Транскраниальный Прямой ток стимуляции (tDCS) Вернике и Брока в области изучения языка обучения и слова Приобретение

Summary

Здесь мы описываем протокол для использования транскраниальной прямой стимуляции тока для психо- и нейролингвистических экспериментов, направленных на изучение, в натуралистической, но полностью контролируемой образом, роль корковых областей человеческого мозга в изучении слов, и комплексный набор поведенческих процедур для оценки результатов.

Abstract

Язык является очень важной, но плохо понимаемой функцией человеческого мозга. В то время как исследования моделей активации мозга во время понимания языка в изобилии, то, что часто критически отсутствует причинно-следственной связи с участием областей мозга в конкретной лингвистической функции, не в последнюю очередь из-за уникальной человеческой природы этой способности и дефицит нейрофизиологических инструментов для изучения причинно-следственных связей в человеческом мозге неинвазивно. В последние годы наблюдается быстрый рост использования транскраниальной стимуляции прямого тока (tDCS) человеческого мозга, простой, недорогой и безопасный неинвазивный метод, который может модулировать состояние стимулируемой области мозга (по-видимому, путем изменения возбуждения / пороговых значений, что позволяет изучить его особый вклад в конкретные функции. Хотя основное внимание уделяется управлению двигателем, использование tDCS становится все более распространенным как в основных, так и в клинических исследованиях по более высоким когнитивным функциям, включая язык, но процедуры его применения остаются переменными. Здесь мы описываем использование tDCS в психолингвистическом эксперименте по изучению слов. Представляем методы и процедуры применения катодальной и анодальной стимуляции основных языковых областей Брока и Вернике в левом полушарии человеческого мозга, описываем процедуры создания сбалансированных наборов психолингвистических стимулов, контролируемый, но натуралистический режим обучения, а также комплексный набор методов оценки результатов обучения и эффектов tDCS. В качестве примера приложения tDCS мы показываем, что катадальная стимуляция области Вернике до начала учебной сессии может повлиять на эффективность обучения слову. Это воздействие как присутствует сразу после обучения и, что важно, сохраняется в течение более длительного времени после физического воздействия стимуляции стираться, предполагая, что tDCS может иметь долгосрочное влияние на лингвистическое хранение и представления в человеческом мозге .

Introduction

Нейробиологические механизмы функции человеческого языка до сих пор плохо изучены. Как основа нашей коммуникативной способности, эта уникальная нейрокогнитивная черта человека играет особенно важную роль в нашей личной и социально-экономической жизни. Любые дефициты, влияющие на речь и язык, являются разрушительными для страдающих и дорогими для общества. В то же время, в клинике процедуры для лечения речевого дефицита (таких как афазия) остаются неоптимальными, не в последнюю очередь из-за плохого понимания нейробиологических механизмов, участвующих¹. В исследованиях, недавнее появление и быстрое развитие методов нейровизуализации привели к многочисленным открытиям, описывающим модели активации; тем не менее, причинно-следственных связей часто все еще не хватает. Кроме того, языковые области мозга расположены несколько неоптимально для применения основных подходов нейростимуляции, которые могут обеспечить причинно-следственные доказательства, самое главное транскраниальной магнитной стимуляции техники (TMS). В то время как автономный протокол TMS, такие как стимуляция тета-всплеска, может вызвать боль из-за близости мышц к точке стимуляции, “онлайн” протоколы TMS могут ввести звуковые артефакты от стимуляции, что нежелательно из-за вмешательства в лингвистический стимул презентации². Несмотря на то, что TMS широко используется в языковых исследованиях, несмотря на такие неудобства, желанная альтернатива может быть предоставлена другими методами стимуляции, в первую очередь транскраниальной стимуляцией прямого тока (tDCS). В последние годы, tDCS наблюдается значительный рост его использования из-за его доступности, простота использования, относительная безопасность и часто довольно поразительные результаты³. Несмотря на то, что точные механизмы, лежащие в основе влияния tDCS на нейронную активность, не изучены полностью, основное мнение состоит в том, что, по крайней мере, при низких уровнях интенсивности (обычно 1-2 мА на 15-60 мин), это не вызывает никаких нервных возбуждений или ингибирование как такового , но вместо этого модулирует отдыха трансмембранный потенциал в градуированный путь к де- или гиперполяризации, сдвиг порогов возбуждения вверх или вниз и тем самым делая нейронную систему более или менее восприимчивы к модуляции другими событиями, стимулы, состояний или поведения^4,5. В то время как большинство заявок, о которых сообщалось на сегодняшний день, были сосредоточены на двигательной функции⁶ и/или дефиците двигательной системы, она все чаще применяется к когнитивным функциям более высокого уровня и их соответствующим нарушениям. Там был рост в его применении к речи и языку, в основном в исследованиях, направленных на восстановление после инсульта афазии^7,8,9, хотя это до сих пор привело к неоднозначным результатам в отношении терапевтический потенциал, места стимуляции и полушария, и оптимальная ток полярность. Поскольку это исследование, и в частности применение tDCS в когнитивной нейробиологии нормальной функции языка, все еще находится в зачаточном состоянии, крайне важно разграничить процедуры для стимулирования по крайней мере основных кортиков языка (самое главное Вернике и Районы Брока) с использованием tDCS, который является одной из основных целей текущего доклада.

Здесь мы рассмотрим применение tDCS к языковым областям в эксперименте по изучению слов. В целом, случай изучения слов рассматривается здесь как один из примеров нейролингвистического эксперимента, и часть процедуры tDCS не должна существенно меняться для других типов языковых экспериментов, ориентированных на те же области. Тем не менее, мы используем эту возможность, чтобы также выделить основные методологические соображения в эксперименте по приобретению слова как такового, который является второй основной целью текущего описания протокола. Мозг механизмы, лежащие в основе слова приобретения – вездесущий человеческий потенциал в основе нашей лингвистической коммуникативной навык – остаются в значительной степени неизвестны¹⁰. Усложняя картину, существующая литература широко отличается тем, как экспериментальные протоколы способствуют приобретению слова, контролю над параметрами стимуляции, а также задачам, используемым для оценки результатов обучения (см., например, Davis et al.¹¹). Ниже мы описываем протокол, который использует высококонтролируемые стимулы и режим презентации, обеспечивая при этом натуралистическое контекстное приобретение нового словаря. Кроме того, мы используем полную батарею задач для оценки результатов поведенчески на разных уровнях, как сразу после обучения, так и после ночного этапа консолидации. Это в сочетании с фиктивным и cathodal tDCS языковых областей (мы делаем конкретный пример, используя стимуляцию области Вернике), которые могут обеспечить причинно-следственные данные о лежащих в основе нейронных процессов и механизмов.

Protocol

Все процедуры были утверждены местным комитетом по этике Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) с согласия всех участников. ПРИМЕЧАНИЕ: Все участники должны подписать информированное согласие и заполнить анкету, чтобы подтвердить отсутствие каких-…

Representative Results

Хотя данные анализировались для конкретного набора задач, следует подчеркнуть, что разработанный набор тестов и парадигма могут быть адаптированы к различным психолингвистическим экспериментам. Результаты были проанализированы с точки зрения точности оценки (коли?…

Discussion

Результаты подчеркивают несколько важных моментов, которые необходимо учитывать при проведении психолингвистических исследований в целом, и нейролингвистики tDCS исследований в частности. Стимулирование языковых кортиков (примером для области Вернике) создает сложную модель поведен?…