal cortical connectivity in autism.

The Thickness of the Corpus Callosum is Reduced in Autism

Vidal, CN, Nicolson, R,. DeVito, TJ, Hayashi, KM

(2014). Mapping Corpus Callosum Deficits in Autism: An Index of Aberrant Cortical Connectivity

Page 19: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

19

Citation

Fine JG, Musielak KA, Semrud‐ClikemanM.(2014). Smaller splenium in children with nonverbal learning disability compared to controls, high‐functioning autism and ADHD. Child Neuropsychol.;20(6):641‐61. doi: 10.1080/09297049.2013.854763. Epub 2013 Nov 12.PMID: 24215424 

Event Related Potential

Electroencephalography (EEG) provides an excellent medium to understand neurobiological dysregulation, with the potential to evaluate neurotransmission. Time‐locked EEG activity or event‐related potential (ERP) helps capture neural activity related to both sensory and cognitive processes.

WHAT IS EVENT‐RELATED POTENTIAL?

• Event‐related potentials (ERPs) are very small voltages generated in the brain structures in response to specific events or stimuli (Blackwood and Muir, 1990). 

• Event‐related potentials can be elicited by a wide variety of sensory, cognitive or motor events. They are thought to reflect the summed activity of postsynaptic potentials produced when a large number of similarly oriented cortical pyramidal neurons (in the order of thousands or millions) fire in synchrony while processing information (Peterson et al., 1995). 

Page 20: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

20

EVENT‐RELATED POTENTIAL

• ERP constitutes a millisecond‐by‐millisecond record of neural information processing, which can be associated with particular operations such as sensory encoding, inhibitory responses and updating working memory. Thus it provides a noninvasive means to evaluate brain functioning in persons with cognitive disorders. 

Event‐Related Potential(Auditory, Visual, or Tactile).

https://www.youtube.com/watch?v=iteBq04‐UQY

Study Used 70 Electrodes     

Study found that children diagnosed with autism process auditory input less effectively than typically developing children. 

Brandwein, Foxe, Butler et al.(2014) Neurophysiological Indices of Atypical Auditory Processing and Multisensory Intergration are Associated with Symptom Severity in Autism. Journal of Autism and Developmental Disorders.Springer Science + Business Media New York

Page 21: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

21

Severity Scores: N1a & N1b

Children with Sensory Processing Disorder (SPD)

• Aberrant  connectivity in the pathways that serve Auditory, Somatosensory and Visual attention.

• Children with SPD have difficulty processing incoming sensory input.

Neuroplasticity

Myelination in the nervous system is a plasticity‐dependent process.

Page 22: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

22

Enriched Environments and Sensory Input  Promotes Dendritic Growth.

Touch Pressure Removes Biochemical Substances in Soft Tissues:

Vasopressin Levels Reduced

Rapport MH, Schettler, Bresee,C (2010). A Preliminary Study of the Effects of a Single Session of Swedish Massage on Hypothalamic-Pituitary Adrenal and Immune Function in Normal Individuals.J. of Alternative and Complementary Medicine 16,10 pp. 1079-1088.

INSULA

Deep Pressure on Primary Rami

Page 23: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

23

Qigong Massage Program

Silva, L.M., Schalock, M & Gabrielse, K. (2011). Early intervention for Autism with a parent‐delivered qigong Massage Program: A randomized controlled trial. AJOT,65 ,550‐559. 

OT’s can help families understand that children with autism have unique styles of sensory processing that influence 

their behavior in the parent‐child relationship.

Music is Globally Processed in the Brain

Loewy, J., Stewart, K., Dassler, A (2013). The Effects of Music on Vital Signs, Feeding and Sleep in Premature Infants. Beth Israel Medical Center, N.Y.,N.Y.

Elements such as rhythm affect physiological  and developmental functions

Page 24: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

24

Hall, L., & Case‐Smith, J. (2007). The effect of sound‐based intervention on children with sensory processing disorders and visual–motor delays. 

American Journal of Occupational Therapy,61,209–215

Occupational therapists use music as preparation for therapeutic activities on the basis of the belief that sensory input through the auditory and vestibular systems can be calming and organizing to children (Ayres, 1979; Frick & Hacker, 2001)

Dr. Alfred Tomatis, a French physician and researcher theorized that the ear is an integrator for the entire nervous system and  that we listen with our whole body.  The ear affects the body’s ability to integrate information for hearing, listening, motor control, communication, and learning, and helps bring about cortical impulses in the brain. 

Dr. Jane Case‐Smith, EdD, OTR/L, FAOTA

Children with Autism

• Have decreased connectivity in the Inferior Longitudinal fasciculus, Inferior front‐occipital fasciculi, fusiform amygdala and the fusiform‐hippocampus.

• Difficulty Processing Socio‐emotional Input

Music Promotes Plasticity of the Corpus Callosum & Longitudinal Fasciculus

Steele,CJ,  Bailey, JA, Zatorre, RJ and Penhune,VB (2013).Early Musical Training and White‐Matter Plasticity in the Corpus Callosum: Evidence for a Sensitive Period. The Journal of Neuroscience, 16 January 2013,  33(3): 1282‐1290; doi: 10.1523/JNEUROSCI.3578‐12.2013 

“Training before the age of 7 years results in changes in white‐matter connectivity that may serve as a scaffold upon which ongoing experience can build.”

Oechslin,MS,Imfeld,A, Loenneker,T et al. (2009). The Plasticity of the Superior Longitudinal Fasciculus as a Function of Music Expertise: A Diffusion Tensor Imaging Study. Frontiers of Neuroscience;3 :76 ‐Doi: 10.3389/neiro.09.076.2009

Page 25: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

25

Auditory Processing and the Nucleus Basalis

Main subcortical source of cortical acetylcholine (Ach) which is 

associated with speed and strength of synaptic connections.

Acetylcholine accelerates Activity‐dependent neuroplasticity & 

neurodevelopmental.

Therapeutic Applications

Children with Autism become socially engaged  when they mouth words & rhythms. 

Oscillation Activity in the Brain

• The network activity of the brain is oscillatory in nature.

• Oscillations provide a temporal frame for neuronal firing by means of synchronization of pre‐ and postsynaptic potentials.

• In the context of this discussion, oscillations in the EEG alpha rhythm are of special interest.

Page 26: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

26

Monitoring Brain Waves (EEG’s)

EEG Studies to Diagnose Autism

EEG’s are more accurate than behavioral assessments to diagnose Autism. 

Page 27: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

27

Why EEG’S

http://www.ted.com/talks/aditi_shankardass_a_second_opinion_on_learning_disorders.html

Alpha Rhythm 

• Alpha rhythm is the most prominent oscillatory activity that can easily be recorded by means of noninvasive surface EEG electrodes within a wide range of ages. 

• Alpha waves are generated by visual cortical circuits interacting with thalamocortical loops.

• Alpha waves operate within a relatively narrow frequency range between 8 and 12 Hz. 

Alpha Rhythm in Children

• The development of alpha rhythm in children seems to be closely linked to the maturation of the Corpus Callosum. 

• Alpha Rhythms are patterns of smooth, electrical oscillations in the brain that reflect a transcendent and dynamic state of consciousness.

Page 28: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

28

Protocols Rewarding 12‐15 HZ at the Temporal lobes at Sites T3 and T4 

Splenium

The Neurofeedback Signal is derived from assemblies of Pyramidal Cells located on the outer 

surface of the cortex (Electrical Potentials)

Neurofeedback Training

Neurofeedback trains the brain to self‐regulate brain oscillations leading to improved attention and social responsiveness. The specific areas of the brain affected by Autism can also be targeted and trained to produce higher frequencies brainwaves.

Alpha Rhythm Training

Page 29: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

29

Predominant Brain Waves Influence Behavior

Test for Variables of Attention (TOVA)

Continuous Performance Test:

1. Response Time Variability‐measures inconsistency or inability to stay on task.

2. Commission Errors‐measures impulsivity or dys‐inhibition or incorrect responses to non‐target

3. Omission Errors‐Measures inattention when child does not respond to designated target.

4. Performance over time‐measures response to signal detection over four quadrants of time.

Test for Variables of Attention (TOVA)

• Continuous Performance test

• Provides objective measures of child’s performance on visual attention tasks over time (21.6 minutes).

• Measures response time on an electron micro switch in milliseconds.

Target Non-Target

Page 30: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

30

fMRI Images visual Input (Green) Auditory Input (Red) 

Stanford University Imaging Center

Neurofeedback Outcomes

Six‐months post‐intervention, gains were maintained in the neurofeedback group, but not in the cognitive training group.

Steiner, N KJ, Frenette, EC, Rene, KM, Brennan, RT& Perrin, EC (2013). In‐School Neurofeedback Training for ADHD: Sustained Improvements From a Randomized Control Trial.http://pediatrics.aappublications.org/content/early/2014/02/11/peds.2013‐2059

Increased Attention

Activities that engage attention seem to improve the ability to develop language skills. 

Page 31: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

31

Social Responsiveness Scale (SRS)

Parent & Teacher rating scale

Measures1. Social Awareness

2. Social Cognition

3. Social Communication

4. Social Motivation

5. Autistic Mannerisms

Brain Computer Interface Game Applications‐ UC San Diego

Transcranial Direct‐current Stimulation 

Page 32: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

32

Transcranial Direct‐current Stimulation 

Schneider, H, 2010“We feel that tDCS is a useful therapeutic intervention particularly for children that have autism with language difficulties” 

In combination with functional MRI investigational research being completed at New York City (Columbia University Program for Imaging and Cognitive Sciences 

Chewing Gum Auditory Stress 

• Noise activated the bilateral superior temporal sulcus and the left anterior insula.

• Gum chewing inhibited the connectivity to the bilateral superior temporal sulcus and the left anterior insula. 

• Anterior Insula and the dorsal anterior cingulate cortex was affected to a lesser extent when chewing gum.

Yu H, Chen X, Liu J, Zhou X. (2013). Gum chewing inhibits the sensory processing and the propagation of stress‐related information in a brain network. PLoSOne.;8(4):e57111. doi: 10.1371/journal.pone.0057111. Epub2013 Apr 3.

J Dent Res. 2013 Mar; 92(3): 272–278. doi:  10.1177/002203451247268

Page 33: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

33

OT Areas of Occupation

• Rest and Sleep in OTPF

• Rest induces a relaxed state and renewed interest in engagement.

• Sleep preparation‐ establishing sleep patterns

• Sleep Participation‐ sustaining a sleep state without interruption.

Nedergaard and Colleagues of Rochester University 

The main detoxifying system in the brain consists of the cerebrospinal fluid (CSF) that is produced by 

filtration through the brain arteries into the surrounding spaces, and circulates among the 

brain structures.

Researchers found that the space inside the brain increases by 60 percent during sleep.

Prognosis for Autism

• No Cure at the Present Time

• Early intervention may reduce undesirable behaviors

• Treatments & interventions are aimed at specific symptoms in each individual (highly variable).

• Best practices and outcomes are achieved with a team approach

Page 34: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

34

Studies on Recovery

• Clinical Study at the University of Connecticut shows a small percentage of children recover as a result of intensive interdisciplinary therapy in a sample of 34 participants.

Prognosis

• Autism is not curable but is treatable

• Symptoms Improve with early Intervention

• Ivar Lovaas (UCLA) saw 47 percent recovery with intensive behavioral Therapy.

• Some will lead normal or near‐normal lives

• Symptoms may get worse in adolescence

Questions?

Neurological and Behavioral Distinctions between Autism & Sensory Processing 

Disorders

Guy L. McCormack, PhD, OTR/L,FAOTA

Page 35: Goals of the Presentation - Amazon S3€¦ · (Marco, Khatibi, Hill et.al, 2012; Yi‐Shin Chang, Owen, Desai, et.al, 2014). ... Conceptual Model and Guidance for Intervention Planning

3/12/2016

35

Selected References

1. Brandwein, A.B., Foxe, J.J., Butler, J.S., Frey, H.P., Bates, J.C. ,Shulman, L.H., Molholm, S. (2014). Neurophysiological Indices of Atypical Auditory Processing and Multisensory Integration are Associated with Symptom Severity in Autism. Journal of Autism and Developmental Disorders;  Springer Science +Business Media New York.

2. Buzsaki, G. (2011). Rhythms of the Brain. New York: Oxford University Press.3. Tomchek, S.D., Dunn W. (2007). Sensory processing in children with and without 

autism:  a comparative study using the short sensory profile. Am J OccupTher. 2007 Mar‐Apr; 61(2):190‐200.

4. Leekkam, S.R., Nieto, C., Libby, S.J., Wing, L., Gould, J. (2007). Describing the sensory abnormalities of children and adults with autism.  Journal of Autism and Developmental disorders; 37(5):894‐910.

5. Marco, E. J. , Khatibi, K. Hill, S.S. et al.(2012).Children with autism show reduced somatosensory response: An MEG study. Autism Research; 5(5):340‐351.

6. Yi‐Shin C., Owen, J. P., Desai, S.S., Hill, S.S., Arnett, A.B., Harris, J., Marco, E.J., Mukherjee, P. (2014).  Autism and Sensory Processing Disorders: Shared White Matter Disruption in Sensory Pathways but Divergent Connectivity in Social‐Emotional Pathways. PLOs one. Doi:10.1371/journal.pone.0103038