Vurdering af audio-taktil sensorisk substitutionstræning hos deltagere med dyb døvhed ved hjælp af den begivenhedsrelaterede potentielle teknik

Summary

Denne protokol er designet til at udforske underliggende læringsrelaterede elektrofysiologiske ændringer hos emner med dyb døvhed efter en kort træningsperiode i lydtaktil sensorisk substitution ved at anvende den begivenhedsrelaterede potentielle teknik.

Abstract

Dette papir undersøger anvendelsen af elektroencefalogrambaserede metoder til at vurdere virkningerne af audio-taktil substitutionstræning hos unge, dybt døve (PD) deltagere med det formål at analysere de neurale mekanismer forbundet med vibrotaktil kompleks lyddiskrimination. Elektrisk hjerneaktivitet afspejler dynamiske neurale ændringer, og den tidsmæssige præcision af begivenhedsrelaterede potentialer (ERP’er) har vist sig at være nøglen til at studere tidslåste processer, mens de udfører adfærdsmæssige opgaver, der involverer opmærksomhed og arbejdshukommelse.

Den nuværende protokol var designet til at studere elektrofysiologisk aktivitet hos PD-forsøgspersoner, mens de udførte en kontinuerlig præstationsopgave (CPT) ved hjælp af komplekse lydstimuli, der består af fem forskellige dyrelyde leveret gennem et bærbart stimulatorsystem, der bæres på højre pegefinger. Som et design med gentagne målinger blev elektroencefalogram (EEG) optagelser under standardbetingelser udført før og efter et kort træningsprogram (fem 1 timers sessioner over 15 dage) efterfulgt af offline artefaktkorrektion og epokegennemsnit for at opnå individuelle og grand-gennemsnitlige bølgeformer. Adfærdsmæssige resultater viser en signifikant forbedring i diskrimination og en mere robust P3-lignende centroparietal positiv bølgeform for målstimuli efter træning. I denne protokol bidrager ERP’er til den videre forståelse af læringsrelaterede neurale ændringer i PD-emner forbundet med lydtaktil diskrimination af komplekse lyde.

Introduction

Tidlig dyb døvhed er et sensorisk underskud, der stærkt påvirker oral sprogtilegnelse og opfattelsen af miljølyde, der spiller en væsentlig rolle i at navigere i hverdagen for dem med normal hørelse. En bevaret og funktionel auditiv sensorisk vej giver os mulighed for at høre fodspor, når nogen nærmer sig uden for synsvidde, reagere på modkørende trafik, ambulancesirener og sikkerhedsalarmer og reagere på vores eget navn, når nogen har brug for vores opmærksomhed. Audition er derfor en vigtig sans for tale, kommunikation, kognitiv udvikling og rettidig interaktion med miljøet, herunder opfattelsen af potentielle trusler i ens omgivelser. I årtier er levedygtigheden af audio-taktil substitution som en alternativ lydopfattelsesmetode med potentiale til at supplere og lette sprogudvikling hos alvorligt hørehæmmede personer blevet undersøgt med begrænsede resultater ^1,2,3. Sensorisk substitution har til formål at give brugerne miljøoplysninger gennem en menneskelig sensorisk kanal, der er forskellig fra den, der normalt anvendes; det har vist sig at være muligt på tværs af forskellige sansesystemer ^4,5. Specifikt opnås audio-taktil sensorisk substitution, når hudmekanoreceptorer kan transducere den fysiske energi af lydbølger, der komponerer auditiv information til neuronale excitationsmønstre, der kan opfattes og integreres med de somatosensoriske veje og højere ordens somatosensoriske kortikale områder⁶.

Flere undersøgelser har vist, at dybt døve individer kan skelne musikalsk klang udelukkende gennem vibrotaktil opfattelse⁷ og diskriminere mellem talere af samme køn ved hjælp af spektrale signaler af komplekse vibrotaktile stimuli⁸. Nyere resultater har vist, at døve individer konkret havde gavn af et kort, velstruktureret lydtaktilt perceptionstræningsprogram, da de signifikant forbedrede deres evne til at skelne mellem forskellige rentonefrekvenser⁹ og mellem rene toner med forskellig tidsmæssig varighed¹⁰. Disse eksperimenter brugte begivenhedsrelaterede potentialer (ERP’er), grafforbindelsesmetoder og kvantitative elektroencefalogram (EEG) målinger til at skildre og analysere funktionelle hjernemekanismer. Den neurale aktivitet, der er forbundet med diskrimination af komplekse miljølyde, er imidlertid ikke blevet undersøgt forud for dette papir.

ERP’er har vist sig nyttige til at studere tidslåste processer med utrolig tidsopløsning i størrelsesordenen millisekunder, mens de udfører adfærdsmæssige opgaver, der involverer opmærksomhedsallokering, arbejdshukommelse og svarvalg¹¹. Som beskrevet af Luck, Woodman og Vogel¹² er ERP’er i sig selv flerdimensionelle behandlingsforanstaltninger og er derfor velegnede til separat at måle delkomponenterne i kognition. I et ERP-eksperiment kan den kontinuerlige ERP-bølgeform, der fremkaldes ved præsentationen af en stimulus, bruges til direkte at observere neural aktivitet, der er indskudt mellem stimulus og adfærdsrespons. Andre fordele ved teknikken, såsom dens omkostningseffektivitet og ikke-invasive karakter, gør den til en perfekt pasform til at studere det præcise tidsforløb for kognitive processer i kliniske populationer. Desuden giver ERP-værktøjer, der anvendes i et gentaget måldesign, hvor patienters elektriske hjerneaktivitet registreres mere end én gang for at studere ændringer i elektrisk aktivitet efter et træningsprogram eller en intervention, yderligere indsigt i neurale ændringer over tid.

P3-komponenten, der er den mest omfattende undersøgte kognitive potentiale¹³, er i øjeblikket anerkendt for at reagere på alle former for stimuli, mest tilsyneladende på stimuli med lav sandsynlighed eller af høj intensitet eller betydning eller dem, der kræver noget adfærdsmæssigt eller kognitivt respons¹⁴. Denne komponent har også vist sig yderst nyttig til evaluering af generel kognitiv effektivitet i kliniske modeller^15,16. En klar fordel ved at vurdere ændringer i P3-bølgeformen er, at det er et let observerbart neuralt respons på grund af dets større amplitude sammenlignet med andre mindre komponenter; Det har en karakteristisk centroparietal topografisk fordeling og er også relativt let at fremkalde ved hjælp af det passende eksperimentelle design^17,18,19.

I denne sammenhæng er formålet med denne undersøgelse at undersøge de læringsrelaterede elektrofysiologiske ændringer hos patienter med dyb døvhed efter træning i en kort periode i vibrotaktil lyddiskrimination. Derudover anvendes ERP-værktøjer til at skildre den funktionelle hjernedynamik, der ligger til grund for det midlertidige engagement i de kognitive ressourcer, der kræves af opgaven.

Protocol

Undersøgelsen blev gennemgået og godkendt af Neuroscience Institute’s Ethics Committee (ET062010-88, Universidad de Guadalajara), hvilket sikrede, at alle procedurer blev udført i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen. Alle deltagere accepterede at deltage frivilligt og gav skriftligt informeret samtykke (når de var mindreårige, underskrev forældre samtykkeformularer). 1. Eksperimentelt design Stimulus forberedelseSøg i Creative Commons licensered…

Representative Results

For at illustrere, hvordan effekten af den audio-taktile sensoriske substitutionsdiskriminationstræning hos PD-individer kan vurderes ved at evaluere ændringer i P3 i en gruppe på 17 PD-individer (gennemsnitsalder = 18,5 år; SD = 7,2 år; otte kvinder og 11 mænd), skabte vi flere figurer til at skildre ERP-bølgeformerne. Resultaterne vist i ERP-plottene afslører ændringer i en P3-lignende centroparietal positiv bølgeform, som er mere robust for målstimuli efter træning. I prætræningstilstanden antyder ERP’er…

Discussion

Ved hjælp af ERP-værktøjer designede vi en protokol til at observere og evaluere den gradvise udvikling af vibrotaktile diskriminationsfærdigheder til at skelne vibrotaktile repræsentationer af forskellige rene toner. Vores tidligere arbejde har vist, at vibrotaktil stimulering er en levedygtig alternativ lydopfattelsesmetode for dybt døve individer. På grund af kompleksiteten af naturlige lyde sammenlignet med rene toner berettiger potentialet for sproglyddiskrimination imidlertid en separat udforskning.

<p c…

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