Transkraniell direkte nåværende stimulering (tDCS) av Wernickes ' s og Broca ' s områder i studier av språklæring og Word Acquisition

Summary

Her beskriver vi en protokoll for bruk av Transkraniell likestrøm stimulering for psyko-og neurolingvistikken eksperimenter som tar sikte på å studere, på en natur, men fullt kontrollert måte, rollen til kortikale områder av den menneskelige hjerne i ordlæring, og en omfattende sett av atferdsdata prosedyrer for å vurdere resultatene.

Abstract

Språk er en svært viktig, men dårlig forstått funksjon av den menneskelige hjerne. Mens studier av hjernen aktiverings mønstre under språkforståelse er rikelig, det er ofte kritisk mangler er årsakssammenheng bevis på hjernens områder engasjement i en bestemt språklig funksjon, ikke minst på grunn av den unike menneskets natur av denne evnen og mangel på nevrofysiologiske verktøy for å studere årsakssammenheng i den menneskelige hjerne invasivt. De siste årene har sett en rask økning i bruken av Transkraniell direkte strøm stimulering (tDCS) av den menneskelige hjerne, en enkel, billig og sikker ikke-invasiv teknikk som kan modulere tilstanden til stimulert hjerne området (påstått ved skiftende eksitasjon/ hemming terskler), slik at en studie av sitt spesielle bidrag til spesifikke funksjoner. Mens det meste fokuserer på motor kontroll, er bruken av tDCS blir mer utbredt i både grunnleggende og klinisk forskning på høyere kognitive funksjoner, språk inkludert, men prosedyrene for sin søknad forblir variabel. Her beskriver vi bruken av tDCS i et psycholinguistic eksperiment for Ordlæring. Vi presenterer teknikker og prosedyrer for anvendelse av cathodal og anodal stimulering av kjernen språk områder av Broca og Wernickes i venstre halvkule av den menneskelige hjerne, beskriver prosedyrene for å skape balanserte sett av psycholinguistic stimuli, en kontrollerte ennå naturlige lærings regime, og et omfattende sett av teknikker for å vurdere læringsresultater og tDCS effekter. Som et eksempel på tDCS program, viser vi at cathodal stimulering av Wernickes ‘ s område før en lærende økt kan påvirke ordet læring effektivitet. Denne påvirkningen er både til stede umiddelbart etter læring og, viktigere, bevart over lengre tid etter de fysiske virkningene av stimulering slites av, noe som tyder på at tDCS kan ha langsiktig innflytelse på språklig lagring og representasjoner i den menneskelige hjerne .

Introduction

Den nevrobiologiske mekanismer av menneskelig språk funksjon er fortsatt dårlig forstått. Som fjell i vår kommunikasjons evne, spiller denne unike menneskelige nevrokognitive egenskap en spesielt viktig rolle i vårt personlige og sosio-økonomiske liv. Eventuelle underskudd påvirker tale og språk er ødeleggende for de lidende og dyre for samfunnet. På samme tid, i klinikken, prosedyrer for behandling av tale underskudd (for eksempel afasi) forblir suboptimal, ikke minst på grunn av dårlig forståelse av nevrobiologiske mekanismer involvert¹. Inne forskning, det nylig advent og rask utviklingen av neuroimaging metoder ha smal avsats å mangfoldig oppdagelsen beskrivende aktivisering mønstre; likevel mangler årsaks bevis ofte. Videre er språk områder av hjernen ligger noe suboptimally for anvendelse av ordinære neurostimulation tilnærminger som kan gi årsaks bevis, viktigst av Transkraniell magnetisk stimulering teknikk (TMS). Mens frakoblet TMS-protokoll, slik som theta-burst-stimulering, kan forårsake smerte på grunn av nærheten til musklene til det punktet av stimulering, kan “online” TMS-protokoller innføre lyd artefakter fra stimulering, som er uønsket på grunn av interferens med språklig stimulans presentasjon². Selv om TMS er mye brukt i språkstudier til tross for slike ulemper, kan en velkommen alternativ gis av andre stimulering metoder, særlig Transkraniell direkte gjeldende stimulering (tDCS). I de senere årene har tDCS sett en bemerkelsesverdig vekst i bruken på grunn av sin tilgjengelighet, brukervennlighet, relativ sikkerhet og ofte heller slående utfall³. Selv om den eksakte mekanismer som underbygger tDCS innflytelse på neural aktivitet er ikke forstått helt, mainstream syn er at minst ved lav intensitet nivåer (vanligvis 1-2 mA for 15-60 min), betyr det ikke forårsake noen neural eksitasjon eller hemming per se , men i stedet modulerer hviler transmembrane potensialet i en gradert måte mot de-eller hyperpolarization, skiftende den eksitasjon terskler opp eller ned og dermed gjør det nevrale systemet mer eller mindre utsatt for modulasjoner av andre hendelser, stimuli, tilstander eller atferd^4,5. Mens de fleste av programmene rapportert hittil har fokusert på motorisk funksjon⁶ og/eller motor system underskudd, har det blitt stadig brukt på høyere nivå kognitive funksjoner og deres respektive funksjonshemninger. Det har vært en økning i sin søknad til tale og språk, hovedsakelig i forskning rettet mot utvinning av post-takts afasi^7,8,9, selv om det har så langt ført til blandede resultater med hensyn til terapeutisk potensial, stimulering nettsteder og halvkuler, og optimal strøm polaritet. Som denne forskningen, og særlig anvendelsen av tDCS i kognitiv nevrobiologi av normal språk funksjon, er fortsatt i sin barndom, er det avgjørende å avgrense prosedyrer for å stimulere minst kjernen språk barken (viktigst Wernickes og Broca områder) ved hjelp av tDCS, som er en av de viktigste målene for den aktuelle rapporten.

Her vil vi vurdere anvendelse av tDCS til språk områder i et ord-læring eksperiment. Generelt gjelder det å lære om ord som et eksempel på et neurolingvistikken eksperiment, og tDCS-delen av prosedyren bør ikke endres vesentlig for andre typer språk eksperimenter som er målrettet mot de samme områdene. Likevel bruker vi denne muligheten til å også fremheve store metodisk betraktninger i et ord oppkjøp eksperiment per se, som er den andre Hovedformålet med den aktuelle protokollen beskrivelse. Brain mekanismer underbygger ordet oppkjøp-en allestedsnærværende menneskelig kapasitet i kjernen av vår språklige kommunikasjons dyktighet-fortsatt i stor grad ukjent¹⁰. Det kompliserer bildet, eksisterende litteratur varierer mye i hvordan eksperimentelle protokoller fremmer ord innhenting, kontroll over stimulering parametre og i oppgaver som brukes til å vurdere læringsutbytte (se for eksempel Davis et al.¹¹). Nedenfor beskriver vi en protokoll som bruker svært kontrollerte stimuli og presentasjonsmodus, samtidig som den sikrer en natur drevet oppkjøp av romanen vokabular. Videre bruker vi et omfattende batteri av oppgaver for å vurdere resultatene behaviorally på ulike nivåer, både umiddelbart etter læring og etter en overnatting konsolidering scenen. Dette er kombinert med humbug og cathodal tDCS av språk områder (vi gjør et spesielt eksempel bruker Wernickes område stimulering) som kan gi årsakssammenheng på underliggende nevrale prosesser og mekanismer.

Protocol

Alle prosedyrer ble godkjent av den lokale forskningen etikk komité St. Petersburg State University, St. Petersburg, med samtykke innhentet fra alle deltakere. Merk: alle deltakere må undertegne informerte samtykke og fylle ut et spørreskjema for å bevitne fraværet av noen kontraindikasjoner for tDCS stimulering (se teknikk og betraktninger i bruk av 4 x 1 ring High-Definition Transkraniell direkte nåværende stimulering (HD-tDCS) av Willamar og kolleger12) og å …

Representative Results

Mens dataene ble analysert for bestemte sett med oppgaver, bør det understrekes at de utviklede sett av tester og paradigmet kan tilpasses en rekke psycholinguistic eksperimenter. Resultatene ble analysert i form av nøyaktighet score (antall riktige svar) og reaksjonstid (RT) bruker ikke-parametrisk Wilcoxon signert Rank test og mann-Whitney U test på tvers av grupper (cathodal og humbug stimulering forhold). Vesentlige forskjeller for oppgaver innenfor hver gruppe er presentert i <str…

Discussion

Resultatene fremheve noen viktige punkter som må tas i betraktning når gjennomfører psycholinguistic forskning generelt, og Neurolinguistics tDCS studier i særdeleshet. Stimulering av språk barken (illustrert her ved Wernickes område) produserer et komplekst mønster av atferds resultater. I motsetning til TMS-teknikken, der det er mulig å fullt ut forstyrre tale behandling (f. eks, den såkalte “tale arrest” protokoll)²¹, denne metoden gjør det mulig for en muligens mer kompleks, gradert …