التحفيز الحالي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) من مناطق فيرنيك وبروكا في دراسات تعلم اللغة واكتساب الكلمات
Summary
هنا، ونحن نصف بروتوكول لاستخدام التحفيز الحالي المباشر عبر الجمجمة للتجارب النفسية والعصبية اللغوية التي تهدف إلى دراسة، بطريقة طبيعية ولكن تسيطر عليها بالكامل، ودور المناطق القشرية من الدماغ البشري في تعلم الكلمات، و مجموعة شاملة من الإجراءات السلوكية لتقييم النتائج.
Abstract
اللغة هي وظيفة مهمة للغاية ولكن غير مفهومة جيدا من الدماغ البشري. في حين أن دراسات أنماط تنشيط الدماغ أثناء فهم اللغة وفيرة، ما هو في كثير من الأحيان في عداد المفقودين بشكل حاسم هو دليل السببية من مشاركة مناطق الدماغ في وظيفة لغوية معينة، وليس أقلها بسبب الطبيعة البشرية الفريدة لهذه القدرة و نقص في الأدوات العصبية الفسيولوجية لدراسة العلاقات السببية في الدماغ البشري غير الغازية. شهدت السنوات الأخيرة ارتفاعا ً سريعاً في استخدام التحفيز المباشر عبر الجمجمة (tDCS) للدماغ البشري، وهي تقنية سهلة وغير مكلفة وآمنة غير غازية يمكن أن تعدل حالة منطقة الدماغ المحفزة (بشكل مفترض عن طريق تحويل الإثارة/ العتبات التثبيط)، مما يتيح دراسة مساهمتها الخاصة في وظائف محددة. في حين تركز في الغالب على التحكم في السيارات, استخدام tDCS أصبح أكثر انتشارا في كل من البحوث الأساسية والسريرية على الوظائف المعرفية العليا, وشملت اللغة, ولكن إجراءات تطبيقه لا تزال متغيرة. هنا، ونحن نصف استخدام tDCS في تجربة التعلم الكلمات النفسية اللغوية. نقدم تقنيات وإجراءات لتطبيق التحفيز الكاثودال وanodal من المناطق اللغوية الأساسية من بروكا وWernicke في نصف الكرة الأيسر من الدماغ البشري، ووصف إجراءات خلق مجموعات متوازنة من المحفزات النفسية اللغوية، وهو نظام التعلم الطبيعي الخاضع للرقابة، ومجموعة شاملة من التقنيات لتقييم نتائج التعلم وآثار tDCS. كمثال على تطبيق tDCS، نبين أن التحفيز الكاثود في منطقة Wernicke قبل جلسة التعلم يمكن أن تؤثر على كفاءة تعلم الكلمات. هذا التأثير موجود على حد سواء مباشرة بعد التعلم، والأهم من ذلك، والحفاظ عليها على مدى فترة أطول بعد أن تبلى الآثار المادية للتحفيز، مما يشير إلى أن tDCS يمكن أن يكون لها تأثير طويل الأجل على التخزين اللغوي والتمثيلات في الدماغ البشري .
Introduction
الآليات العصبية البيولوجية لوظيفة اللغة البشرية لا تزال غير مفهومة بشكل جيد. وهذه السمة العصبية المعرفية البشرية الفريدة، بوصفها الأساس الذي تقوم عليه قدرتنا على الاتصال، تلعب دوراً هاماً بشكل خاص في حياتنا الشخصية والاجتماعية والاقتصادية. أي عجز يؤثر على الكلام واللغة مدمرة للمرضى ومكلفة للمجتمع. في الوقت نفسه، في العيادة، لا تزال إجراءات علاج العجز في الكلام (مثل الحُبسة) دون المستوى الأمثل، وليس أقلها بسبب سوء فهم الآليات العصبية البيولوجية المعنية1. في البحوث, وقد أدى ظهور مؤخرا والتطور السريع لأساليب التصوير العصبي إلى اكتشافات متعددة تصف أنماط التنشيط; ومع ذلك، غالبا ما تكون الأدلة السببية تفتقر. وعلاوة على ذلك، تقع المناطق اللغوية في الدماغ إلى حد ما دون المستوى الأمثل لتطبيق نُهُج التحفيز العصبي السائدة التي يمكن أن توفر أدلة سببية، والأهم من ذلك تقنية التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). في حين حاليا TMS البروتوكول، مثل تحفيز انفجار التأ، يمكن أن يسبب الألم بسبب القرب الوثيق من العضلات إلى نقطة التحفيز، “على الانترنت” بروتوكولات TMS يمكن إدخال التحف الصوتية من التحفيز، وهو أمر غير مرغوب فيه بسبب التدخل مع عرض التحفيز اللغوي2. على الرغم من أن TMS يستخدم على نطاق واسع في الدراسات اللغوية على الرغم من مثل هذه المضايقات، يمكن توفير بديل موضع ترحيب من قبل أساليب التحفيز الأخرى، وأبرزها التحفيز عبر الجمجمة مباشرة الحالية (TDCS). في السنوات الأخيرة، شهدت tDCS نموا ملحوظا في استخدامه بسبب سهولة الوصول إليها، وسهولة الاستخدام، والسلامة النسبية، وغالبا ما تكون النتائج ضرببدلا 3. على الرغم من أن الآليات الدقيقة التي تقوم عليها تأثير tDCS على النشاط العصبي لا يفهم تماما، فإن الرأي السائد هو أنه، على الأقل في مستويات الكثافة المنخفضة (عادة 1-2 مانا لمدة 15-60 دقيقة)، فإنه لا يسبب أي إثارة العصبية أو تثبيط في حد ذاته ، ولكن بدلا من ذلك ينظم إمكانية عبر الغشاء يستريح بطريقة متدرجة نحو إزالة أو فرط الاستقطاب، وتحويل عتبات الإثارة صعودا أو وهبوطا، وبالتالي جعل النظام العصبي أكثر أو أقل عرضة للتعديلات من قبل الأحداث الأخرى، والمحفزات، الدول أو السلوكيات4،5. وفي حين أن معظم الطلبات المبلغ عنها حتى الآن قد ركزت على الوظيفة الحركية6 و/أو العجز في نظام السيارات، فقد طُبقت بصورة متزايدة على الوظائف المعرفية الأعلى مستوى وإعاقات كل منها. كان هناك ارتفاع في تطبيقه على الكلام واللغة، ومعظمها في البحوث التي تهدف إلى استعادة الحُبسة ما بعد السكتة الدماغية7،8،9، على الرغم من أنها أدت حتى الآن إلى نتائج مختلطة فيما يتعلق الإمكانات العلاجية، ومواقع التحفيز ونصف الكرة الأرضية، والقطبية الحالية المثلى. بما أنّ هذا بحث, وخصوصا التطبيق من [تدس] في علم الأحياء عصبيّإدراكيّة من عاديّة لغة عمل, بعد في مهده, هو حاسمة أن يعيّن إجراءات ليحثّ على الأقلّ الأساسيّة لغة [كورتيس] (أكثر مهمّة [ورنيكس] و مناطق بروكا) باستخدام tDCS، وهو أحد الأهداف الرئيسية للتقرير الحالي.
هنا، سوف ننظر في تطبيق tDCS على مناطق اللغة في تجربة تعلم الكلمات. بشكل عام، يتم أخذ حالة تعلم الكلمات هنا كمثال على تجربة لغوية عصبية، والجزء tDCS من الإجراء لا ينبغي أن تتغير بشكل كبير لأنواع أخرى من التجارب اللغوية التي تستهدف نفس المناطق. ومع ذلك، فإننا نفسن هذه الفرصة لتسليط الضوء أيضا على الاعتبارات المنهجية الرئيسية في تجربة اكتساب الكلمات في حد ذاتها، وهو الهدف الرئيسي الثاني من وصف البروتوكول الحالي. آليات الدماغ التي تقوم عليها اكتساب الكلمات – قدرة بشرية منتشرة في كل مكان في صميم مهارتنا في التواصل اللغوي – لا تزال غير معروفة إلى حد كبير10. ومما يزيد من تعقيد الصورة أن المؤلفات الموجودة تختلف اختلافاً كبيراً في كيفية تعزيز البروتوكولات التجريبية لاكتساب الكلمات، والسيطرة على بارامترات التحفيز، وفي المهام المستخدمة لتقييم نتائج التعلم (انظر، على سبيل المثال، Davis et al.11). وفيما يلي وصف بروتوكول يستخدم المحفزات العالية التحكم ووضع العرض التقديمي، مع ضمان اكتساب المفردات الجديدة التي تعتمد على السياق الطبيعي. وعلاوة على ذلك، نستخدم مجموعة شاملة من المهام لتقييم النتائج سلوكيا على مستويات مختلفة، سواء بعد التعلم مباشرة وبعد مرحلة الدمج بين عشية وضحاها. يتم الجمع بين هذا مع tDCS الشام وcathodal من المناطق اللغوية (ونحن جعل مثال معين باستخدام تحفيز منطقة Wernicke) التي يمكن أن توفر أدلة سببية على العمليات والآليات العصبية الكامنة.
Protocol
Representative Results
Discussion
وتسلط النتائج الضوء على عدد قليل من النقاط الهامة التي يجب أخذها في الاعتبار عند إجراء البحوث النفسية اللغوية بشكل عام، والدراسات التي تجريها علم اللغويات العصبية على وجه الخصوص. تحفيز القشرية اللغة (تتمثل هنا في منطقة Wernicke) تنتج نمطا معقدا من النتائج السلوكية. على عكس تقنية TMS، حيث أنه من …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
بدعم من RF عقد المنح ة الحكومية رقم 14.W03.31.0010. ونود أن نشكر كاتارينا بيريكوفا وألكسندر كيرسانوف على دعمهما في إعداد هذا المنشور. ونحن ممتنون لأولغا شيرباكوفا ومارغريتا فيليبوفا على مساعدتهما في اختيار الحوافز، وأناستاسيا سافرونوفا وبافيل إينوزيمسيف على مساعدتهما في إنتاج مواد الفيديو.
Riferimenti
- Sebastian, R., Tsapkini, K., Tippett, D. C. Transcranial direct current stimulation in post stroke aphasia and primary progressive aphasia: Current knowledge and future clinical applications. Neuro Rehabilitation. 39 (1), 141-152 (2016).
- Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology. 128 (9), 1774-1809 (2017).
- Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clinical Neurophysiology. 128 (1), 56-92 (2017).
- Priori, A. Brain polarization in humans: a reappraisal of an old tool for prolonged non-invasive modulation of brain excitability. Clinical Neurophysiology. 114 (4), 589-595 (2003).
- Shah, P. P., Szaflarski, J. P., Allendorfer, J., Hamilton, R. H. Induction of neuroplasticity and recovery in post-stroke aphasia by non-invasive brain stimulation. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 888 (2013).
- Nitsche, M. A., et al. Modulation of cortical excitability by weak direct current stimulation–technical, safety and functional aspects. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 255-276 (2003).
- Fridriksson, J., Richardson, J. D., Baker, J. M., Rorden, C. Transcranial direct current stimulation improves naming reaction time in fluent aphasia: a double-blind, sham-controlled study. Stroke. 42 (3), 819-821 (2011).
- Flöel, A., et al. Short-term anomia training and electrical brain stimulation. Stroke. 42 (7), 2065-2067 (2011).
- Hamilton, R. H., Chrysikou, E. G., Coslett, B. Mechanisms of aphasia recovery after stroke and the role of noninvasive brain stimulation. Brain and Language. 118 (1-2), 40-50 (2011).
- Shtyrov, Y. Neural bases of rapid word learning. The Neuroscientist. 18 (4), (2012).
- Davis, M. H., Di Betta, A. M., Macdonald, M. J. E., Gaskell, M. G. Learning and Consolidation of Novel Spoken Words. Journal of Cognitive Neuroscience. 21 (4), 803-820 (2009).
- Villamar, M. F., et al. Technique and Considerations in the Use of 4×1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS). Journal of Visualized Experiments. (77), (2013).
- Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
- Rodd, J. M., et al. Learning new meanings for old words: effects of semantic relatedness. Memory & Cognition. 40 (7), 1095-1108 (2012).
- Quiroga, R. Q., Fried, I., Koch, C. Brain cells for grandmother. Scientific American. 308 (2), 30-35 (2013).
- Mason, R. A., Prat, C. S., Just, M. A. Neurocognitive brain response to transient impairment of Wernicke’s area. Cerebral Cortex (New York, N.Y.: 1991). 24 (6), 1474-1484 (2014).
- Chatrian, G. E., Lettich, E., Nelson, P. L. Modified nomenclature for the “10%” electrode system. Journal of Clinical Neurophysiology. 5 (2), 183-186 (1988).
- Nishitani, N., Schürmann, M., Amunts, K., Hari, R. Broca’s Region: From Action to Language. Physiology. 20 (1), 60-69 (2005).
- Dumay, N., Gareth Gaskell, M. Overnight lexical consolidation revealed by speech segmentation. Cognition. 123 (1), 119-132 (2012).
- Landi, N., et al. Neural representations for newly learned words are modulated by overnight consolidation, reading skill, and age. Neuropsychologia. 111, 133-144 (2018).
- Tarapore, P. E., et al. Language mapping with navigated repetitive TMS: Proof of technique and validation. NeuroImage. 82, 260-272 (2013).
- Jacobson, L., Koslowsky, M., Lavidor, M. tDCS polarity effects in motor and cognitive domains: a meta-analytical review. Experimental Brain Research. 216 (1), 1-10 (2012).
- Malyutina, S., et al. Modulating the interhemispheric balance in healthy participants with transcranial direct current stimulation: No significant effects on word or sentence processing. Brain and Language. 186, 60-66 (2018).
- Geranmayeh, F., Leech, R., Wise, R. J. S. Semantic retrieval during overt picture description: Left anterior temporal or the parietal lobe?. Neuropsychologia. 76, 125-135 (2015).
- Lambon Ralph, M. A., Pobric, G., Jefferies, E. Conceptual knowledge is underpinned by the temporal pole bilaterally: convergent evidence from rTMS. Cerebral Cortex (New York, N.Y.: 1991). 19 (4), 832-838 (2009).
- Mueller, S. T., Seymour, T. L., Kieras, D. E., Meyer, D. E. Theoretical Implications of Articulatory Duration, Phonological Similarity, and Phonological Complexity in Verbal Working Memory. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition. 29 (6), 1353-1380 (2003).
- Bachtiar, V., Near, J., Johansen-Berg, H., Stagg, C. J. Modulation of GABA and resting state functional connectivity by transcranial direct current stimulation. eLife. 4, e08789 (2015).
- Márquez-Ruiz, J., et al. Transcranial direct-current stimulation modulates synaptic mechanisms involved in associative learning in behaving rabbits. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (17), 6710-6715 (2012).
