Rett syndrome (RTT), a rare neurodevelopmental disorder caused by mutations in the MECP2 gene, is typified by profound cognitive impairment and severe language impairment, rendering it very difficult to accurately measure auditory processing capabilities behaviorally in this population. Here we leverage the mismatch negativity (MMN) component of the event-related potential to measure the ability of RTT patients to decode and store occasional duration deviations in a stream of auditory stimuli. Sensory memory for duration, crucial for speech comprehension, has not been studied in RTT. High-density EEG was successfully recorded in 18 females with RTT and 27 age-matched typically developing (TD) controls (aged 6-22 years). Data from 7 RTT and 3 TD participants were excluded for excessive noise. Stimuli were 1kHz tones with a standard duration of 100ms and deviant duration of 180ms. To assess the sustainability of sensory memory, stimulus presentation rate was varied with stimulus onset asynchronies (SOAs) of 450, 900 and 1800ms. MMNs with maximum negativity over fronto-central scalp and a latency of 220-230ms were clearly evident for each presentation rate in the TD group, but only for the shortest SOA in the RTT group. Repeated-measures ANOVA revealed a significant group by SOA interaction. MMN amplitude correlated with age in the TD group only. MMN amplitude was not correlated with the Rett Syndrome Severity Scale. This study indicates that while RTT patients can decode deviations in auditory duration, the span of this sensory memory system is severely foreshortened, with likely implications for speech decoding abilities.

Due to severe motor impairments and the lack of expressive language abilities seen in most patients with Rett Syndrome (RTT), it has proven extremely difficult to obtain accurate measures of auditory processing capabilities in this population. Here, we examined early auditory cortical processing of pure tones and more complex phonemes females with confirmed mutation of the MECP2 gene. We recorded high-density auditory evoked potentials (AEP), which allow for objective evaluation of the timing and severity of processing deficits along the auditory processing hierarchy. We compared AEPs of 12 females with RTT to those of 21 typically developing (TD) peers aged 4-21 years, interrogating the first four major components of the AEP (P1: 60-90ms; N1: 100-130ms; P2: 135-165ms; N2: 245-275ms). Atypicalities were evident in RTT at the initial stage of processing. Whereas the initial P1 showed increased amplitude to phonemic inputs relative to tones in TD participants, this modulation by stimulus complexity was absent in RTT. Interestingly, the subsequent N1 did not differ between groups, whereas the following P2 was hugely diminished in RTT, regardless of stimulus complexity. The N2 was similarly smaller in RTT, and did not differ as a function of stimulus type. The P2 effect was remarkably robust in differentiating between groups with near perfect separation between the two groups despite the wide age range of our samples. Given this robustness, along with the observation that P2 amplitude was significantly associated with RTT symptom severity, the P2 has the potential to serve as a biomarker of treatment efficacy.

Abstract Background In the search for objective tools to quantify neural function in Rett Syndrome (RTT), which are crucial in the evaluation of therapeutic efficacy in clinical trials, recordings of sensory-perceptual functioning using event-related potential (ERP) approaches have emerged as potentially powerful tools. Considerable work points to highly anomalous auditory evoked potentials (AEPs) in RTT. However, an assumption of the typical signal-averaging method used to derive these measures is “stationarity” of the underlying responses – i.e. neural responses to each input are highly stereotyped. An alternate possibility is that responses to repeated stimuli are highly variable in RTT. If so, this will significantly impact the validity of assumptions about underlying neural dysfunction, and likely lead to overestimation of underlying neuropathology. To assess this possibility, analyses at the single-trial level assessing signal-to-noise ratios (SNR), inter-trial variability (ITV) and inter-trial phase coherence (ITPC) are necessary. Methods AEPs were recorded to simple 100 Hz tones from 18 RTT and 27 age-matched controls (Ages: 6–22 years). We applied standard AEP averaging, as well as measures of neuronal reliability at the single-trial level (i.e. SNR, ITV, ITPC). To separate signal-carrying components from non-neural noise sources, we also applied a denoising source separation (DSS) algorithm and then repeated the reliability measures. Results Substantially increased ITV, lower SNRs, and reduced ITPC were observed in auditory responses of RTT participants, supporting a “neural unreliability” account. Application of the DSS technique made it clear that non-neural noise sources contribute to overestimation of the extent of processing deficits in RTT. Post-DSS, ITV measures were substantially reduced, so much so that pre-DSS ITV differences between RTT and TD populations were no longer detected. In the case of SNR and ITPC, DSS substantially improved these estimates in the RTT population, but robust differences between RTT and TD were still fully evident. Conclusions To accurately represent the degree of neural dysfunction in RTT using the ERP technique, a consideration of response reliability at the single-trial level is highly advised. Non-neural sources of noise lead to overestimation of the degree of pathological processing in RTT, and denoising source separation techniques during signal processing substantially ameliorate this issue.