Transkraniel magnetisk stimulation (TMS) har vist sig at være et nyttigt værktøj i at undersøge betydningen af den artikulatoriske motoriske hjernebark i tale perception. Denne artikel beskriver, hvordan du optager motor evoked potentialer (MEP) fra læbe muskler og hvordan at forstyrre motorens læbe repræsentation ved hjælp af gentagne TMS.
Transkraniel magnetisk stimulation (TMS) har vist sig at være et nyttigt værktøj i at undersøge betydningen af den artikulatoriske motoriske hjernebark i tale perception. Forskere har brugt single-puls og gentagne TMS til at stimulere læben repræsentation i den motoriske hjernebark. Ophidselse af læben motor repræsentation kan undersøges ved at anvende en enkelt TMS pulser i løbet af dette kortikale område og optagelse TMS-induceret motor evoked potentialer (MEP) via elektroder fastgjort til læbe muskler (elektromyografi, EMG). Større MEP'er afspejler øget kortikal ophidselse. Undersøgelser har vist, at excitabilitet stiger i løbet af at lytte til tale såvel som under visning tale-relaterede bevægelser. TMS kan også anvendes til at forstyrre læben motor repræsentation. En 15-min tog af lavfrekvent sub-tærskel gentagen stimulation har vist sig at undertrykke motor excitabilitet i yderligere 15-20 min. Dette TMS-induceret afbrydelse af motoren læbe repræsentation svækker efterfølgendeydeevne i krævende Taleopfattelse opgaver og modulerer auditive cortex reaktioner på talen lyder. Disse resultater er i overensstemmelse med forslaget om, at den motoriske hjernebark bidrager til taleperception. Denne artikel beskriver hvordan at lokalisere læben repræsentation i den motoriske hjernebark og hvordan man definere en passende stimulation intensitet for at udføre både single-puls og gentagne TMS eksperimenter.
Taleopfattelse er en krævende færdighed, der kræver kodning af komplekse og meget varierende indkommende auditive signaler. Selv om det er ukontroversielt, at den auditive cortex spiller en kritisk rolle i tale behandling, uanset om de motoriske områder, der styrer bevægelser artikulatorer (f.eks læber) i løbet af talen produktion bidrager også til taleperception stadig et emne for aktiv efterforskning og videnskabelig debat 1 – 5.. Tanken om, at motoriske repræsentationer er involveret i tale opfattelse ikke roman. Ifølge Liberman motor teori om taleperception 6,7 lytteren opfatter talen ved at simulere de "beregnet artikulatoriske gestus" af højttaleren. TMS har vist sig at være et effektivt redskab i efterforskningen af formodede rolle artikulatoriske motoriske hjernebark under taleperception (for en gennemgang, se 8). Denne artikel fokuserer på stimulering af læben motor repræsentation ved hjælp af single-puls oggentagne TMS teknikker.
Single-puls TMS har givet et meget effektivt middel til at undersøge sammenhængen mellem den motoriske hjernebark og talebehandling 8-10. Single TMS pulser anvendes til den primære motor cortex (M1) fremkalde motor evoked potentialer (dvs. MEP'er) i den kontralaterale målmusklen, der kan optages ved hjælp af elektromyografi (EMG). MEP'erne optaget fra hånd muskler (første dorsal interosseus, FDI) højdepunkt cirka 24 millisekunder efter pulsen, mens MEP'erne optaget fra læbe muskler (orbicularis Oris, OO) højdepunkt cirka 15 msek efter pulsen (se figur 1). Dette afspejler forskelle i afstand fra den motoriske hjernebark på læberne og hånd muskler; den cortico-bulbar vej til læberne er kortere end cortico-spinal vej til hænderne. Intensiteten af pulsen nødvendige for at fremkalde en MEP meget forskellig på tværs af deltagerne, sandsynligvis afspejler neuroanatomiske forskelle og forskelskelle i kraniet tykkelse 11. Amplituden af MEP er afhængig af den funktionelle tilstand af motoren system med pulser af en konstant intensitet inducere større medlemmer, da målmusklen er indgået i forhold til når musklen er afslappet. MEP målinger giver en nøjagtig metode til at lokalisere de kortikale repræsentationer af forskellige muskler i hver deltager samt normalisere TMS intensitet mellem fag. Denne metode giver også et direkte mål (dvs. MEP amplitude) motor uro i forhold til en uafhængig variabel af interesse. For eksempel har single-puls TMS undersøgelser vist, at stimulering af lip-repræsentation inducerer større parlamentsmedlemmer (dvs. forøget uro), når du lytter til tale og visning af tale-relaterede læbe bevægelser 10,12,13. En kombineret PET og single-puls TMS undersøgelse viste, at ophidselse af talen motor systemet under auditiv taleperception moduleres delvis af aktivitet iposterior venstre ringere frontal gyrus 14.
Mens single-puls TMS kan påvise ændringer i ophidselse af det motoriske system under taleperception det indikerer ikke, om den motoriske hjernebark bidrager til talebehandling. Gentagne TMS (rTMS) kan anvendes til at inducere en midlertidig afbrydelse (dvs. "en virtuel læsion"), i den motoriske cortex 15. Denne "virtuelle læsion" tilgang gør det muligt undersøgelse af taleopfattelse Under kontrollerede, kortvarige forstyrrelser til et fokusområde i det motoriske system. Den "virtuelle læsioner" forårsaget af TMS afvige fra virkelige læsioner hos patienter, der ofte dækker udbredt kortikale regioner fører til funktionel reorganisering af hjernen over tid. Patient undersøgelser typisk sammenligner opførsel af patienterne med en kontrolgruppe, og sjældent give viden ydelse før slaget / læsion. Ved at bruge rTMS er det muligt at undersøge en deltagers evne til at udføre sPeech opfattelsesevne opgaver med og uden motor forstyrrelser og derfor undersøge, om disse forstyrrelser bidrager til performance.
Sub-tærskel lavfrekvente rTMS kan bruges til at afbryde motoren læbe repræsentation midlertidigt, og det er blevet brugt til at undersøge den rolle, artikulatoriske motoriske hjernebark i taleopfattelsen 16-18. I disse eksperimenter blev monofasiske pulssekvenser anvendes, fordi monofasiske lavfrekvente rTMS har vist sig at være mere effektive i faldende kortikale ophidselse sammenlignet med bifasiske rTMS 19. Størrelsen af medlemmer, der er optaget fra læberne falder efter en 15-min tog af sub-tærskel monofasisk TMS pulser anvendes på renter under 1 Hz, dvs motor uro undertrykkes 18. Dette rTMS-induceret forstyrrelser svækker også lyttere evne til kategorisk opfatte akustisk kontinua spænder mellem to talelyde, der adskilte sig i stedet for artikulation (fx 'ba & #39; vs 'da' og 'pa' vs 'ta'). Det forringet ydeevne efter afbrydelse læben motoriske hjernebark tyder på, at det motoriske system bidrager til taleperception. Forstyrrelse af hånden motor repræsentation har ingen effekt på kategoriske opfattelse af talelyde. Disse resultater stemmer overens med tidligere resultater viser, at lavfrekvente rTMS anvendes til premotor cortex forringer ydeevne i en fonetisk opgave diskrimination, når du bruger stavelser præsenteres i støj sammenlignet med en kontrol farve diskrimination opgave matchet på vanskeligheder, opgave struktur og svartype 20. Disse undersøgelser viser, at rTMS er en yderst effektiv middel til at udforske de auditive-motoriske kredsløb, der kan understøtte både tale produktion og perception. Lavfrekvente rTMS kan også anvendes i forbindelse med billeddannende teknikker for yderligere at undersøge dette emne (se Diskussion).
I løbet af de seneste to årtier har TMS blevet en udbredt metode i kognitiv neurovidenskab, fordi det kan give oplysninger, der er komplementær til Neuroimaging. Det har også givet tale forskere med nye redskaber til at undersøge, om motoren tale produktionssystem kan inddrages i taleopfattelsen. Konkret TMS giver et vigtigt middel til at teste eksperimentelt, om de neurale kredsløb, der styrer tale artikulation lettes, mens du lytter til tale, og uanset om disse kredsløb bidrager til taleperception.
Denne artikel er beskrevet, hvordan motoren læbe repræsentation kan stimuleres ved hjælp af TMS og hvor både single-puls og gentagne TMS teknikker er blevet anvendt til at undersøge den rolle, motoriske cortex i taleopfattelsen. Undersøgelserne rapporteres her dokumenterer, at den motoriske hjernebark bidrager til talebehandling i den menneskelige hjerne. Andre TMS paradigmer er også blevet anvendt til at undersøge speech forarbejdning i det motoriske system. Dual TMS pulser leveret over motoren læbe og tunge repræsentationer før auditive stavelser har vist sig at lette anerkendelsen af læbe-og tunge-leddelte stavelser, henholdsvis 22. En parret spole paradigme kan anvendes til at undersøge en effektiv forbindelse mellem læben repræsentation og andre corticale regionerne i taleperception 23. Det blev vist, at den effektive forbindelse mellem motoren læbe repræsentation og temporo-parietale krydset og ringere frontale cortex er forbedret under lytte til tale, men ikke i at lytte til hvid støj. Kontinuerlig theta-burst stimulation (CTBS) over temporo-parietale vejkryds afskaffede sin effektive tilslutningsmuligheder med motoren læbe repræsentation, hvilket giver yderligere beviser for, at disse kortikale regioner funktionelt er koblet under lytter til tale 23. Fordelen ved CTBS forhold lavfrekvente rTMS er, at en relativt kort tog af CTBS (<em> fx 40 sek) kan producere en langvarig afbrydelse i den motoriske hjernebark (op til 60 min) 24. Men virkningerne af CTBS på motorisk ophidselse er meget varierende over deltagere 25.
Ved at kombinere TMS med andre Neuroimaging teknikker, der måler aktiviteten i hele hjernen kan give indblik i, hvordan TMS påvirker neurale processer i både nabolande og mere distale kortikale regioner. Hjerneregioner utvivlsomt interagere med hinanden i løbet af perceptuelle og kognitive processer, og så er det ikke overraskende, at en induceret "virtuel læsion" i én hjerne område ville modulere funktion af andre områder i hjernen er involveret i den samme proces. For at fremme forståelsen af den neurale basis af taleperception, er det vigtigt at undersøge, hvordan artikulatoriske motoriske cortex interagerer med de auditive regioner i den overlegne temporalcortex under lytte til tale, og hvordan disse interaktioner bidrager til taleperception. Det samarbejdembination af TMS med hjerne billeddiagnostiske teknikker giver mulighed for at behandle disse spørgsmål. For eksempel er det muligt at undersøge påvirkninger af TMS-inducerede forstyrrelser i artikulatoriske systemet på behandling af talesignaler i den overlegne temporalcortex hjælp elektroencefalografi (EEG), magnetoencephalography (MEG), funktionel MRI og positronemissionstomografi (PET). Eksperimenter kombinerer lavfrekvente rTMS og EEG viser, at TMS-induceret afbrydelse i artikulatoriske motoriske hjernebark modulerer automatisk diskrimination af tale, men ikke ikke-tale, lyde i det auditive system, der viser, at disse systemer interagerer under talebehandling 16. Kombination af rTMS med MEG er også en stærk metode til at undersøge timingen af auditive-motoriske interaktioner 17.
Ikke desto mindre er sammenhængen mellem tale produktion og perception stadig dårligt forstået. TMS kombineret med tale opgaver og yderligere Neuroimaging teknikker kan hjælpevidenskabsfolk til at forbedre forståelsen af de neurale grundlag for taleperception og produktion, og om de overlapper hinanden.
The authors have nothing to disclose.
RM blev støttet af Medical Research Council (karriereudvikling stipendium). JR blev støttet af Wellcome Trust (projekt tilskud til KEW og RM). Vi vil gerne takke Jennifer Chesters for hendes hjælp med at gøre videoen.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
TMS stimulator | Magstim Limited, Wales, U.K. | Magstim BiStim (two MagStim 200s connected) | |
2 TMS coils | Magstim Limited, Wales, U.K. | 70-mm figure-of-eight coil, D70 Alpha | |
Electrodes for recording EMG signal | Covidien llc, MA, USA. | Kendall Neonatal ECG electrodes, 22 mm x 30 mm | |
Electrode box (for EMG recording) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | CED 1902-11/4 Electrode Adaptor | |
Data acquisition unit (for EMG) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | Micro1401-3 | |
Amplifier (for EMG) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | 1902 | |
Software for EMG recording and analyses | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | Spike2, version 7 |