تقييم التدريب على الاستبدال الحسي السمعي اللمسي لدى المشاركين الذين يعانون من الصمم العميق باستخدام تقنية الإمكانات المتعلقة بالحدث
Summary
تم تصميم هذا البروتوكول لاستكشاف التغيرات الفيزيولوجية الكهربية الأساسية المتعلقة بالتعلم في الأشخاص الذين يعانون من الصمم العميق بعد فترة تدريب قصيرة في الاستبدال الحسي السمعي عن طريق اللمس من خلال تطبيق تقنية الإمكانات المتعلقة بالحدث.
Abstract
تبحث هذه الورقة في تطبيق الأساليب القائمة على مخطط كهربية الدماغ لتقييم آثار التدريب على استبدال السمع عن طريق اللمس في المشاركين الشباب الصم (PD) ، بهدف تحليل الآليات العصبية المرتبطة بالتمييز الصوتي المعقد بالاهتزاز. يعكس نشاط الدماغ الكهربائي التغيرات العصبية الديناميكية ، وقد أثبتت الدقة الزمنية للإمكانات المتعلقة بالحدث (ERPs) أنها أساسية في دراسة العمليات المقفلة زمنيا أثناء أداء المهام السلوكية التي تنطوي على الانتباه والذاكرة العاملة.
تم تصميم البروتوكول الحالي لدراسة النشاط الفيزيولوجي الكهربي في الأشخاص المصابين بمرض باركنسون أثناء قيامهم بمهمة الأداء المستمر (CPT) باستخدام محفزات صوتية معقدة ، تتكون من خمسة أصوات حيوانية مختلفة يتم تسليمها من خلال نظام تحفيز محمول يتم ارتداؤه على السبابة اليمنى. كتصميم للمقاييس المتكررة ، تم إجراء تسجيلات تخطيط كهربية الدماغ (EEG) في الظروف القياسية قبل وبعد برنامج تدريبي قصير (خمس جلسات 1 ساعة على مدار 15 يوما) ، تليها تصحيح القطع الأثرية دون اتصال بالإنترنت ومتوسط الحقبة ، للحصول على أشكال موجية فردية ومتوسطة. تظهر النتائج السلوكية تحسنا كبيرا في التمييز وشكل موجي إيجابي أكثر قوة يشبه P3 للمحفزات المستهدفة بعد التدريب. في هذا البروتوكول ، يساهم تخطيط موارد المؤسسات في زيادة فهم التغيرات العصبية المتعلقة بالتعلم في موضوعات PD المرتبطة بالتمييز السمعي اللمسي للأصوات المعقدة.
Introduction
الصمم العميق المبكر هو عجز حسي يؤثر بشدة على اكتساب اللغة الشفوية وإدراك الأصوات البيئية التي تلعب دورا أساسيا في التنقل في الحياة اليومية لأولئك الذين لديهم سمع طبيعي. يسمح لنا المسار الحسي السمعي المحفوظ والوظيفي بسماع خطوات عندما يقترب شخص ما من النطاق البصري ، والتفاعل مع حركة المرور القادمة ، وصفارات الإنذار في سيارات الإسعاف ، وأجهزة الإنذار الأمنية ، والاستجابة لاسمنا عندما يحتاج شخص ما إلى انتباهنا. وبالتالي ، فإن الاختبار هو إحساس حيوي للكلام والتواصل والتطور المعرفي والتفاعل في الوقت المناسب مع البيئة ، بما في ذلك إدراك التهديدات المحتملة في محيط المرء. لعقود من الزمان ، تم استكشاف جدوى الاستبدال السمعي عن طريق اللمس كطريقة بديلة لإدراك الصوت مع إمكانية استكمال وتسهيل تطوير اللغة لدى الأفراد ضعاف السمع بشدة بنتائج محدودة1،2،3. يهدف الاستبدال الحسي إلى تزويد المستخدمين بمعلومات بيئية من خلال قناة حسية بشرية مختلفة عن تلك المستخدمة عادة. لقد ثبت أنه ممكن عبر الأنظمة الحسية المختلفة 4,5. على وجه التحديد ، يتم تحقيق الاستبدال الحسي السمعي عن طريق اللمس عندما تتمكن المستقبلات الميكانيكية للجلد من تحويل الطاقة الفيزيائية للموجات الصوتية التي تؤلف المعلومات السمعية إلى أنماط إثارة عصبية يمكن إدراكها ودمجها مع المسارات الحسية الجسدية والمناطق القشرية الحسية الجسدية ذات الترتيبالأعلى 6.
أظهرت العديد من الدراسات أن الأفراد الصم بعمق يمكنهم التمييز بين الجرس الموسيقي فقط من خلال الإدراك الاهتزازي7 والتمييز بين المتحدثين من نفس الجنس باستخدام الإشارات الطيفية للمنبهات الاهتزازية المعقدة8. أظهرت النتائج الحديثة أن الأفراد الصم استفادوا بشكل ملموس من برنامج تدريبي قصير وجيد التنظيم للإدراك السمعي واللمسي ، حيث حسنوا بشكل كبير من قدرتهم على التمييز بين ترددات النغمات النقية المختلفة9 وبين النغمات النقية ذات المدة الزمنية المختلفة10. استخدمت هذه التجارب الإمكانات المتعلقة بالحدث (ERPs) ، وطرق اتصال الرسم البياني ، وقياسات مخطط كهربية الدماغ الكمي (EEG) لتصوير وتحليل آليات الدماغ الوظيفية. ومع ذلك ، لم يتم فحص النشاط العصبي المرتبط بتمييز الأصوات البيئية المعقدة قبل هذه الورقة.
أثبتت ERPs فائدتها في دراسة العمليات المقفلة زمنيا ، مع دقة زمنية لا تصدق في ترتيب أجزاء من الثانية ، أثناء أداء المهام السلوكية التي تتضمن تخصيص الانتباه والذاكرة العاملة واختيار الاستجابة11. كما هو موضح من قبل Luck و Woodman و Vogel12 ، فإن ERPs هي في جوهرها مقاييس معالجة متعددة الأبعاد وبالتالي فهي مناسبة تماما لقياس المكونات الفرعية للإدراك بشكل منفصل. في تجربة تخطيط موارد المؤسسات ، يمكن استخدام الشكل الموجي المستمر لتخطيط موارد المؤسسات الناتج عن تقديم التحفيز لمراقبة النشاط العصبي الذي يتداخل بين التحفيز والاستجابة السلوكية مباشرة. المزايا الأخرى لهذه التقنية ، مثل فعاليتها من حيث التكلفة وطبيعتها غير الغازية ، تجعلها مناسبة تماما لدراسة المسار الزمني الدقيق للعمليات المعرفية في المجموعات السريرية. علاوة على ذلك ، فإن أدوات تخطيط موارد المؤسسات المطبقة في تصميم التدابير المتكررة ، حيث يتم تسجيل نشاط الدماغ الكهربائي للمرضى أكثر من مرة لدراسة التغيرات في النشاط الكهربائي بعد برنامج تدريبي أو تدخل ، توفر مزيدا من التبصر في التغيرات العصبية بمرور الوقت.
مكون P3 ، كونه الإمكانات المعرفية الأكثر بحثا على نطاق واسع13 ، معترف به حاليا للاستجابة لجميع أنواع المحفزات ، على ما يبدو للمنبهات ذات الاحتمالية المنخفضة ، أو ذات الكثافة العالية أو الأهمية ، أو تلك التي تتطلب بعض الاستجابة السلوكية أو المعرفية14. أثبت هذا المكون أيضا أنه مفيد للغاية في تقييم الكفاءة المعرفية العامة في النماذج السريرية15,16. الميزة الواضحة لتقييم التغيرات في شكل الموجة P3 هي أنها استجابة عصبية يمكن ملاحظتها بسهولة بسبب سعتها الأكبر مقارنة بالمكونات الأصغر الأخرى. له توزيع طبوغرافي مميز ومن السهل نسبيا استنباطه باستخدام التصميم التجريبي المناسب17،18،19.
في هذا السياق ، الهدف من هذه الدراسة هو استكشاف التغيرات الفيزيولوجية الكهربية المتعلقة بالتعلم في المرضى الذين يعانون من الصمم العميق بعد التدريب لفترة قصيرة في تمييز الصوت الاهتزازي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تطبيق أدوات تخطيط موارد المؤسسات لتصوير ديناميكية الدماغ الوظيفية الكامنة وراء المشاركة المؤقتة للموارد المعرفية التي تتطلبها المهمة.
Protocol
Representative Results
Discussion
باستخدام أدوات تخطيط موارد المؤسسات ، قمنا بتصميم بروتوكول لمراقبة وتقييم التطور التدريجي لمهارات التمييز الاهتزازي لتمييز التمثيلات الاهتزازية للنغمات النقية المختلفة. لقد أثبت عملنا السابق أن التحفيز الاهتزازي هو طريقة بديلة قابلة للتطبيق لإدراك الصوت للأفراد الصم بشدة. ومع ذلك ، نظ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونشكر جميع المشاركين وأسرهم، فضلا عن المؤسسات التي جعلت هذا العمل ممكنا، ولا سيما رابطة سوردوس خاليسكو، ورابطة ديبورتيفا، وجمعية الثقافة والترفيه عن صمت خاليسكو، والتعليم الشامل، واللجنة التحضيرية رقم 7. كما نشكر ساندرا ماركيز على مساهمتها في هذا المشروع. تم تمويل هذا العمل من قبل GRANT SEP-CONACYT-221809 و GRANT SEP-PRODEP 511-6 / 2020-8586-UDG-PTC-1594 ومعهد علم الأعصاب (جامعة غوادالاخارا ، المكسيك).
Materials
| Audacity | Audacity team | audacityteam.org | Free, open source, cross-platform audio editing software |
| Audiometer | Resonance | r17a | |
| EEG analysis Software | Neuronic , S.A. | ||
| EEG recording Software | Neuronic , S.A. | ||
| Electro-Cap | Electro-cap International, Inc. | E1-M | Cap with 19 active electrodes, adjustable straps and chest harness. |
| Electro-gel | Electro-cap International, Inc. | ||
| External computer speakers | |||
| Freesound | Music technology group | freesound.org | Database of Creative Commons Licensed sounds |
| Hook and loop fastner | Velcro | ||
| IBM SPSS (Statistical Package for th Social Sciences) | IBM | ||
| Individual electrodes | Cadwell | Gold Cup, 60 in | |
| MEDICID-5 | Neuronic, S.A. | EEG recording equipment (includes amplifier and computer). | |
| Nuprep | Weaver and company | ECG & EEG abrasive skin prepping gel | |
| Portable computer with touch screen | Dell | ||
| SEVITAC-D | Centro Camac, Argentina. Patented by Luis Campos (2002). | http://sevitac-d.com.ar/ | Portable stimulator system is worn on the index-finger tip and it consists of a tiny flexible plastic membrane with a 78.5 mm2 surface area that vibrates in response to sound pressure waves via analog transmission. It has a sound frequency range from 10 Hz to 10 kHz. |
| Stimulus presentation Software Mindtracer | Neuronics, S.A. | ||
| Stimulation computer monitor and keyboard | |||
| Tablet computer | Lenovo | ||
| Ten20 Conductive Neurodiagnostic Electrode paste | weaver and company |
References
- Rothenberg, M., Richard, D. M. Encoding fundamental frequency into vibrotactile frequency. The Journal of the Acoustical Society of America. 66 (4), 1029-1038 (1979).
- Plant, G., Arne, R. The transmission of fundamental frequency variations via a single channel vibrotactile aid. Speech Transmission Laboratories Quarterly Progress Report. 24 (2-3), 61-84 (1983).
- Bernstein, L. E., Tucker, P. E., Auer, E. T. Potential perceptual bases for successful use of a vibrotactile speech perception aid. Scandinavian Journal of Psychology. 39 (3), 181-186 (1998).
- Bach-y-Rita, P., Kercel, S. W. Sensory substitution and the human-machine interface. Trends in Cognitive Sciences. 7 (12), 541-546 (2003).
- Bach-y-Rita, P. Tactile sensory substitution studies. Annals of New York Academy of Sciences. 1013 (1), 83-91 (2004).
- Kaczmarek, K. A., Webster, J. G., Bach-y-Rita, P., Tompkins, W. J. Electrotactile and vibrotactile displays for sensory substitution systems. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 38 (1), 1-16 (1991).
- Russo, F. A., Ammirante, P., Fels, D. I. Vibrotactile discrimination of musical timbre. Journal of Experimental Psychology Human Perception Performance. 38 (4), 822-826 (2012).
- Ammirante, P., Russo, F. A., Good, A., Fels, D. I. Feeling voices. PloS One. 8 (1), 369-377 (2013).
- González-Garrido, A. A., et al. Vibrotactile discrimination training affects brain connectivity in profoundly deaf individuals. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 28 (2017).
- Ruiz-Stovel, V. D., Gonzalez-Garrido, A. A., Gómez-Velázquez, F. R., Alvarado-Rodríguez, F. J., Gallardo-Moreno, G. B. Quantitative EEG measures in profoundly deaf and normal hearing individuals while performing a vibrotactile temporal discrimination task. International Journal of Psychophysiology. 166, 71-82 (2021).
- Polich, J. Updating P300: an integrative theory of P3a and P3b. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).
- Luck, S. J., Woodman, G. F., Vogel, E. K. Event-related potential studies of attention. Trends in Cognitive Sciences. 4 (11), 432-440 (2000).
- Kelly, S. P., O’Connell, R. G. The neural processes underlying perceptual decision making in humans: recent progress and future directions. Journal of Physiology-Paris. 109 (1-3), 27-37 (2015).
- Barry, R. J., et al. Components in the P300: Don’t forget the Novelty P3. Psychophysiology. 57 (7), 13371 (2020).
- Polich, J. P300 clinical utility and control of variability. Journal of Clinical Neurophysiology. 15 (1), 14-33 (1998).
- Polich, J., Criado, J. R. Neuropsychology and neuropharmacology of P3a and P3b. International Journal of Psychophysiology. 60 (2), 172-185 (2006).
- Polich, J., Kok, A. Cognitive and biological determinants of P300: an integrative review. Biological Psychology. 41 (2), 103-146 (1995).
- Nieuwenhuis, S., Aston-Jones, G., Cohen, J. D. Decision making, the P3, and the locus coeruleus–norepinephrine system. Psychological Bulletin. 131 (4), 510 (2005).
- Luck, S. J. . An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , (2014).
- Kappenman, E. S., Luck, S. J. Best practices for event-related potential research in clinical populations. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging. 1 (2), 110-115 (2016).
- Rac-Lubashevsky, R., Kessler, Y. Revisiting the relationship between the P3b and working memory updating. Biological Psychology. 148, 107769 (2019).
- Twomey, D. M., Murphy, P. R., Kelly, S. P., O’Connell, R. G. The classic P300 encodes a build-to-threshold decision variable. European Journal of Neuroscience. 42 (1), 1636-1643 (2015).
- Boudewyn, M. A., Luck, S. J., Farrens, J. L., Kappenman, E. S. How many trials does it take to get a significant ERP effect? It depends. Psychophysiology. 55 (6), 13049 (2018).
- Cohen, J., Polich, J. On the number of trials needed for P300. International Journal ofPsychophysiology. 25 (3), 249-255 (1997).
- Duncan, C. C., et al. Event-related potentials in clinical research: guidelines for eliciting, recording, and quantifying mismatch negativity, P300, and N400. Clinical Neurophysiology. 120 (11), 1883-1908 (2009).
- Thigpen, N. N., Kappenman, E. S., Keil, A. Assessing the internal consistency of the event-related potential: An example analysis. Psychophysiology. 54 (1), 123-138 (2017).
- Huffmeijer, R., Bakermans-Kranenburg, M. J., Alink, L. R., Van IJzendoorn, M. H. Reliability of event-related potentials: the influence of number of trials and electrodes. Physiology & Behavior. 130, 13-22 (2014).
- Rietdijk, W. J., Franken, I. H., Thurik, A. R. Internal consistency of event-related potentials associated with cognitive control: N2/P3 and ERN/Pe. PloS One. 9 (7), 102672 (2014).
- Alsuradi, H., Park, W., Eid, M. EEG-based neurohaptics research: A literature review. IEEE Access. 8, 49313-49328 (2020).
