Visual Attention and Early Cognitive Development in Rural Malawian Infants

Abstract

Näönvarainen tarkkaavaisuus on yksi varhaisimmin kehittyvistä neurokognitiivisista ja käyttäytymisen järjestelmistä pikkulapsilla. Sen arviointia on siten pidetty mahdollisena menetelmänä pikkulasten havaintokyvyn ja kognitiivisten kykyjen tutkimiseen. Näönvaraisen tarkkaavaisuuden varhaiskehityksen testaaminen voisi tarjota kiehtovan mahdollisuuden ennustaa lapsen kehitystä ennen kuin hienomotoriset ja kielelliset taidot ovat alkaneet kehittyä. Imeväisten näönvaraista tarkkaavaisuutta ja sen pitkäaikaisia vaikutuksia ei kuitenkaan ole juurikaan tutkittu länsimaista poikkeavissa kasvuympäristöissä, joissa tyypilliset kehitysennusteet ovat perustuneet raskauden kestoon ja ravitsemustilaan.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää silmänliikkeiden rekisteröintiin perustuvan menetelmän käyttöä lasten näönvaraisen tarkkaavaisuuden ja kehityksen arvioinnissa matalan tulotason maissa. Tutkimuksessa arvioitiin varhaiselämän riskitekijöiden (raskauden kesto, kasvu ja perheolot) vaikutusta näönvaraiseen tarkkaavaisuuteen 9 kuukauden iässä ja sekä riskitekijöiden että näönvaraisen tarkkaavaisuuden yhteyttä kehitystestien tuloksiin 18 kuukauden iässä. Lisäksi tutkimuksessa selvitettiin, onko tarkkaavaisuus kasvoihin erotettavissa tarkkaavaisuudesta muihin visuaalisiin kuvioihin 6–9 kuukauden ikäisillä lapsilla eri kulttuureissa.

Seurantatutkimukseen valittiin raskauden keston perusteella yhteensä 444 vastasyntynyttä lasta, joita seurattiin 18 kuukauden ikään asti. Varhaisten riskitekijöiden lisäksi pikkulasten näönvaraisesta tarkkaavaisuudesta kerättiin aineistoa 7 ja 9 kuukauden iässä. Myöhemmin lapsia arvioitiin perinteisillä kehitysmittareilla 18 kuukauden iässä. Näönvaraisen tarkkaavaisuuden testit koostuivat visuaalisesta etsinnästä, ennakoivista huomionmuutoksista ja huomiosta kasvoihin. Kehitystä 18 kuukauden iässä arvioitiin motoristen taitojen, käytetyn sanaston, sosioemotionaalisen käyttäytymisen ja toiminnanohjauksen muodossa. Tarkkaavaisuuden irrottamisaikoja kasvoihin ja kuvioihin 6–9 kuukauden iässä vertailtiin 637 lapsella Suomesta, Malawista ja Etelä-Afrikasta.

Raskaudenkeston mukaan jaoteltuna lapsilla ei ollut eroa näönvaraisen tarkkaavaisuuden tehtävissä. Varhaiselämän riskitekijöiden ja näönvaraisen tarkkaavaisuuden väliset korrelaatiokertoimet olivat alhaiset (-0,17–0,14). Myös korrelaatiokertoimet riskitekijöiden tai näönvaraisen tarkkaavaisuuden ja myöhemmän kehityksen välillä olivat alhaiset (-0,10–0,19). Kulttuurienvälisessä analyysissä viivästynyt tarkkaavaisuuden irrottaminen oli yleistä lasten katsoessa kasvoja (52 %), mutta harvinaista kuvioiden kohdalla (4 %). Tulokset osoittivat myös, että tarkkaavaisuuden viivästynyt irrottaminen kasvoista oli tilastollisesti erotettavista tarkkaavaisuuden viivästyneestä irrottamisesta kuvioista.

Loppupäätelmänä voidaan todeta, että ennenaikainen synnytys, aliravitsemustila tai muut varhaiselämän riskitekijät eivät olleet yhteydessä 9 kuukauden iässä testattuun näönvaraiseen tarkkaavaisuuteen Malawin maaseudulla. Myöskään varhainen näönvarainen tarkkaavaisuus tai varhaiselämän riskitekijät eivät olleet yhteydessä lasten kehitykseen 18 kuukauden iässä. Nämä tulokset eivät tue näönvaraisen tarkkaavaisuuden testien käyttöä kehityksen ennustajana Malawin maaseudulla 18 kuukauden ikäisten lasten joukossa, mutta mahdollista yhteyttä myöhemmässä iässä ei voi poissulkea. Tarkkaavaisuuden irrottamisaikojen analyysit antoivat todisteita, että lasten korostuneempi kiinnostus kasvoihin kuin kuvioihin on nähtävissä eri kulttuureissa ja että kasvojen ja kuvioiden prosessointia välittävät mekanismit ovat toisistaan erillisiä. Tulokset osoittivat lisäksi, että ero kasvojen ja kuvioiden välillä oli suhteellisesti voimakas verrattuna muihin lapsen tarkkaavaisuuteen vaikuttaviin tekijöihin (kasvojen ilme, kasvomalli ja lapsen tottuminen toistoihin).

Visual attention is one of the earliest developing neurocognitive and behavioral systems in infants. Thus, its assessment has been viewed as a possible method to examine infants’ perceptual and cognitive abilities before fine motor and language skills have started to develop and before conventional tests of cognitive function become feasible. However, infant visual attention and its predictive value with respect to long-term cognitive development has been less studied in low- and middle-income countries where children’s developmental status and predictions have been based on gestational age and nutritional status rather than direct measures of cognitive function.

This thesis presents one of the first studies applying state-of-the-art eye tracking measures to assess infant attention as a marker of early cognitive development in low-resource settings. The thesis was designed to assess whether early-life risk factors (i.e., gestational age, growth, maternal cognition and pyschosocial well-being, socioeconomic status, and care practices) and visual attention are related at 9 months and predict conventional developmental assessments at 18 months. In addition, the thesis assessed whether a dissociation of attention to faces and patterns, previously shown in studies in Western countries, is a characteristic of infant attention that is consistently found in data from different cultures.

For a prospective cohort study in rural Malawi, a total of 444 newborn children were enrolled based on their gestational aged at birth (i.e., preterm, early-term, and full-term) and were followed up until the age of 18 months. Besides measures of early-life risk factors, data on infant visual attention was collected at 7 and 9 months with remote, infrared eye tracking. Traditional developmental assessments were administered at 18 months. Eye tracking measures of visual attention consisted of measures of visual search, anticipatory attention shifts, and attention to faces. Development at 18 months was assessed using tests of motor skills, language acquisition, socioemotional behavior, and executive functioning. Dissociation of attention to faces and patterns was assessed by analyzing attention disengagement times in a pooled data set including a total of 637 infants aged 6–9 months from three studies conducted in Finland, Malawi, and South Africa.

Gestation age groups did not differ on their visual attention scores. Correlation coefficients between early-life risk factors and visual attention scores were low (-0.17– 0.14). Also, correlation coefficients between risk factors or visual attention and later development were low (-0.10–0.19). On cross-cultural analysis, delayed disengagement occurred on 52% of face trials compared to 4% of pattern trials, demonstrating a clear attentional bias for faces. The analyses further showed that the likelihood of delayed disengagement from faces was statistically dissociable from the likelihood of delayed disengagement from patterns.

In conclusion, preterm birth, nutritional status, or other early-life risk factors were not associated with the 9-month visual attention in rural Malawi. Also, early visual attention or early-life risk factors were not associated with 18-month developmental attainment. These results do not support the use of current measure of visual attention as a predictor of development in rural Malawian infants till 18 months of age, but leaves open the possibility that associations are detected at older ages. Analyses on disengagement times provided evidence for cross-cultural similarities in infants’ attentional bias for faces, and suggested variations in this bias are independent of variations in attention to non-face patterns. The results also showed that the distinction between faces vs. patterns was robust compared to other factors that affect infant attention (i.e., facial expression, face identity, and habituation).