Vurdering av audio-taktil sensorisk substitusjonstrening hos deltakere med dyp døvhet ved hjelp av hendelsesrelatert potensialteknikk

Summary

Denne protokollen er utformet for å utforske underliggende læringsrelaterte elektrofysiologiske endringer hos personer med dyp døvhet etter en kort opplæringsperiode i lydtaktil sensorisk substitusjon ved å bruke den hendelsesrelaterte potensielle teknikken.

Abstract

Dette papiret undersøker anvendelsen av elektroencefalogrambaserte metoder for å vurdere effekten av lydtaktil substitusjonstrening hos unge, dypt døve (PD) deltakere, med sikte på å analysere nevrale mekanismer forbundet med vibrotaktil kompleks lyddiskriminering. Elektrisk hjerneaktivitet gjenspeiler dynamiske nevrale endringer, og den tidsmessige presisjonen til hendelsesrelaterte potensialer (ERP) har vist seg å være nøkkelen til å studere tidslåste prosesser mens du utfører atferdsoppgaver som involverer oppmerksomhet og arbeidsminne.

Den nåværende protokollen ble designet for å studere elektrofysiologisk aktivitet hos PD-mens de utførte en kontinuerlig ytelsesoppgave (CPT) ved hjelp av komplekse lydstimuli, bestående av fem forskjellige dyrelyder levert gjennom et bærbart stimulatorsystem som ble båret på høyre pekefinger. Som et gjentatt tiltaksdesign ble elektroencefalogram (EEG) opptak i standardforhold utført før og etter et kort treningsprogram (fem 1 timers økter over 15 dager), etterfulgt av offline artefaktkorreksjon og epoke gjennomsnitt, for å oppnå individuelle og store gjennomsnittlige bølgeformer. Atferdsresultater viser en betydelig forbedring i diskriminering og en mer robust P3-lignende sentroparietal positiv bølgeform for målstimuli etter trening. I denne protokollen bidrar ERP-er til videre forståelse av læringsrelaterte nevrale endringer i PD-assosiert med lydtaktil diskriminering av komplekse lyder.

Introduction

Tidlig dyp døvhet er et sensorisk underskudd som sterkt påvirker muntlig språkoppkjøp og oppfatningen av miljølyder som spiller en viktig rolle i å navigere i hverdagen for de med normal hørsel. En bevart og funksjonell auditiv sensorisk vei lar oss høre fottrinn når noen nærmer seg utenfor synsrekkevidde, reagere på møtende trafikk, ambulansesirener og sikkerhetsalarmer, og svare på vårt eget navn når noen trenger vår oppmerksomhet. Audition er derfor en viktig sans for tale, kommunikasjon, kognitiv utvikling og rettidig samhandling med miljøet, inkludert oppfatningen av potensielle trusler i ens omgivelser. I flere tiår har levedyktigheten av lyd-taktil substitusjon som en alternativ lydoppfattelsesmetode med potensial til å utfylle og lette språkutvikling hos alvorlig hørselshemmede individer blitt utforsket med begrensede resultater ^1,2,3. Sensorisk substitusjon tar sikte på å gi brukerne miljøinformasjon gjennom en menneskelig sensorisk kanal som er forskjellig fra den som normalt brukes; Det har vist seg å være mulig på tvers av ulike sensoriske systemer ^4,5. Spesielt oppnås lyd-taktil sensorisk substitusjon når hudmekanoreceptorer kan transdusere den fysiske energien til lydbølger som komponerer auditiv informasjon til nevronale eksitasjonsmønstre som kan oppfattes og integreres med de somatosensoriske banene og høyere ordens somatosensoriske kortikale områder⁶.

Flere studier har vist at dypt døve individer kan skille musikalsk klang utelukkende gjennom vibrotaktil oppfatning⁷ og diskriminere mellom samme kjønn høyttalere ved hjelp av spektrale signaler av komplekse vibrotaktile stimuli⁸. Nyere funn har vist at døve individer konkret har hatt nytte av et kort, godt strukturert lydtaktilt persepsjonstreningsprogram, da de betydelig forbedret sin evne til å diskriminere mellom forskjellige rene tonefrekvenser⁹ og mellom rene toner med forskjellig tidsmessig varighet¹⁰. Disse eksperimentene brukte hendelsesrelaterte potensialer (ERP), grafforbindelsesmetoder og kvantitative elektroencefalogram (EEG) målinger for å skildre og analysere funksjonelle hjernemekanismer. Den nevrale aktiviteten knyttet til diskriminering av komplekse miljølyder har imidlertid ikke blitt undersøkt før dette papiret.

ERP-er har vist seg nyttige for å studere tidslåste prosesser, med utrolig tidsoppløsning i størrelsesorden millisekunder, mens du utfører atferdsoppgaver som involverer oppmerksomhetsallokering, arbeidsminne og responsvalg¹¹. Som beskrevet av Luck, Woodman og Vogel¹², er ERP-er iboende flerdimensjonale prosesseringsmål og er derfor godt egnet til å måle underkomponentene i kognisjon separat. I et ERP-eksperiment kan den kontinuerlige ERP-bølgeformen fremkalt av presentasjonen av en stimulus brukes til direkte å observere nevral aktivitet som er interponert mellom stimulansen og atferdsresponsen. Andre fordeler med teknikken, som kostnadseffektivitet og ikke-invasiv natur, gjør den til en perfekt passform for å studere det nøyaktige tidsforløpet for kognitive prosesser i kliniske populasjoner. Videre gir ERP-verktøy som brukes i et gjentatt tiltaksdesign, der pasientens elektriske hjerneaktivitet registreres mer enn en gang for å studere endringer i elektrisk aktivitet etter et treningsprogram eller intervensjon, ytterligere innsikt i nevrale endringer over tid.

P3-komponenten, som er det mest omfattende undersøkte kognitive potensialet¹³, er for tiden anerkjent for å reagere på alle slags stimuli, mest tilsynelatende til stimuli med lav sannsynlighet, eller av høy intensitet eller betydning, eller de som krever noen atferdsmessig eller kognitiv respons¹⁴. Denne komponenten har også vist seg å være svært nyttig for å evaluere generell kognitiv effektivitet i kliniske modeller^15,16. En klar fordel ved å vurdere endringer i P3-bølgeformen er at det er en lett observerbar nevral respons på grunn av sin større amplitude sammenlignet med andre mindre komponenter; Den har en karakteristisk sentroparietal topografisk fordeling og er også relativt enkel å fremkalle ved hjelp av riktig eksperimentell design^17,18,19.

I denne sammenheng er målet med denne studien å utforske læringsrelaterte elektrofysiologiske endringer hos pasienter med dyp døvhet etter trening i en kort periode i vibrotaktil lyddiskriminering. I tillegg brukes ERP-verktøy for å skildre den funksjonelle hjernedynamikken som ligger til grunn for det midlertidige engasjementet av de kognitive ressursene som oppgaven krever.

Protocol

Studien ble gjennomgått og godkjent av Neuroscience Institutes etiske komité (ET062010-88, Universidad de Guadalajara), og sikret at alle prosedyrer ble utført i samsvar med Helsinkideklarasjonen. Alle deltakerne samtykket til å delta frivillig og ga skriftlig informert samtykke (når de var mindreårige, signerte foreldrene samtykkeskjemaer). 1. Eksperimentell design Stimulus forberedelseSøk i Creative Commons-lisensierte lyddatabaser for å velge et se…

Representative Results

For å illustrere hvordan effekten av den audiotaktile sensoriske substitusjonsdiskrimineringsopplæringen hos PD-individer kan vurderes ved å evaluere endringer i P3 i en gruppe på 17 PD-individer (gjennomsnittsalder = 18,5 år; SD = 7, 2 år; åtte kvinner og 11 menn), skapte vi flere figurer for å skildre ERP-bølgeformene. Resultatene vist i ERP-plottene avslører endringer i en P3-lignende sentroparietal positiv bølgeform som er mer robust for målstimuliene etter trening. I førtreningstilstanden antyder ERP-er…

Discussion

Ved hjelp av ERP-verktøy designet vi en protokoll for å observere og evaluere den gradvise utviklingen av vibrotaktile diskrimineringsferdigheter for å skille vibrotaktile representasjoner av forskjellige rene toner. Vårt tidligere arbeid har vist at vibrotaktil stimulering er en levedyktig alternativ lydoppfattelsesmetode for dypt døve individer. Men på grunn av kompleksiteten til naturlige lyder sammenlignet med rene toner, garanterer potensialet for språklyddiskriminering en egen utforskning.

<p class="jove…

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