Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) van de gebieden van Wernicke en Broca in studies naar taalverwerving en woord overname

Summary

Hier beschrijven we een protocol voor het gebruik van Transcraniële directe stroom stimulatie voor Psycho-en neurolinginggewijze experimenten gericht op het bestuderen, op een naturalistische maar volledig gecontroleerde manier, de rol van corticale gebieden van het menselijk brein in woord leren, en een uitgebreide reeks gedrags procedures voor het beoordelen van de uitkomsten.

Abstract

Taal is een zeer belangrijke en toch slecht begrepen functie van het menselijk brein. Terwijl studies van hersenactivatiepatronen tijdens taalbegrip overvloedig zijn, is wat vaak kritisch ontbreekt het causaal bewijs van de betrokkenheid van hersengebieden bij een bepaalde linguïstische functie, niet in het minst vanwege de unieke menselijke aard van dit vermogen en een tekort aan neurofysiologische instrumenten om causale relaties in het menselijk brein niet invasief te bestuderen. De laatste jaren hebben een snelle toename van het gebruik van Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) van het menselijk brein gezien, een eenvoudige, goedkope en veilige niet-invasieve techniek die de toestand van het gestimuleerde hersengebied kan moduleren (putatief door verschuivende excitatie/ remming van de drempelwaarden), waardoor een studie van haar specifieke bijdrage aan specifieke functies mogelijk is. Terwijl voornamelijk gericht op motorische controle, het gebruik van tDCS steeds meer wijdverbreid in zowel fundamentele en klinisch onderzoek naar hogere cognitieve functies, taal opgenomen, maar de procedures voor de toepassing blijven variabel. Hier beschrijven we het gebruik van tDCS in een psycholingstend woord leer experiment. We presenteren de technieken en procedures voor de toepassing van de kathodale en anodale stimulatie van de kerntaal gebieden van Broca en Wernicke in de linker hemisfeer van het menselijk brein, beschrijven de procedures voor het creëren van evenwichtige verzamelingen van psycholingstische stimuli, een beheerst en toch naturalistisch leer regime, en een uitgebreide reeks technieken om de leerresultaten en tDCS-effecten te beoordelen. Als voorbeeld van een tDCS-toepassing tonen we aan dat de kathodale stimulatie van het gebied van Wernicke voorafgaand aan een leer sessie de leer efficiëntie van Word kan beïnvloeden. Deze impact is zowel aanwezig onmiddellijk na het leren en, belangrijk, bewaard over langere tijd na de fysieke effecten van stimulatie slijtage, suggereren dat tDCS lange termijn invloed op taalkundige opslag en representaties in het menselijk brein kunnen hebben .

Introduction

De neurobiologische mechanismen van menselijke taal functie zijn nog steeds slecht begrepen. Als het fundament van ons communicatievermogen speelt deze unieke humane Neurocognitieve eigenschap een bijzonder belangrijke rol in ons persoonlijk en sociaal-economisch leven. Alle tekorten die van invloed zijn op spraak en taal zijn desastreus voor de patiënten en duur voor de samenleving. Op hetzelfde moment, in de kliniek, procedures voor de behandeling van spraak tekorten (zoals afasie) blijven suboptimaal, niet in het minst als gevolg van slecht begrip van de neurobiologische mechanismen die betrokken zijn¹. In onderzoek hebben de recente opkomst en snelle ontwikkeling van neuroimaging-methoden geleid tot meerdere ontdekkingen die activerings patronen beschrijven; Toch ontbreekt het causaal bewijs vaak nog. Bovendien, taalgebieden van de hersenen bevinden zich enigszins suboptimaal voor de toepassing van mainstream neurostimulatie benaderingen die causaal bewijs kunnen bieden, vooral de Transcraniële magnetische stimulatie techniek (TMS). Overwegende dat offline TMS-protocol, zoals theta burst-stimulatie, pijn kan veroorzaken als gevolg van de nabijheid van de spieren tot het punt van stimulatie, “online” TMS-protocollen kunnen geluids artefacten van stimulatie introduceren, wat ongewenst is als gevolg van interferentie met taalkundige stimulerings presentatie². Hoewel TMS op grote schaal wordt gebruikt in taal studies ondanks dergelijke ongemakken, kan een welkom alternatief worden geboden door andere stimulatie methoden, met name Transcraniële directe-stroom stimulatie (tDCS). In de afgelopen jaren heeft tDCS een opmerkelijke groei in het gebruik gezien vanwege de toegankelijkheid, het gebruiksgemak, de relatieve veiligheid en vaak nogal opvallende uitkomsten³. Hoewel de precieze mechanismen die de tDCS-invloed op neurale activiteit ten grondslag liggen, niet volledig worden begrepen, is de mainstream-weergave dat, althans bij lage intensiteitsniveaus (meestal 1-2 mA voor 15-60 min), het geen neurale excitatie of remming per se veroorzaakt. , maar moduleert in plaats daarvan het rust-transmembraan potentieel op een gesorteerde manier naar de-of hyperpolarisatie, waarbij de excitatie drempels omhoog of omlaag worden verschoven en waardoor het neurale systeem meer of minder vatbaar is voor modulaties door andere gebeurtenissen, stimuli, Staten of gedragingen^4,5. Terwijl de meeste van de tot nu toe gemelde toepassingen gericht zijn op de motorische functie⁶ en/of de tekorten van het motorsysteem, is het steeds meer toegepast op cognitieve functies van een hoger niveau en hun respectieve handicaps. Er is een toename van de toepassing ervan op spraak en taal, vooral in onderzoek gericht op het herstel van de na-beroerte afasie^7,8,9, hoewel het tot nu toe heeft geleid tot gemengde resultaten met betrekking tot de therapeutisch potentieel, stimulatie plaatsen en hemisferen, en optimale stroom polariteit. Aangezien dit onderzoek, en in het bijzonder de toepassing van tDCS in de Cognitieve neurobiologie van de normale taal functie, nog steeds in de kinderschoenen staat, is het cruciaal om procedures te afbakenen voor het stimuleren van ten minste de kerntaal cortices (vooral Wernicke’s en De gebieden van Broca) met behulp van tDCS, een van de hoofddoelstellingen van het huidige rapport.

Hier zullen we rekening houden met de toepassing van tDCS op taalgebieden in een Word-Learning experiment. In het algemeen wordt het geval van woord leren hier opgevat als een voorbeeld van een neurolingstypenexperiment, en het tDCS-gedeelte van de procedure mag niet wezenlijk veranderen voor andere soorten taal experimenten die op dezelfde gebieden zijn gericht. Toch gebruiken we deze gelegenheid om ook belangrijke methodologische overwegingen te belichten in een woord overname experiment per se, dat het tweede belangrijkste doel van de huidige protocol beschrijving is. Hersenmechanismen die het verwerven van woorden ten grondslag liggen – een alomtegenwoordige menselijke capaciteit in de kern van onze taalkundige communicatievaardigheid – blijven grotendeels onbekend¹⁰. Door het beeld te compliceren, verschilt de bestaande literatuur sterk in de manier waarop experimentele protocollen de verwerving van woorden bevorderen, de controle over de stimulatie parameters en de taken die worden gebruikt om de leerresultaten te beoordelen (zie bijvoorbeeld Davis et al.¹¹). Hieronder beschrijven we een protocol dat zeer gecontroleerde stimuli en presentatiemodus gebruikt, terwijl we zorgen voor een naturalistische, door de context gestuurde verwerving van een nieuwe vocabulaire. Bovendien gebruiken we een uitgebreide reeks taken om de uitkomsten van gedragingen op verschillende niveaus te beoordelen, zowel onmiddellijk na het leren als na een nachtelijke consolidatiefase. Dit wordt gecombineerd met Sham en kathodal tDCS van taalgebieden (we maken een speciaal voorbeeld met behulp van Wernicke’s gebied stimulatie) die causaal bewijs kan leveren over de onderliggende neurale processen en mechanismen.

Protocol

Alle procedures werden goedgekeurd door de lokale onderzoeksethiek Commissie van St. Petersburg State University, St. Petersburg, met toestemming verkregen van alle deelnemers. Opmerking: alle deelnemers moeten de geïnformeerde toestemming ondertekenen en een vragenlijst invullen om de afwezigheid van contra-indicaties voor tDCS-stimulatie te bevestigen (zie techniek en overwegingen bij het gebruik van 4 x 1-ring High-Definition Transcraniële gelijkstroom stimulatie (HD-tDCS) door Willamar e…

Representative Results

Terwijl de gegevens werden geanalyseerd voor de specifieke reeks taken, moet worden benadrukt dat de ontwikkelde set van tests en het paradigma kon worden aangepast aan een verscheidenheid van psycholingstische experimenten. De resultaten werden geanalyseerd in termen van nauwkeurigheids scores (aantal juiste antwoorden) en de reactietijd (RT) met behulp van niet-parametrische Wilcoxon ondertekende rang test en Mann-Whitney U-test over groepen (kathodale en schijn stimulatie). Significant…

Discussion

De resultaten wijzen op een aantal belangrijke punten die in aanmerking moeten worden genomen bij het uitvoeren van psycholinguïstisch onderzoek in het algemeen, en neuroluitingstieken tDCS bestudeert in het bijzonder. Stimulatie van taal cortices (geïllustreerd door het gebied van Wernicke) produceert een complex patroon van gedrags resultaten. In tegenstelling tot de TMS-techniek, waar het mogelijk is om de spraakverwerking volledig te verstoren (bijvoorbeeld het zogenaamde “speech-arrestatie protocol”)<sup class="xr…