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.
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.
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 modeller15,16. 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 design17,18,19.
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.
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…The authors have nothing to disclose.
Vi takker alle deltakerne og deres familier, samt institusjonene som gjorde dette arbeidet mulig, spesielt Asociación de Sordos de Jalisco, Asociación Deportiva, Cultural y Recreativa de Silentes de Jalisco, Educación Incluyente, A.C., og Preparatoria No. 7. Vi takker også Sandra Márquez for hennes bidrag til dette prosjektet. Dette arbeidet ble finansiert av GRANT SEP-CONACYT-221809, GRANT SEP-PRODEP 511-6/2020-8586-UDG-PTC-1594, og Neuroscience Institute (Universidad de Guadalajara, Mexico).
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 |