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Henrike Sarah Frerker

• Autism Spectrum Disorder (ASD) is a neurodevelopmental condition with an onset in early development. ASD has varying degrees of severity and thus affects people differently throughout their lives. Early diagnosis of ASD is essential to provide children with individually-tailored support.8 Eye-tracking may contribute to an earlier diagnosis: Several studies showed differences in eye movements between people with autism spectrum disorder (ASD) and typically developing controls (TD). Different eye movements may contribute to different visual perception that perpetuates to problems in attention, communication and social interaction. Eye movements are divided into: (1) Fixations (2) Saccades (fast and short eye movements) and (3) Smooth Pursuit Eye Movements (SPEM). SPEM follow the target in a continuous manner. The latter are the subject of the present thesis. SPEM consist of two phases: the open loop phase (= phase of initiation, first 50- 100ms) and the closed loop phase (= phase of maintenance, after about 100ms). SPEM are usually measured by a gain index. It is defined as the ratio of smooth pursuit velocity and visual target velocity and ideally equals to 1.2 In young children, corneal-reflection (CR) eye-tracking is usually applied to quantify eye movement. It allows precise measurements without the use of potentially intrusive devices. Studies in ASD reported deficits in open loop and closed loop pursuit in children and adults with a mean age of 19.32 (TD) and 20.04 (ASD) years. However, SPEM in preschoolers with ASD remain understudied, although this developmental phase is crucial to the development of non-social and social attentional abilities. In the present study 66 toddlers and preschoolers (18 to 72 months; ASD: n = 33, TD: n = 33) with matched cognitive abilities and sex were assessed. The main objective was to compare the gain index (Smooth Pursuit Gain = SPG). SPEM were compared between groups with gain index as a dependent measure. We hypothesized that participants with ASD show lower average gain compared to the control group. We could show a significant group influence on the gain when considering interactions between target velocity and group (p = 0.041). The TD group showed a greater dependence on the increasing object speed than the ASD group with a trend of -0.30 ± 0.11 in the TD group and a trend of -0.13 ± 0.12 in the ASD group. Across groups, the gain decreased with increasing target velocity and dropped faster in vertical than in horizontal trials. Additionally, participants showed a lower SPG in vertical sequences than in horizontal sequences. This supports the general validity of the measure. Toddlers and preschoolers represent a group that has been subject of little research to date. In addition, there has been only a limited number of studies analyzing SPEM in ASD. To check for a possible group difference without interactions a study with a larger sample size at fixed target velocity and target direction should follow.
• Eine Störung aus dem Autismus-Spektrum (ASD) ist eine in der frühen Kindheit einsetzende neurologische Entwicklungsstörung. Sie tritt in verschiedenen Schweregraden auf und beeinflusst die Betroffenen somit unterschiedlich stark in ihrem Leben. Eine frühzeitige Diagnose von ASD ist elementar, um Kindern eine bestmögliche Förderung zu ermöglichen. Eye-Tracking kann hierbei eine frühere Diagnostik von ASD unterstützen: Verschiedene Studien zeigen Unterschiede der Augenbewegung bei Menschen mit Autismus-Spektrum- Störung (ASD) gegenüber sich neurotypisch entwickelnden Kindern (TD). Unterschiedliche Augenbewegungen können zu einer veränderten visuellen Wahrnehmung führen. Diese wiederum kann abweichende Aufmerksamkeits-, Kommunikations- und soziale Interaktionsschwierigkeiten zur Folge haben. Eye-Tracker erfassen die Augenbewegung in hoher zeitlicher Auflösung. Für die Testung von jungen Kindern hat sich das Hornhautreflexions-Eye-Tracking bewährt, da hierbei keine störenden Vorrichtungen, wie beispielsweise eine spezielle Brille, nötig sind. Man unterscheidet drei Typen von Augenbewegung: Fixationen, Sakkaden (schnelle und kurze Augenbewegungen) und kontinuierliche Augenbewegungen, auch Smooth Pursuit Eye Movements (SPEM). Letztere sind Thema der vorliegenden Arbeit. SPEM ermöglichen das Verfolgen von sich bewegenden Objekten auf gleichmäßige Weise (engl. smooth). Sie bestehen aus zwei Phasen: Initiierungsphase (die ersten 50-100ms) sowie Erhaltungsphase (nach ca. 100ms). Zur Quantifizierung der SPEM wird meist der sogenannte Gain-Index berechnet. Dieser ist definiert als das Verhältnis der SPEM-Geschwindigkeit zu der Geschwindigkeit des Objekts und liegt idealerweise bei 1. Bei einem Gain-Index von 1 würde sich eine perfekte Verfolgung des Objektes durch die Proband:in zeigen, da die SPEM- Geschwindigkeit die gleiche ist wie die Objektgeschwindigkeit. Die SPEM bei jungen Kindern mit ASD sind bisher wenig untersucht worden. Einzelne vorangegangene Studien zeigten jedoch sowohl in der Initiierungsphase, als auch in der Erhaltungsphase Auffälligkeiten bei Kindern mit ASD. Da im Kleinkindalter die Grundsteine für die Ausbildung von sozialen Fähigkeiten gelegt werden, wird vermutet, dass eine abweichende SPEM zu veränderten Entwicklungsprozessen betragen könnten. In der vorliegenden Studie wurden Klein- und Vorschulkinder mit ASD und sich neurotypisch entwickelnde Kinder (TD) (Alter zwischen 1,5 und 6 Jahren, ASD: n = 33, TD: n = 33) untersucht. Die Gruppen wurden nach kognitiver Fähigkeit (BAYLEY oder WPPSI-III) und Geschlecht gematcht. Zentrales Ziel war dabei der Vergleich des Gain-Index (Smooth Pursuit Gain = SPG) von Teilnehmer:innen mit ASD im Vergleich zur Kontrollgruppe. Vermutet wurde ein geringerer smooth pursuit gain (SPG) bei Kindern mit ASD. In der vorliegenden Studie zeigte sich ein signifikanter Einfluss der Gruppe auf den Gain-Index bei Berücksichtigung der Interaktion zwischen Objektgeschwindigkeit und Gruppe (p = 0.041). Die TD-Gruppe zeigte eine stärkere Abhängigkeit von der zunehmenden Objektgeschwindigkeit als die ASD- Gruppe mit einem Trend von -0.30 ± 0.11 in der TD-Gruppe und einem Trend von -0.13 ± 0.12 in der ASD-Gruppe. Die Ergebnisse über die Gruppen hinweg zeigen, dass der SPG mit steigender Objektgeschwindigkeit abnahm und in vertikalen Sequenzen schneller abfiel als in horizontalen Sequenzen. Darüber hinaus zeigten Teilnehmer:innen in vertikalen Sequenzen einen niedrigeren SPG als in horizontalen Sequenzen. Kinder im Vorschulalter stellen eine Gruppe dar, die bisher wenig Gegenstand von Forschung gewesen ist. Zusätzlich gibt es bis dato eine begrenzte Anzahl an Studien, die sich mit SPEM in ASD auseinandersetzen. Um einen möglichen Gruppenunterschied ohne Wechselwirkungen zu überprüfen, sollte eine Studie mit einer größeren Stichprobengröße und einheitlicher Objektgeschwindigkeit sowie Objektrichtung erfolgen.