פוטנציאל הקשור לאירוע החושית מעור Orofacial למתוח גירוי
Summary
This paper introduces a method for obtaining somatosensory event-related potentials following orofacial skin stretch stimulation. The current method can be used to evaluate the contribution of somatosensory afferents to both speech production and speech perception.
Abstract
Cortical processing associated with orofacial somatosensory function in speech has received limited experimental attention due to the difficulty of providing precise and controlled stimulation. This article introduces a technique for recording somatosensory event-related potentials (ERP) that uses a novel mechanical stimulation method involving skin deformation using a robotic device. Controlled deformation of the facial skin is used to modulate kinesthetic inputs through excitation of cutaneous mechanoreceptors. By combining somatosensory stimulation with electroencephalographic recording, somatosensory evoked responses can be successfully measured at the level of the cortex. Somatosensory stimulation can be combined with the stimulation of other sensory modalities to assess multisensory interactions. For speech, orofacial stimulation is combined with speech sound stimulation to assess the contribution of multi-sensory processing including the effects of timing differences. The ability to precisely control orofacial somatosensory stimulation during speech perception and speech production with ERP recording is an important tool that provides new insight into the neural organization and neural representations for speech.
Introduction
הפקת דיבור תלויה בשני מידע השמיעתי וחושי. שמיעתי והמשוב החושית להתרחש בשילוב מהקולות המוקדמים המיוצרים על ידי תינוק ושניהם מעורבים בלמידה מוטורית דיבור. התוצאות אחרונות מצביעות על כך שתהליכים החושית תורמים לתפיסה, כמו גם ייצור. לדוגמא, זיהוי של צלילי דיבור משתנה כאשר מכשיר רובוטי מותח את עור הפנים כמשתתפים להקשיב לגירויים שמיעתיים 1. פחזניות אוויר ללחי שיעלה בקנה אחד עם גירויים שמיעתיים דיבור לשנות פסקי דין תפיסתי משתתפי 2.
אפקטים החושית אלה כרוכים בהפעלה המכאנית עורית בתגובה לעיוות עור. העור מעוות בדרכים שונות במהלך תנועה, ומכאני עורית ידוע לתרום לתחושת 3,4 תנועתית. התפקיד של תנועתית מכאנית עורית הוא שדstrated ידי הממצאים האחרונים 5-7 שזני עור הקשורים לתנועה נתפסים כראוי ככיפוף או תנועת הארכה בהתאם לדפוס של העור למתוח 6. במהלך אימון מוטורי דיבור, שהוא חזרה על אמירת דיבור ספציפית עם דיבור מתיחת עור פנים במקביל, דפוסי חיתוכית לשנות באופן מסתגל 7. מחקרים אלו מצביעים על כך שויסות מתיחת עור במהלך פעולה מספקת שיטה להערכת התרומה של afferents עורית לפונקצית תנועתית של המערכת הסנסורית.
פונקצית תנועתית של מכאניים עורית orofacial נחקרה בעיקר בשיטות פסיכו 7,8 וmicroelectrode קידוד מחדש מעצבים תחושתיים 9,10. כאן, הפרוטוקול הנוכחי מתמקד בשילוב של גירוי החושית orofacial הקשורים עיוות עור פנים ואירוע הקשור הקלטה פוטנציאלית (ERP). היש הוא הליך ניסיוני שליטה מדויקת על הכיוון והעיתוי של עיוות עור פנים באמצעות מכשיר רובוטי מבוקר מחשב. זה מאפשר לנו לבחון את ההשערות ספציפיות על התרומה החושית להפקת דיבור ותפיסה סלקטיבית ובדיוק עיוות עור פנים במגוון רחב של אוריינטציות במהלך שתי הלמידה המוטורית דיבור וישירות בהפקת דיבור ותפיסה. הקלטת ERP משמש כדי להעריך את הדפוס ועיתוי הזמני של ההשפעה של גירוי החושית על התנהגויות orofacial noninvasively. הפרוטוקול הנוכחי אז יכול להעריך את הקושרת העצבית של פונקצית תנועתית ולהעריך את התרומה של המערכת החושית לתפיסת שני עיבוד הדיבור, הפקת דיבור ודיבור.
כדי להראות את התועלת של היישום של גירוי למתוח את העור להקלטת ERP, הפרוטוקול הבא מתמקד באינטראקציה של החושית וקלט שמיעתי בעמ הדיבורerception. התוצאות להדגיש שיטת פוטנציאל להעריך אינטראקציה החושית-שמיעתית בדיבור.
Protocol
Representative Results
Discussion
המחקרים דיווחו כאן מספקים ראיות לכך שגירוי החושית מבוקר בדיוק כי הוא מיוצר על ידי עיוות עור פנים גורם ERPs קליפת המוח. afferents עורית ידועות כמקור עשיר של מידע תנועתית 3,4 בתנועת איבר אנושית 5,6 ודיבור תנועה 7,8,21. מתיחת עור הפנים באופן שמשקף את כיוון התנועה ב?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי לחירשות והפרעות תקשורת אחרות מענקי R21DC013915 וR01DC012502, מדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה והמועצה האירופית למחקר בתכנית של הקהילה האירופית מסגרת השביעית (FP7 / 2,007-2,013 גרנט הסכם לא. 339,152 ).
Materials
| EEG recording system | Biosemi | ActiveTwo | |
| Robotic decice for skin stretch | Geomagic | Phantom Premium 1.0 | |
| EEG-compatible earphones | Etymotic research | ER3A | |
| Software for visual and auditory stimulation | Neurobehavioral Systems | Presentation | |
| Electrode gel | Parker Laboratories, INC | Signa gel | |
| Double sided tape | 3M | 1522 | |
| Disposable syringe | Monoject | 412 Curved Tip | |
| Analog input device | National Instuments | PCI-6036E | |
| Degital output device | Measurement computing | USB-1208FS |
Riferimenti
- Ito, T., Tiede, M., Ostry, D. J. Somatosensory function in speech perception. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 1245-1248 (2009).
- Gick, B., Derrick, D. Aero-tactile integration in speech perception. Nature. 462, 502-504 (2009).
- McCloskey, D. I. Kinesthetic sensibility. Physiol Rev. 58, 763-820 (1978).
- Proske, U., Gandevia, S. C. The kinaesthetic senses. J Physiol. 587, 4139-4146 (2009).
- Collins, D. F., Prochazka, A. Movement illusions evoked by ensemble cutaneous input from the dorsum of the human hand. J Physiol. 496 (Pt 3), 857-871 (1996).
- Edin, B. B., Johansson, N. Skin strain patterns provide kinaesthetic information to the human central nervous system. J Physiol. 487 (Pt 1), 243-251 (1995).
- Ito, T., Ostry, D. J. Somatosensory contribution to motor learning due to facial skin deformation. J Neurophysiol. 104, 1230-1238 (2010).
- Connor, N. P., Abbs, J. H. Movement-related skin strain associated with goal-oriented lip actions. Exp Brain Res. 123, 235-241 (1998).
- Johansson, R. S., Trulsson, M., Olsson, K. Â., Abbs, J. H. Mechanoreceptive afferent activity in the infraorbital nerve in man during speech and chewing movements. Exp Brain Res. 72, 209-214 (1988).
- Nordin, M., Hagbarth, K.-E. Mechanoreceptive units in the human infra-orbital nerve. Acta Physiol Scand. 135, 149-161 (1989).
- Guideline thirteen: guidelines for standard electrode position nomenclature. American Electroencephalographic Society. Journal of clinical neurophysiology : official publication of the American Electroencephalographic Society. 11, 111-113 (1994).
- Ito, T., Gracco, V. L., Ostry, D. J. Temporal factors affecting somatosensory-auditory interactions in speech processing. Frontiers in psychology. 5, 1198 (2014).
- Ito, T., Johns, A. R., Ostry, D. J. Left lateralized enhancement of orofacial somatosensory processing due to speech sounds. J Speech Lang Hear Res. 56, S1875-1881 (2013).
- Ito, T., Ostry, D. J. Speech sounds alter facial skin sensation. J Neurophysiol. 107, 442-447 (2012).
- Kenton, B. et al. Peripheral fiber correlates to noxious thermal stimulation in humans. Neuroscience letters. 17, 301-306 (1980).
- Larson, C. R., Folkins, J. W., McClean, M. D., Muller, E. M. Sensitivity of the human perioral reflex to parameters of mechanical stretch. Brain Res. 146, 159-164 (1978).
- Möttönen, R. Järveläinen, J. Sams, M., Hari, R. Viewing speech modulates activity in the left SI mouth cortex. Neuroimage. 24, 731-737 (2005).
- Soustiel, J. F., Feinsod, M., Hafner, H. Short latency trigeminal evoked potentials: normative data and clinical correlations. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 80, 119-125 (1991).
- Martin, B. A., Tremblay, K. L., Korczak, P. Speech evoked potentials: from the laboratory to the clinic. Ear and hearing. 29, 285-313 (2008).
- Perrin, F., Bertrand, O., Pernier, J. Scalp current density mapping: value and estimation from potential data. IEEE Trans Biomed Eng. 34, 283-288 (1987).
- Ito, T., Gomi, H. Cutaneous mechanoreceptors contribute to the generation of a cortical reflex in speech. Neuroreport. 18, 907-910 (2007).
- Onton, J., Westerfield, M., Townsend, J., Makeig, S. Imaging human EEG dynamics using independent component analysis. Neurosci Biobehav Rev. 30, 808-822 (2006).
- Larsson, L. E., Prevec, T. S. Somato-sensory response to mechanical stimulation as recorded in the human EEG. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 28, 162-172 (1970).
- Johansson, R. S., Trulsson, M., Olsson, K. Â., Westberg, K.-G. Mechanoreceptor activity from the human face and oral mucosa. Exp Brain Res. 72, 204-208 (1988).
- Diehl, R. L., Lotto, A. J., Holt, L. L. Speech perception. Annu Rev Psychol. 55, 149-179 (2004).
- Liberman, A. M., Mattingly, I. G. The motor theory of speech perception revised. Cognition. 21, 1-36 (1985).
- Schwartz, J. L., Basirat, A., Menard, L., Sato, M. The Perception-for-Action-Control Theory (PACT): A perceptuo-motor theory of speech perception. J Neurolinguist. 25, 336-354 (2012).
- Rizzolatti, G., Craighero, L. The mirror-neuron system. Annu Rev Neurosci. 27, 169-192 (2004).
- Rizzolatti, G., Fabbri-Destro, M. The mirror system and its role in social cognition. Curr Opin Neurobiol. 18, 179-184 (2008).
- D'Ausilio, A. et al. The motor somatotopy of speech perception. Curr Biol. 19, 381-385 (2009).
- Fadiga, L., Craighero, L., Buccino, G., Rizzolatti, G. Speech listening specifically modulates the excitability of tongue muscles: a TMS study. Eur J Neurosci. 15, 399-402 (2002).
- Meister, I. G., Wilson, S. M., Deblieck, C., Wu, A. D., Iacoboni, M. The essential role of premotor cortex in speech perception. Curr Biol. 17, 1692-1696 (2007).
- Möttönen, R. Watkins, K. E. Motor representations of articulators contribute to categorical perception of speech sounds. J Neurosci. 29, 9819-9825 (2009).
- Watkins, K. E., Strafella, A. P., Paus, T. Seeing and hearing speech excites the motor system involved in speech production. Neuropsychologia. 41, 989-994 (2003).
- Wilson, S. M., Saygin, A. P., Sereno, M. I., Iacoboni, M. Listening to speech activates motor areas involved in speech production. Nat Neurosci. 7, 701-702 (2004).
