언어 학습 및 단어 습득 연구에서 베르니케와 브로카의 경두개 직접 전류 자극 (tDCS)

Summary

여기에서, 우리는 연구를 목표로 정신 및 신경 언어 실험을위한 경두개 직접 전류 자극을 사용하기위한 프로토콜을 설명, 자연주의아직 완전히 제어 된 방법으로, 단어 학습에서 인간의 뇌의 피질 영역의 역할, 그리고 결과를 평가하기위한 행동 절차의 포괄적 인 세트.

Abstract

언어는 인간의 뇌의 매우 중요하지만 제대로 이해기능입니다. 언어 이해 하는 동안 뇌 활성화 패턴의 연구는 풍부 한 동안, 무엇 종종 비판적으로 누락 된 것은 특정 언어 기능에 뇌 영역의 참여의 인과 증거, 적어도 이 능력의 독특한 인간의 본성으로 인해 그리고 비침습적으로 인간의 뇌의 인과 관계를 연구하는 신경 생리 학적 도구의 부족. 최근 몇 년 동안 인간의 뇌의 경두개 직접 전류 자극 (tDCS)의 사용에 급속한 상승을 보았다, 자극 된 뇌 영역의 상태를 조절 할 수있는 쉽고 저렴하고 안전한 비 침습적 기술 (흥분을 이동하여 넣어 / 억제 임계값), 특정 기능에 대한 특정 기여도에 대한 연구를 가능하게 합니다. 주로 모터 제어에 초점을 맞추고 있는 동안, tDCS의 사용은 더 높은 인지 기능에 대한 기본 및 임상 연구 모두에서 더 널리 퍼지고 있다, 언어 포함, 하지만 그것의 응용 프로그램에 대 한 절차는 변수 남아. 여기서는 심리학 단어 학습 실험에서 tDCS의 사용을 설명합니다. 우리는 인간의 뇌의 왼쪽 반구에서 브로카와 베르니케의 핵심 언어 영역의 음극 및 아노달 자극의 응용 프로그램과 절차를 제시, 정신 언어 자극의 균형 잡힌 세트를 만드는 절차를 설명, 제어 아직 자연주의 학습 정권, 학습 결과 및 tDCS 효과를 평가하는 기술의 포괄적 인 세트. tDCS 응용 프로그램의 예로, 우리는 학습 세션 전에 베르니케 의 영역의 음극 자극이 단어 학습 효율성에 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다. 이 영향은 학습 직후에 존재하며, 중요한 것은 자극의 물리적 영향이 벗겨진 후 더 오랜 시간 동안 보존되어 tDCS가 인간의 뇌의 언어 저장 및 표현에 장기적인 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. .

Introduction

인간의 언어 기능의 신경 생물학적 메커니즘은 여전히 제대로 이해되지 않습니다. 우리의 의사 소통 능력의 기초로, 이 독특한 인간의 신경 인지 특성은 우리의 개인 및 사회 경제적 생활에서 특히 중요한 역할을한다. 말과 언어에 영향을 미치는 모든 적자는 고통받는 사람들에게 파괴적이고 사회에 비용이 많이 듭니다. 동시에, 클리닉에서, 음성 결핍의 처리를 위한 절차는 (실어증과 같은) 관련시킨 신경생물학 기계장치의 나쁜 이해 때문에 적어도 최적이 아닌 남아^있습니다1. 연구에서, 최근 출현 하 고 신경 이미징 방법의 급속 한 개발 활성화 패턴을 설명 하는 여러 발견을 주도; 아직, 인과 증거는 종종 여전히 부족. 더욱이, 뇌의 언어 영역은 인과적 증거를 제공할 수 있는 주류 신경 자극 접근법의 적용을 위해 다소 최적이 아닌 곳에 위치하며, 가장 중요한 것은 경두개 자기 자극 기술(TMS)이다. 세타 버스트 자극과 같은 오프라인 TMS 프로토콜은 자극 지점에 가까운 근육으로 인해 통증을 유발할 수 있지만 , “온라인” TMS 프로토콜은 자극으로 인한 사운드 아티팩트를 도입할 수 있으며, 이는 간섭으로 인해 바람직하지 않습니다. 언어 자극 프리젠 테이션². TMS는 이러한 불편함에도 불구하고 언어 연구에서 널리 사용되지만, 환영 대안은 다른 자극 방법, 특히 경두개 직접 전류 자극(tDCS)에 의해 제공될 수 있다. 최근 몇 년 동안 tDCS는 접근성, 사용 편의성, 상대적 안전 성 및 종종 오히려 눈에 띄는 결과³. 신경 활동에 대한 tDCS의 영향을 뒷받침하는 정확한 메커니즘이 완전히 이해되지 는 않지만, 주류 견해는 적어도 낮은 강도 수준 (일반적으로 15-60 분 동안 1-2 mA)이 신경 흥분이나 억제를 일으키지 않는다는 것입니다. , 대신 에 의해 변조에 신경 시스템을 더 많거나 적은 영향을 만들기 위해, 또는 아래로 여기 임계값을 이동, 탈 또는 과분극으로 등급화 된 방법으로 휴식 막 전위 조절, 자극, 상태 또는 동작^4,5. 현재까지 보고된 대부분의 응용 프로그램은 운동 기능⁶ 및/또는 모터 시스템 적자에 초점을 맞춘 반면, 더 높은 수준의 인지 기능 및 해당 장애에 점점 더 많이 적용되고 있습니다. 음성 및 언어에 대한 응용 프로그램의 증가가 있었다, 주로 뇌졸중 후 실어증의 회복을 목표로 연구에^7,8,9,그것은 지금까지에 대한 혼합 결과를 주도하고있지만, 치료 잠재력, 자극 부위 및 반구, 최적의 전류 극성. 이 연구, 특히 정상 언어 기능의 인지 신경 생물학에서 tDCS의 응용 프로그램으로, 아직 초기 단계에, 그것은 적어도 핵심 언어 코르 티 를 자극하기위한 절차를 설명하는 것이 중요하다 (가장 중요한 것은 Wernicke의와 브로카의 영역) tDCS를 사용하여, 이는 현재 보고서의 주요 목표 중 하나입니다.

여기서는 단어 학습 실험에서 언어 영역에 tDCS를 적용하는 것을 고려할 것입니다. 일반적으로, 단어 학습의 경우는 신경 언어 실험의 한 예로 여기 촬영, 절차의 tDCS 부분은 동일한 영역을 대상으로 언어 실험의 다른 유형에 대해 실질적으로 변경되지 않아야합니다. 그러나 이 기회를 통해 현재 프로토콜 설명의 두 번째 주요 목표인 단어 수집 실험에서 주요 방법론적 고려 사항을 강조합니다. 단어 수집을 뒷받침하는 뇌 메커니즘 – 우리의 언어 적 의사 소통 기술의 핵심에 유비쿼터스 인간의 능력 – 크게 알 수없는 남아¹⁰. 그림을 복잡하게 만드는 기존 문헌은 실험 프로토콜이 단어 수집을 촉진하는 방법, 자극 매개 변수에 대한 제어 및 학습 결과를 평가하는 데사용되는 작업에서 매우 다릅니다(예를 들어, Davis et al. 11). 아래에서는 고도로 제어된 자극 및 프레젠테이션 모드를 사용하는 프로토콜을 설명하는 동시에 새로운 어휘를 자연스럽게 습득할 수 있습니다. 또한 포괄적인 작업 배터리를 사용하여 학습 직후와 야간 통합 단계를 따르는 등 다양한 수준에서 결과를 행동으로 평가합니다. 이것은 근본적인 신경 프로세스 및 기계장치에 인과적인 증거를 제공할 수 있는 언어 영역의 sham 및 음극 tDCS (우리는 Wernicke의 지역 자극을 사용하여 특정 예를 만듭니다)와 결합됩니다.

Protocol

모든 절차는 상트 페테르부르크 주립 대학의 지역 연구 윤리위원회에 의해 승인되었다, 상트 페테르부르크, 모든 참가자의 동의와 함께. 참고 : 모든 참가자는 통보 된 동의에 서명하고 tDCS 자극에 대한 금기 사항이 없다는 것을 증명하기 위해 설문지를 작성해야합니다 (4 x 1 링 고두개 경부 직접 전류 자극의 사용에 대한 기술 및 고려 사항 참조) (HD-tDCS) 윌라마르와 동료<sup cla…

Representative Results

데이터는 특정 작업 집합에 대해 분석되었지만 개발된 테스트 집합과 패러다임은 다양한 심리학 실험에 적용될 수 있음을 강조해야 합니다. 결과는 비파라메트릭 Wilcoxon 서명 랭크 테스트 및 Mann-Whitney U 테스트(음극 및 샴 자극 조건)를 사용하여 정확도 점수(정답 수)와 반응 시간(RT)을 분석하였다. 각 그룹 내의 작업에 대한 중요한 차이점은 표3에 표시됩니다….

Discussion

결과는 일반적으로 정신 언어학 연구를 수행 할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 점을 강조, 특히 신경 언어학 tDCS 연구. 언어 코르티케의 자극 (베르니케의 영역에 의해 여기에 예시) 행동 결과의 복잡한 패턴을 생성합니다. 음성 처리(예: 소위 “음성 검거” 프로토콜)를 완전히 방해할 수 있는 TMS 기술과 달리^이방법은 언어 처리 메커니즘에 더 복잡하고 등급이 매겨지고 미묘한 영?…