Estimulação da corrente contínua transcraniana (tDCS) das áreas de Wernicke e broca em estudos de aprendizagem de línguas e aquisição de palavras

Summary

Aqui, nós descrevemos um protocolo para usar a estimulação transcraniana da corrente direta para os experimentos psico-e neurolingüísticos visados estudar, em uma maneira naturalista contudo inteiramente controlada, o papel de áreas corticais do cérebro humano na aprendizagem de palavra, e um um conjunto abrangente de procedimentos comportamentais para avaliar os resultados.

Abstract

A língua é uma função altamente importante contudo mal compreendida do cérebro humano. Enquanto os estudos de padrões de ativação cerebral durante a compreensão da linguagem são abundantes, o que muitas vezes é criticamente ausente é a evidência causal do envolvimento das áreas cerebrais em uma função linguística particular, não menos importante devido à natureza humana única dessa habilidade e uma escassez de ferramentas neurofisiológicas para estudar relações causais no cérebro humano não invasivamente. Os anos recentes têm visto uma ascensão rápida no uso da estimulação transcraniana da corrente contínua (tDCS) do cérebro humano, de uma técnica não invasora fácil, barata e segura que possa modular o estado da área estimulada do cérebro (putatively deslocando a excitação/ de inibição), permitindo um estudo da sua contribuição particular para funções específicas. Enquanto se concentra principalmente no controle motor, o uso de tDCS está se tornando mais generalizada na pesquisa básica e clínica sobre funções cognitivas mais elevadas, a linguagem incluída, mas os procedimentos para sua aplicação permanecem variáveis. Aqui, nós descrevemos o uso de tDCS em uma experiência Psicolingüística da palavra-aprendizagem. Nós apresentamos as técnicas e os procedimentos para a aplicação da estimulação cathodal e anodal de áreas da língua do núcleo de broca e de Wernicke no hemisfério esquerdo do cérebro humano, descrevem os procedimentos de criar jogos equilibrados de estímulos psycholingüísticos, um regime de aprendizagem controlado ainda naturalista, e um conjunto abrangente de técnicas para avaliar os resultados de aprendizagem e efeitos de tDCS. Como um exemplo de aplicação de tDCS, mostramos que a estimulação catodal da área de Wernicke antes de uma sessão de aprendizado pode impactar a eficiência da aprendizagem de palavras. Este impacto está presente imediatamente após a aprendizagem e, importante, preservado durante mais tempo após os efeitos físicos da estimulação desgastam fora, sugerindo que os tDCS possam ter a influência a longo prazo no armazenamento e nas representações lingüísticas no cérebro humano .

Introduction

Os mecanismos neurobiológicos da função da linguagem humana ainda são pouco compreendidos. Como o alicerce de nossa capacidade de comunicação, este traço Neurocognitivo humano único desempenha um papel particularmente importante em nossa vida pessoal e sócio-econômica. Todos os déficits que afetam a fala e a linguagem são devastadores para os portadores e caros para a sociedade. Ao mesmo tempo, na clínica, os procedimentos de tratamento dos déficits de fala (como afasia) permanecem suboptimal, não menos importante devido à má compreensão dos mecanismos neurobiológicos envolvidos¹. Na pesquisa, o advento recente e o rápido desenvolvimento de métodos de neuroimagem levaram a múltiplas descobertas descrevendo padrões de ativação; ainda, evidências causais muitas vezes ainda faltam. Além disso, as áreas da língua do cérebro são situadas um tanto controlado para a aplicação de aproximações mainstream do neuroestimulação que podem fornecer a evidência causal, o mais importante a técnica Transcranial da estimulação magnética (TMS). Visto que o protocolo off-line TMS, tal como a estimulação do estouro do Theta, pode causar a dor devido à proximidade próxima dos músculos ao ponto da estimulação, os protocolos “em linha” TMS podem introduzir artefatos sadios da estimulação, que é indesejável devido à interferência com apresentação do estímulo linguístico². Mesmo que TMS seja amplamente utilizado em estudos de língua apesar de tais inconvenientes, uma alternativa bem-vinda pode ser fornecida por outros métodos da estimulação, o mais notàvelmente estimulação Transcranial da corrente contínua (tDCS). Nos últimos anos, tDCS tem visto um crescimento notável em seu uso devido à sua acessibilidade, facilidade de uso, segurança relativa e, muitas vezes, resultados bastante marcantes³. Mesmo que os mecanismos exatos que sustentam a influência de tDCS na atividade neural não são compreendidos completamente, a opinião do mainstream é que, pelo menos em níveis da baixa intensidade (tipicamente 1-2 miliampères para 15-60 minutos), não causa nenhuma excitação neural ou inibição por se , mas, em vez disso, modula o potencial transmembranado em repouso de forma graduada em direção à despolarização, deslocando os limiares de excitação para cima ou para baixo e, assim, tornando o sistema neural mais ou menos suscetível a modulações por outros eventos, estímulos, Estados ou comportamentos^4,5. Considerando que a maioria das aplicações relatadas até à data centraram-se na função motora⁶ e/ou déficits do sistema motor, tem sido cada vez mais aplicada a funções cognitivas de nível superior e suas respectivas deficiências. Tem havido um aumento na sua aplicação à fala e à linguagem, principalmente em pesquisas voltadas para a recuperação da afasia pós-AVC^7,8,9, embora até agora tenha levado a resultados mistos em relação à potencial terapêutico, sítios de estimulação e hemisférios, e polaridade de corrente óptima. Como esta pesquisa, e particularmente a aplicação de tDCS na neurobiologia cognitiva da função de linguagem normal, ainda está em sua infância, é crucial delinear procedimentos para estimular pelo menos os córtices de linguagem principal (mais importante Wernicke e Áreas de broca) usando tDCS, que é um dos principais objetivos do relatório atual.

Aqui, consideraremos a aplicação de tDCS a áreas de linguagem em uma experiência de aprendizado de palavras. Em geral, o caso da aprendizagem de palavras é tomado aqui como um exemplo de um experimento neurolinguístico, e a parte de tDCS do procedimento não deve mudar substancialmente para outros tipos de experimentos de linguagem visando as mesmas áreas. No entanto, utilizamos esta oportunidade para destacar também as principais considerações metodológicas em um experimento de aquisição de palavras por si, que é o segundo objetivo principal da descrição atual do protocolo. Mecanismos cerebrais que sustentam a aquisição de palavras – uma capacidade humana onipresente no cerne da nossa habilidade de comunicação linguística – permanecem em grande parte desconhecidas¹⁰. Complicando o quadro, a literatura existente difere amplamente na forma como os protocolos experimentais promovem a aquisição de palavras, no controle sobre os parâmetros de estimulação e nas tarefas utilizadas para avaliar os desfechos de aprendizagem (ver, por exemplo, Davis et al.¹¹). Abaixo, descrevemos um protocolo que utiliza estímulos altamente controlados e modo de apresentação, assegurando uma aquisição naturalista orientada por contexto de vocabulário novo. Além disso, usamos uma bateria abrangente de tarefas para avaliar os resultados comportamentais em diferentes níveis, tanto imediatamente após a aprendizagem e após uma fase de consolidação durante a noite. Isso é combinado com Sham e tDCS catodais de áreas de linguagem (nós fazemos um exemplo específico usando a estimulação da área de Wernicke) que pode fornecer evidências causais sobre os processos e mecanismos neural subjacentes.

Protocol

Todos os procedimentos foram aprovados pelo Comitê de ética em pesquisa local da Universidade Estadual de São Petersburgo, São Petersburgo, com consentimento obtido de todos os participantes. Nota: todos os participantes devem assinar o consentimento informado e preencher um questionário para atestar a ausência de quaisquer contra-indicações para a estimulação de tDCS (ver técnica e considerações no uso da estimulação de corrente contínua transcraniana de alta definição de 4 …

Representative Results

Enquanto os dados foram analisados para o conjunto específico de tarefas, deve-se ressaltar que o conjunto desenvolvido de testes e o paradigma podem ser adaptados a uma variedade de experimentos psicolinguísticos. Os resultados foram analisados em termos de escores de acurácia (número de acertos) e o tempo de reação (RT) utilizando teste de Rank não paramétrico de Wilcoxon assinado e teste U de Mann-Whitney em todos os grupos (condições de estimulação catodal e Sham). As dife…

Discussion

Os resultados destacam alguns pontos importantes que precisam ser levados em consideração na realização da pesquisa Psicolinguística em geral, e os estudos de tDCS em neurolinguística, em particular. A estimulação de córtices da língua (exemplificada aqui pela área de Wernicke) produz um teste padrão complexo de resultados comportáveis. Diferentemente da técnica TMS, onde é possível interromper totalmente o processamento da fala (por exemplo, o chamado protocolo de “parada de fala”)^21</s…