Valutazione della formazione di sostituzione sensoriale audio-tattile in partecipanti con sordità profonda utilizzando la tecnica del potenziale correlato all'evento

Summary

Questo protocollo è progettato per esplorare i cambiamenti elettrofisiologici correlati all’apprendimento in soggetti con sordità profonda dopo un breve periodo di formazione nella sostituzione sensoriale audio-tattile applicando la tecnica del potenziale correlato agli eventi.

Abstract

Questo articolo esamina l’applicazione di metodi basati sull’elettroencefalogramma per valutare gli effetti dell’allenamento di sostituzione audio-tattile in giovani partecipanti profondamente sordi (PD), con l’obiettivo di analizzare i meccanismi neurali associati alla discriminazione del suono complesso vibrotattile. L’attività elettrica del cervello riflette i cambiamenti neurali dinamici e la precisione temporale dei potenziali correlati agli eventi (ERP) ha dimostrato di essere fondamentale nello studio dei processi bloccati nel tempo durante l’esecuzione di compiti comportamentali che coinvolgono l’attenzione e la memoria di lavoro.

L’attuale protocollo è stato progettato per studiare l’attività elettrofisiologica nei soggetti PD mentre eseguivano un compito di prestazione continua (CPT) utilizzando stimoli sonori complessi, costituiti da cinque diversi suoni animali erogati attraverso un sistema di stimolatore portatile indossato sul dito indice destro. Come progetto a misure ripetute, le registrazioni dell’elettroencefalogramma (EEG) in condizioni standard sono state eseguite prima e dopo un breve programma di allenamento (cinque sessioni di 1 ora in 15 giorni), seguite da correzione dell’artefatto offline e media dell’epoca, per ottenere forme d’onda individuali e grand-medie. I risultati comportamentali mostrano un miglioramento significativo della discriminazione e una forma d’onda positiva centroparietale più robusta simile a P3 per gli stimoli target dopo l’allenamento. In questo protocollo, gli ERP contribuiscono all’ulteriore comprensione dei cambiamenti neurali correlati all’apprendimento nei soggetti PD associati alla discriminazione audio-tattile di suoni complessi.

Introduction

La sordità profonda precoce è un deficit sensoriale che influisce fortemente sull’acquisizione del linguaggio orale e sulla percezione dei suoni ambientali che svolgono un ruolo essenziale nella navigazione nella vita quotidiana di coloro che hanno un udito normale. Un percorso sensoriale uditivo conservato e funzionale ci consente di sentire i passi quando qualcuno si avvicina fuori dalla portata visiva, reagire al traffico in arrivo, alle sirene delle ambulanze e agli allarmi di sicurezza e rispondere al nostro nome quando qualcuno ha bisogno della nostra attenzione. L’audizione è, quindi, un senso vitale per la parola, la comunicazione, lo sviluppo cognitivo e l’interazione tempestiva con l’ambiente, compresa la percezione di potenziali minacce nel proprio ambiente. Per decenni, la fattibilità della sostituzione audio-tattile come metodo alternativo di percezione del suono con il potenziale di integrare e facilitare lo sviluppo del linguaggio in individui con gravi problemi di udito è stata esplorata con risultati limitati ^1,2,3. La sostituzione sensoriale mira a fornire agli utenti informazioni ambientali attraverso un canale sensoriale umano diverso da quello normalmente utilizzato; È stato dimostrato che è possibile attraverso diversi sistemi sensoriali ^4,5. In particolare, la sostituzione sensoriale audio-tattile si ottiene quando i meccanorecettori cutanei possono trasdurre l’energia fisica delle onde sonore che compongono le informazioni uditive in modelli di eccitazione neuronale che possono essere percepiti e integrati con le vie somatosensoriali e le aree corticali somatosensoriali di ordine superiore⁶.

Diversi studi hanno dimostrato che gli individui profondamente sordi possono distinguere il timbro musicale solo attraverso la percezione vibrotattile⁷ e discriminare tra parlanti dello stesso sesso usando segnali spettrali di stimoli vibrotattili complessi⁸. Scoperte più recenti hanno dimostrato che gli individui sordi hanno beneficiato concretamente di un breve e ben strutturato programma di formazione alla percezione audio-tattile, in quanto hanno migliorato significativamente la loro capacità di discriminare tra diverse frequenze di tono puro⁹ e tra toni puri con diversa durata temporale¹⁰. Questi esperimenti hanno utilizzato potenziali correlati agli eventi (ERP), metodi di connettività grafica e misurazioni quantitative dell’elettroencefalogramma (EEG) per rappresentare e analizzare i meccanismi funzionali del cervello. Tuttavia, l’attività neurale associata alla discriminazione di suoni ambientali complessi non è stata esaminata prima di questo articolo.

Gli ERP si sono dimostrati utili per studiare processi bloccati nel tempo, con un’incredibile risoluzione temporale nell’ordine dei millisecondi, mentre eseguono compiti comportamentali che coinvolgono l’allocazione dell’attenzione, la memoria di lavoro e la selezione della risposta¹¹. Come descritto da Luck, Woodman e Vogel¹², gli ERP sono misure di elaborazione intrinsecamente multidimensionali e sono quindi adatti a misurare separatamente i sottocomponenti della cognizione. In un esperimento ERP, la forma d’onda ERP continua suscitata dalla presentazione di uno stimolo può essere utilizzata per osservare direttamente l’attività neurale che si interpone tra lo stimolo e la risposta comportamentale. Altri vantaggi della tecnica, come il suo rapporto costo-efficacia e la natura non invasiva, la rendono perfetta per studiare il preciso decorso temporale dei processi cognitivi nelle popolazioni cliniche. Inoltre, gli strumenti ERP applicati in un progetto a misure ripetute, in cui l’attività elettrica cerebrale dei pazienti viene registrata più di una volta per studiare i cambiamenti nell’attività elettrica dopo un programma di allenamento o un intervento, forniscono ulteriori informazioni sui cambiamenti neurali nel tempo.

La componente P3, essendo il potenziale cognitivo più ampiamente studiato¹³, è attualmente riconosciuto per rispondere a tutti i tipi di stimoli, più apparentemente a stimoli di bassa probabilità, o di alta intensità o significato, o quelli che richiedono una qualche risposta comportamentale o cognitiva¹⁴. Questo componente si è anche dimostrato estremamente utile nella valutazione dell’efficienza cognitiva generale nei modelli clinici^15,16. Un chiaro vantaggio di valutare i cambiamenti nella forma d’onda P3 è che è una risposta neurale facilmente osservabile a causa della sua maggiore ampiezza rispetto ad altri componenti più piccoli; Ha una caratteristica distribuzione topografica centroparietale ed è anche relativamente facile da ottenere utilizzando l’appropriato disegno sperimentale^17,18,19.

In questo contesto, lo scopo di questo studio è quello di esplorare i cambiamenti elettrofisiologici correlati all’apprendimento in pazienti con sordità profonda dopo l’allenamento per un breve periodo nella discriminazione del suono vibrottile. Inoltre, gli strumenti ERP vengono applicati per rappresentare la dinamica funzionale del cervello alla base dell’impegno temporaneo delle risorse cognitive richieste dal compito.

Protocol

Lo studio è stato esaminato e approvato dal Comitato Etico dell’Istituto di Neuroscienze (ET062010-88, Universidad de Guadalajara), assicurando che tutte le procedure siano state condotte in conformità con la Dichiarazione di Helsinki. Tutti i partecipanti hanno accettato di partecipare volontariamente e hanno dato il consenso informato scritto (quando minorenni, i genitori hanno firmato moduli di consenso). 1. Progettazione sperimentale Preparazione dello stimolo<…

Representative Results

Illustrare come l’effetto dell’allenamento di discriminazione di sostituzione sensoriale audio-tattile negli individui PD può essere valutato valutando i cambiamenti in P3 in un gruppo di 17 individui PD (età media = 18,5 anni; SD = 7,2 anni; otto femmine e 11 maschi), abbiamo creato diverse figure per ritrarre le forme d’onda ERP. I risultati mostrati nei grafici ERP rivelano cambiamenti in una forma d’onda positiva centroparietale simile a P3 che è più robusta per gli stimoli target dopo l’allenamento. Nella condiz…

Discussion

Utilizzando strumenti ERP, abbiamo progettato un protocollo per osservare e valutare lo sviluppo graduale delle capacità di discriminazione vibrotattile per distinguere rappresentazioni vibrotattili di diversi toni puri. Il nostro lavoro precedente ha dimostrato che la stimolazione vibrotattile è un metodo alternativo praticabile di percezione del suono per gli individui profondamente sordi. Tuttavia, a causa della complessità dei suoni naturali rispetto ai toni puri, il potenziale di discriminazione del suono linguis…

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