Stimolare il Lip Motor Cortex con la Stimolazione Magnetica Transcranica
Summary
La stimolazione magnetica transcranica (TMS) ha dimostrato di essere uno strumento utile per indagare il ruolo della corteccia motoria articolatorio nella percezione del linguaggio. Questo articolo viene descritto come registrare potenziali evocati motori (MEP) dai muscoli delle labbra e come interrompere la rappresentazione labbro motore utilizzando TMS ripetitive.
Abstract
La stimolazione magnetica transcranica (TMS) ha dimostrato di essere uno strumento utile per indagare il ruolo della corteccia motoria articolatorio nella percezione del linguaggio. I ricercatori hanno utilizzato singolo impulso e ripetitivo TMS per stimolare la rappresentazione labbro nella corteccia motoria. L'eccitabilità della rappresentazione motoria labbro può essere indagata mediante l'applicazione di impulsi singoli TMS su questa area corticale e la registrazione del motore TMS-indotta potenziali evocati (MEP) tramite elettrodi collegati ai muscoli delle labbra (elettromiografia, EMG). I deputati più grandi riflettono una maggiore eccitabilità corticale. Studi hanno dimostrato che l'aumento di eccitabilità durante ascoltando il discorso, così come durante la visione dei movimenti vocali correlati. TMS possono essere usate anche per interrompere la rappresentazione motoria labbro. A 15 min treno di stimolazione ripetitiva sotto-soglia bassa frequenza ha dimostrato di sopprimere l'eccitabilità motore per altri 15-20 minuti. Questa perturbazione indotta da TMS della rappresentazione labbro motore compromette successivale prestazioni delle attività di percezione del parlato e modula le risposte uditivo-corteccia di suoni vocali. Questi risultati sono coerenti con l'ipotesi che la corteccia motoria contribuisce alla percezione del linguaggio. Questo articolo viene descritto come localizzare la rappresentazione labbro nella corteccia motoria e come definire l'intensità della stimolazione appropriata per lo svolgimento sia del singolo impulso ed esperimenti TMS ripetitive.
Introduction
Percezione del linguaggio è un'abilità impegnativo che richiede la codifica dei segnali uditivi in arrivo complessi e altamente variabili. Mentre è incontrovertibile che la corteccia uditiva gioca un ruolo fondamentale nella trasformazione discorso, se le regioni motorie che controllano i movimenti degli articolatori (es. labbra) durante la produzione del discorso contribuiscono anche al discorso percezione resta un argomento di ricerca attiva e di dibattito scientifico 1 – 5. L'idea che le rappresentazioni motorie sono coinvolti nella percezione del discorso non è nuovo. Secondo la teoria del motore di Liberman di percezione discorso 6,7 l'ascoltatore percepisce discorso simulando le "destinati gesti articolatori" del diffusore. TMS ha dimostrato di essere un potente strumento per indagare il ruolo putativo della corteccia motoria articolatorio durante la percezione del linguaggio (per una rassegna, vedi 8). Questo articolo si concentra sulla stimolazione della rappresentazione motoria labbro mediante singolo impulso etecniche di TMS ripetitive.
Singolo impulso TMS ha fornito un mezzo altamente efficace per indagare il legame tra la corteccia motoria e l'elaborazione vocale 8-10. Impulsi singoli TMS applicata alla corteccia motoria primaria (M1) suscitano potenziali evocati motori (cioè deputati) nella controlaterale destinazione muscolo che può essere registrato tramite l'elettromiografia (EMG). MEP registrati dai muscoli della mano (primo dorsale interosseo; FDI) picco di circa 24 msec dopo l'impulso, mentre i deputati registrati dai muscoli delle labbra (orbicularis oris; OO) picco di circa 15 msec dopo l'impulso (vedi Figura 1). Questo riflette differenze nella distanza dalla corteccia motoria verso le labbra e muscoli della mano; la via cortico-bulbare alle labbra è più breve del percorso cortico-spinale alle mani. L'intensità dell'impulso richieste per provocare un deputato è molto diversa tra i partecipanti, molto probabilmente riflettono le differenze neuroanatomiche e differenze nel cranio spessore 11. L'ampiezza del MEP dipende dallo stato funzionale del sistema motorio, con impulsi di intensità costante indurre deputati grandi quando il muscolo bersaglio è contratto rispetto a quando il muscolo è rilassato. Misurazioni MEP forniscono un mezzo preciso di localizzazione delle rappresentazioni corticali di muscoli diversi in ciascun partecipante nonché normalizzare l'intensità TMS tra soggetti. Questo metodo fornisce una misura diretta (cioè MEP ampiezza) dell'eccitabilità motore rispetto ad una variabile indipendente di interesse. Per esempio, gli studi TMS singolo impulso hanno dimostrato che la stimolazione del labbro rappresentazione induce i deputati più grandi (cioè un aumento di eccitabilità) quando si ascolta la parola e la visualizzazione di movimenti delle labbra vocali legate 10,12,13. Una PET combinata e single-pulse TMS studio hanno mostrato che l'eccitabilità del sistema motorio discorso durante la percezione uditiva discorso è modulata in parte alle attività nellaposteriore sinistro frontale inferiore giro 14.
Mentre singolo impulso TMS può dimostrare cambiamenti nella eccitabilità del sistema motorio durante percezione del linguaggio non indica se la corteccia motoria contribuisce alla elaborazione del parlato. TMS ripetitiva (rTMS) possono essere usati per indurre una temporanea interruzione (cioè "una lesione virtuale") nella corteccia motore 15. Questo approccio "lesione virtuale" consente di indagine della percezione discorso durante, interruzione controllato a breve termine ad una zona focale del sistema motorio. Le lesioni "virtuali" causati da TMS differiscono da lesioni reali in pazienti che spesso coprono diffuse regioni corticali che portano alla riorganizzazione funzionale del cervello nel tempo. Studi paziente tipicamente confronta comportamento dei pazienti ad un gruppo di controllo e raramente forniscono conoscenze di prestazioni prima del colpo / lesione. Utilizzando rTMS è possibile indagare la capacità di un partecipante di eseguire scompiti di percezione Peech con e senza interruzioni del motore e, quindi, esaminare se tali interruzioni contribuiscono alla performance.
Sub-soglia rTMS a bassa frequenza possono essere utilizzati per interrompere temporaneamente la rappresentazione labbro del motore ed è stato utilizzato per studiare il ruolo della corteccia motoria articolatorio nella percezione del linguaggio 16-18. In questi esperimenti, sequenze di impulsi monofasici sono stati utilizzati perché rTMS a bassa frequenza monofasici ha dimostrato di essere più efficace nel ridurre l'eccitabilità corticale rispetto alla rTMS bifasica 19. La dimensione dei deputati registrate dalle labbra diminuisce dopo un treno di 15 minuti di sub-soglia impulsi di TMS monofasica applicati a tassi inferiori a 1 Hz cioè eccitabilità motore viene soppresso 18. Questa perturbazione rTMS indotto danneggia anche ascoltatori capacità di percepire categoricamente continua acustica che varia tra due suoni discorso che differiva in luogo di articolazione (ad esempio 'ba & #39; vs 'da' e 'pa' vs 'ta'). La prestazione imperfetta dopo interruzione alla corteccia motoria labbro suggerisce che il sistema motore contribuisce alla percezione del parlato. Turbativa della rappresentazione mano a motore non ha alcun effetto sulla percezione categoriale dei suoni del linguaggio. Questi risultati sono coerenti con i risultati precedenti che dimostrano che rTMS a bassa frequenza applicate alla corteccia premotoria compromette le prestazioni in un compito di discriminazione fonetica quando si utilizza sillabe presentate nel rumore rispetto ad un compito di controllo discriminazione colore abbinato al livello di difficoltà, la struttura delle attività e tipo di risposta 20. Questi studi dimostrano che la rTMS è un mezzo estremamente efficace per esplorare i circuiti uditivo-motorie che possono sostenere sia la produzione di discorso e la percezione. RTMS a bassa frequenza possono essere utilizzati anche in combinazione con tecniche di neuroimaging per studiare ulteriormente la questione (vedi la discussione).
Protocol
Representative Results
Discussion
Nel corso degli ultimi due decenni, TMS è diventato un metodo ampiamente utilizzato in neuroscienze cognitive, perché può fornire informazioni che è complementare al neuroimaging. Ha anche fornito agli scienziati di discorso con i nuovi strumenti per indagare se il sistema di produzione del linguaggio motore potrebbe essere coinvolto nella percezione discorso. In particolare, TMS fornisce un mezzo importante per testare sperimentalmente se i circuiti neurali che controllano il discorso di articolazione sono facilitate ascoltando il discorso e, se questi circuiti contribuiscono alla percezione del linguaggio.
Questo articolo descrive come la rappresentazione labbro motore può essere stimolata mediante TMS, e come sia singolo impulso TMS e tecniche ripetitive sono stati utilizzati per esaminare il ruolo della corteccia motoria nella percezione del parlato. Gli studi qui riportati dimostrano che la corteccia motoria contribuisce alla elaborazione del parlato nel cervello umano. Altri paradigmi TMS sono stati utilizzati anche per studiare sptrasformazione EECH nel sistema motorio. Impulsi doppio TMS erogati sopra il labbro del motore e della lingua rappresentazioni prima di sillabe uditivi hanno mostrato di facilitare il riconoscimento delle labbra-e sillabe lingua articolato, rispettivamente, 22. Un paradigma-bobina accoppiata possa essere usato per studiare connettività efficace tra la rappresentazione labbro e altre regioni corticali durante la percezione del parlato 23. E 'stato dimostrato che l'effettiva connettività tra la rappresentazione labbro motore e temporo-parietale giunzione e la corteccia frontale inferiore è migliorata durante l'ascolto di discorso, ma non durante l'ascolto di rumore bianco. Continuo theta-burst stimolazione (CTBs) sopra la giunzione temporo-parietale ha abolito la sua connettività efficace con la rappresentazione labbro del motore, fornendo ulteriori prove che queste regioni corticali sono funzionalmente accoppiati durante l'ascolto di intervento 23. Il vantaggio di CTBs rispetto rTMS a bassa frequenza è che un relativamente breve treno di CTBs (<em> ad esempio 40 sec) in grado di produrre una perturbazione di lunga durata nella corteccia motoria (fino a 60 min) 24. Tuttavia, gli effetti di CTBs sull'eccitabilità motore sono molto variabili tra i partecipanti 25.
La combinazione di TMS con altre tecniche di neuroimaging che misurano l'attività intero cervello in grado di fornire la comprensione in come TMS influenza i processi neurali in entrambi vicini e regioni corticali più distali. Regioni cerebrali interagiscono senza dubbio uno con l'altro durante i processi percettivi e cognitivi, e quindi è sorprendente che un indotto "lesione virtuale" in una zona del cervello avrebbe modulare il funzionamento di altre aree del cervello impegnate nello stesso processo. Al fine di promuovere la comprensione della base neurale della percezione del parlato, è essenziale per studiare come la corteccia motoria articolatorio interagisce con le regioni uditive della corteccia temporale superiore durante l'ascolto di parola e di come queste interazioni contribuiscono alla percezione del parlato. Il combination di TMS con tecniche di imaging cerebrale fornisce un mezzo per rispondere a queste domande. Ad esempio, è possibile esaminare influenze di interruzioni TMS-indotte nel sistema articolatorio sul trattamento del segnale vocale nella corteccia temporale superiore utilizzando elettroencefalografia (EEG), magnetoencefalografia (MEG), risonanza magnetica funzionale e la tomografia ad emissione di positroni (PET). Gli esperimenti che combinano rTMS a bassa frequenza e EEG dimostrano che la perturbazione indotta da TMS nella corteccia motoria articolatorio modula la discriminazione automatica del discorso, ma non non-discorso, suoni nel sistema uditivo, mostrando che questi sistemi interagiscono durante l'elaborazione vocale 16. Combinazione di rTMS con MEG è anche un metodo efficace per studiare i tempi di interazioni uditivo-motore 17.
Tuttavia, il legame tra la produzione del discorso e la percezione è ancora poco conosciuta. TMS combinato con compiti di discorso e le tecniche di neuroimaging aggiuntive possono aiutaregli scienziati a migliorare la comprensione delle basi neurali della percezione del parlato e della produzione, e se si sovrappongono.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RM è stato sostenuto dal Medical Research Council (sviluppo di carriera comunione). JR è stato supportato dal Wellcome Trust (sovvenzione di progetto assegnato a KEW e RM). Desideriamo ringraziare Jennifer Chesters per il suo aiuto nel fare il video.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| TMS stimulator | Magstim Limited, Wales, U.K. | Magstim BiStim (two MagStim 200s connected) | |
| 2 TMS coils | Magstim Limited, Wales, U.K. | 70-mm figure-of-eight coil, D70 Alpha | |
| Electrodes for recording EMG signal | Covidien llc, MA, USA. | Kendall Neonatal ECG electrodes, 22 mm x 30 mm | |
| Electrode box (for EMG recording) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | CED 1902-11/4 Electrode Adaptor | |
| Data acquisition unit (for EMG) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | Micro1401-3 | |
| Amplifier (for EMG) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | 1902 | |
| Software for EMG recording and analyses | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | Spike2, version 7 | |
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