Transkranial Manyetik Stimülasyon ile Dudak Motor Cortex Uyarıcı
Summary
Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) konuşma algı söyleyiş motor korteksin rolünü araştıran yararlı bir araç olduğu kanıtlanmıştır. Bu makale, motor dudak kasları potansiyeller (MEP) uyarılmış ve nasıl tekrarlayan TMS kullanarak motorlu dudak temsilini bozmak için kayıt anlatılmaktadır.
Abstract
Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) konuşma algı söyleyiş motor korteksin rolünü araştıran yararlı bir araç olduğu kanıtlanmıştır. Araştırmacılar motor kortekste dudak temsil uyarmak için tek nabız ve tekrarlayan TMS kullandık. (; EMG elektromiyografi) dudak Motor temsilinin heyecanlanma, bu kortikal alana tek TMS darbeleri uygulamadan ve TMS-kaynaklı motorlu dudak kaslarına bağlı elektrotlar aracılığı potansiyeller (MEP) uyarılmış kaydederek incelenebilir. Büyük milletvekilleri artmış kortikal eksitabiliteyi yansıtmaktadır. Çalışmalar konuşma ile ilgili hareketleri izleme sırasında konuşma dinleme gibi boyunca o heyecanlanma artışlar göstermiştir. TMS dudak motoru temsil bozmak için de kullanılabilir. Düşük frekans alt eşik tekrarlayan stimülasyon bir 15-dakika tren başka bir 15-20 dakika daha motorlu uyarılabilirliğini bastırmak için gösterilmiştir. Motor dudak temsil Bu TMS-kaynaklı bozulması daha sonra bozarkonuşma algısı zorlu görevler ve konuşma işitsel-korteks yanıtları modüle performans geliyor. Bu bulgular motor korteks konuşma algılanmasına katkıda öneri ile uyumludur. Bu makalede dudak motor kortekste temsil ve nasıl tek nabız ve tekrarlayan TMS deneyler hem yürütülmesi için uygun stimülasyon yoğunluğunu belirlemek için lokalize anlatılmaktadır.
Introduction
Konuşma algısı karmaşık ve son derece değişken gelen işitsel sinyalleri kodlama gerektiren zorlu bir beceridir. – Bu işitsel korteks konuşma üretimi sırasında artikülatör (örneğin dudak) hareketlerini kontrol, motor bölgelerde de algı etkin soruşturma ve bilimsel tartışma 1 bir konu olmaya devam etmektedir konuşma katkıda bulunup, konuşma işleme kritik bir rol oynadığı tartışmasız olmakla 5. Motor temsilleri konuşma algısı dahil olduğu fikri yeni değildir. Konuşma algısı 6,7 Liberman motor teorisine göre dinleyici konuşmacının "amaçlanan söyleyiş jestleri" taklit ederek konuşmasını algılar. TMS (bir inceleme için, bakınız 8) konuşma algısı sırasında söyleyiş motor korteksin varsayılan rolünü araştıran güçlü bir araç olduğunu kanıtlamıştır. Bu makalede, tek nabız ve kullanarak dudak Motor temsil uyarılması üzerinde duruluyortekrarlayan TMS teknikleri.
Tek darbe TMS motor korteks ve konuşma işleme 8-10 arasındaki bağlantıyı araştıran son derece etkili bir araç sağlamıştır. Primer motor korteks (M1) uygulanan tek TMS bakliyat ortaya motorlu elektromiyografi (EMG) kullanılarak kaydedilebilir kontralateral hedef kas potansiyelleri (yani MEP) uyarılmış. El kaslarında kaydedildi milletvekilleri (ilk interosseus dorsal; FDI) bir pik yaklaşık 24 msn darbe sonrası, milletvekilleri dudak kasları kayıtlı iken (orbicularis oris; OO) zirve yaklaşık 15 msn darbe sonrası (bkz. Şekil 1). Bu dudak ve el kasları için motor korteks mesafe farklılıkları yansıtır; dudaklarına kortiko bulber yolu eller için kortiko-spinal yolu daha kısadır. Bir MEP ortaya çıkarmak için gerekli olan palsının intensitesi en olası Nöroanatomik farklılıklar ve sorumluluk yönün yansıtan çok katılımcılar arasında farklılıkKafatasında detaylarda farklar 11 kalınlığı. MEP genlik kas rahat olduğunda kıyasla hedef kas sözleşmeli büyük MEP'ler uyaran bir sabit yoğunluktaki darbeleri ile, motor sistemin fonksiyonel durumuna bağlıdır. MEP ölçümleri her katılımcının farklı kasların kortikal temsilini yerelleştirme yanı sıra, konular arasındaki TMS yoğunluğu normale doğru bir yol sağlar. Bu yöntem aynı zamanda ilgili doğrudan ilgilendiren bir bağımsız değişkene göre, motor uyarılabilirliğinin (örneğin MEP genlik) sağlamaktadır. Örneğin, tek darbe TMS çalışmalar konuşma dinleme ve konuşma ile ilgili dudak hareketleri 10,12,13 izlerken dudak temsil uyarılmasının büyük MEP'ler (yani artmış uyarılma) neden olduğunu göstermiştir. Bir araya getirilen PET ve tek darbe TMS çalışma işitsel algısı konuşma sırasında konuşma motor sistemi uyarılma aktivite ile kısmen modüle olduğunu göstermiştirposterior inferior frontal girus 14 bıraktı.
Tek darbe TMS konuşma algısı sırasında motor sistemi uyarılımın değişiklikleri göstermek iken bu motor korteks konuşma işleme katkıda olmadığını göstermez. Tekrarlanan TMS (TMU) motor kortekste 15 geçici bir bozulma (yani "sanal bir lezyon") ikna etmek için de kullanılabilir. Bu "sanal lezyon" yaklaşımı motor sistemin bir odak alanına kontrollü, kısa süreli kesintileri sırasında konuşma algısı soruşturma sağlar. TMS neden olduğu "sanal lezyonlar" çoğu zaman, beynin işlevsel yeniden yol açan yaygın kortikal bölgeleri kapsar hastalarda gerçek lezyonlardan farklıdır. Hasta çalışmalar tipik olarak bir kontrol grubuna hastaların davranışlarını karşılaştırmak ve nadiren önce strok / lezyona performansı hakkında bilgi sağlar. Shamı kullanarak bu s gerçekleştirmek için bir katılımcının yeteneğini incelemek mümkündürMotor aksamalar ve, ve olmadan Peech algı görevleri dolayısıyla, bu aksamalar performansına katkıda olup olmadığını incelemek.
Alt eşiği düşük frekanslı rTMS geçici motorlu dudak temsilini bozmak için kullanılabilir ve bu konuşma algı 16-18 söyleyiş motor korteksin rolünü araştırmak için kullanılır olmuştur. Monofazik düşük frekanslı TMU fazlı rTMS'ye 19 ile karşılaştırıldığında kortikal uyarılabilirliği üzerinde daha etkili olduğu gösterilmiştir, çünkü bu deneylerde, tek fazlı pals dizileri kullanılmıştır. Dudakları kaydedilen milletvekillerinin boyutu 1 Hz yani motor uyarılmada altında fiyatla uygulanan alt eşik monofazik TMS bakliyat 15 dk tren sonra azalır 18 bastırılır. Bu rTMS'den kaynaklı kesinti de dinleyicilerin bozar 'kategorik iki konuşma sesleri arasında değişen akustik kontinua algılama yeteneğine bu eklemlenme yerine (örneğin farklıydı' ba & #39; vs 'da' ve 'ta' vs 'pa'). Dudak motor korteks karışıklıktan sonra bozulmuş performansı motor sistemi konuşma algısına katkıda bulunduğunu göstermektedir. El motorlu temsil bozulması konuşma sesleri kategorik algı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Bu bulgular zorluk, görev yapısı ve tepki türü 20 Bahisler bir renk ayrım kontrol görevi ile karşılaştırıldığında gürültü sunulan heceleri kullanırken Premotor kortekse uygulanan düşük frekanslı TMU bir fonetik ayrımcılık görev performansı bozar olduğunu gösteren daha önceki bulgularla tutarlıdır. Bu çalışmalar rTMS konuşma üretim ve algı hem destekleyebilir işitsel-motor devreleri keşfetmek son derece etkili bir araç olduğunu göstermektedir. Düşük frekanslı TMU ayrıca (Tartışma) bu konuyu araştırmak için beyin görüntüleme teknikleri ile birlikte kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu nörogörüntüleme tamamlayıcı bilgiler sağlayabilir çünkü son iki yılda, TMS, bilişsel nörobilim yaygın olarak kullanılan bir yöntem haline gelmiştir. Ayrıca motor konuşma üretim sistemi konuşma algısı dahil olup olamayacağını araştırmak için yeni araçlar ile konuşma bilim adamları sağlamıştır. Özellikle, TMS konuşma artikülasyon kontrol nöral devreleri bu devreleri konuşma algısı katkıda bulunup, konuşma dinlediğiniz kolaylaştırmış ve olup olmadığını deneysel olarak test önemli bir araç sağlar.
Bu makale, motor dudak temsil TMS kullanarak uyarılmış olabilir, nasıl ve tek darbe ve tekrarlayan TMS teknikler hem konuşma algı motor korteksin rolünü incelemek için kullanılır olmuştur anlattı. Burada bildirilen çalışmalar motor korteks insan beyninin konuşma işleme katkıda kanıt sağlar. Diğer TMS paradigmalar da sp araştırmak için kullanılmıştırmotor sisteminde eech işleme. Işitsel hecelerin önce motor dudak ve dil temsilcilikleri üzerinden teslim Dual TMS bakliyat dudak ve dil-belden hece, sırasıyla 22 tanınmasını kolaylaştırmak için gösterilmiştir. A eşleştirilmiş-coil paradigma konuşma algısı 23 sırasında dudak gösterimi ve diğer kortikal bölgeler arasında etkin bağlantı araştırmak için kullanılabilir. Bu Motor dudak temsil ve temporo-parietal kavşak ve alt frontal korteks arasında etkili bağlantı beyaz gürültü dinleme sırasında konuşma dinleme sırasında gelişmiş, ama olmadığını gösterilmiştir. Temporo-parietal kavşak üzerinde sürekli teta patlama stimülasyonu (CTBS) Bu kortikal bölgelerde işlevsel konuşma 23 dinleme sırasında birleştirilir daha fazla kanıt sağlayarak, motorlu dudak gösterimi ile etkin bağlantı kaldırılmıştır. Düşük frekanslı rTMS'nin üzerinde CTBS avantajı olduğunu CTBS nispeten kısa bir tren (<em> örneğin 40 saniye) motor korteks (maksimum 60 dakika) 24 uzun süreli kesintileri üretebilir. Ancak, motor uyarılmada üzerinde CTBS etkileri katılımcılar 25 arasında oldukça değişkendir.
Tüm beyin aktivitesini ölçen diğer beyin görüntüleme yöntemleri ile TMS birleştiren TMS komşu ve daha uzak kortikal bölgelerde hem nöral süreçleri nasıl etkilediğini fikir verebilir. Beyin bölgeleri şüphesiz algısal ve bilişsel süreçleri sırasında birbirleriyle etkileşim, ve bu yüzden tek bir beyin bölgesinde bir neden "sanal lezyon" aynı süreçte yapan diğer beyin bölgelerinin işleyişi modüle olacağını şaşırtıcı değildir. Konuşma algısı nöral temeli anlayışı ilerletmek için, bu söyleyiş motor korteks ve konuşma nasıl bu etkileşimler konuşma algılanmasına katkıda dinleme sırasında superior temporal korteks işitsel bölgeleri ile etkileşim nasıl araştırmak esastır. Cobeyin görüntüleme teknikleri ile TMS mbination bu soruları yanıtlamak için bir araç sağlar. Örneğin, elektroensefalografi (EEG) kullanarak superior temporal kortekste konuşma sinyallerinin işleme söyleyiş sisteminde TMS-kaynaklı aksamalar etkilerini incelemek mümkündür, manyetoensefalografi (MEG), fonksiyonel MRI ve pozitron emisyon tomografisi (PET). Düşük frekanslı shamı ve EEG birleştirerek deneyler söyleyiş motor kortekste TMS kaynaklı kesinti konuşma otomatik ayrımcılık modüle, fakat non-konuşma, bu sistemler konuşma işleme 16 sırasında etkileşim olduğunu gösteren, işitme sisteminde sesler olduğunu göstermektedir. MEG ile rTMS'nin kombinasyonu aynı zamanda işitsel-motor etkileşimleri 17 zamanlamasını araştırmak için güçlü bir yöntemdir.
Bununla birlikte, konuşma üretimi ve algı arasındaki bağlantı hala anlaşılamamıştır. Konuşma görevleri ve ek görüntüleme teknikleri ile kombine TMS yardımcı olabilirbilim adamları konuşma algısı ve üretim nöral üsleri anlayış geliştirmek ve onlar örtüşüp örtüşmediğini.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RM Tıbbi Araştırma Konseyi (kariyer geliştirme bursu) tarafından desteklenmiştir. JR Wellcome Trust (KEW ve RM verilen proje hibe) tarafından desteklenmiştir. Biz video yapma ona yardım için Jennifer Chesters teşekkür etmek istiyorum.
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 | |
References
- Hickok, G. The role of mirror neurons in speech and language processing. Brain Lang. 112, 1-2 (2010).
- Hickok, G., Houde, J., Rong, F. Sensorimotor integration in speech processing: computational basis and neural organization. Neuron. 69, 407-422 (2011).
- Lotto, A. J., Hickok, G. S., Holt, L. L. Reflections on mirror neurons and speech perception. Trends Cogn Sci. 13, 110-114 (2009).
- Pulvermuller, F., Fadiga, L. Active perception: sensorimotor circuits as a cortical basis for language. Nat Rev Neurosci. 11, 351-360 (2010).
- Scott, S. K., McGettigan, C., Eisner, F. A little more conversation, a little less action–candidate roles for the motor cortex in speech perception. Nat Rev Neurosci. 10, 295-302 (2009).
- Liberman, A., Mattingly, I. G. The motor theory of speech perception revised. Cognition. 21, 1-36 (1985).
- Liberman, A. M., Cooper, F. S., Shankweiler, D. P., Studdert-Kennedy, M. Perception of the speech code. Psychological Review. 74, 431-461 (1967).
- Mottonen, R., Watkins, K. E. Using TMS to study the role of the articulatory motor system in speech perception. Aphasiology. 26, 1103-1118 (2012).
- Fadiga, L., Craighero, L., Buccino, G., Rizzolatti, G. Speech listening specifically modulates the excitability of tongue muscles: a TMS study. Eur J Neurosci. 15, 399-402 (2002).
- Watkins, K. E., Strafella, A. P., Paus, T. Seeing and hearing speech excites the motor system involved in speech production. Neuropsychologia. 41, 989-994 (2003).
- Stokes, M. G., et al. Simple metric for scaling motor threshold based on scalp-cortex distance: application to studies using transcranial magnetic stimulation. J Neurophysiol. 94, 4520-4527 (2005).
- Murakami, T., Restle, J., Ziemann, U. Observation-execution matching and action inhibition in human primary motor cortex during viewing of speech-related lip movements or listening to speech. Neuropsychologia. , (2011).
- Swaminathan, S., et al. Motor excitability during visual perception of known and unknown spoken languages. Brain Lang. 126, 1-7 (2013).
- Watkins, K., Paus, T. Modulation of motor excitability during speech perception: the role of Broca’s area. J Cogn Neurosci. 16, 978-987 (2004).
- Chen, R., et al. Depression of motor cortex excitability by low-frequency transcranial magnetic stimulation. Neurology. 48, 1398-1403 (1997).
- Mottonen, R., Dutton, R., Watkins, K. E. Auditory-motor processing of speech sounds. Cereb Cortex. 23, 1190-1197 (2013).
- Mottonen, R., van de Ven, G. M., Watkins, K. E. Attention fine-tunes auditory-motor processing of speech sounds. J Neurosci. 34, 4064-4069 (2014).
- Mottonen, R., Watkins, K. E. Motor representations of articulators contribute to categorical perception of speech sounds. J Neurosci. 29, 9819-9825 (2009).
- Sommer, M., Lang, N., Tergau, F., Paulus, W. Neuronal tissue polarization induced by repetitive transcranial magnetic stimulation. Neuroreport. 13, 809-811 (2002).
- Meister, I. G., Wilson, S. M., Deblieck, C., Wu, A. D., Iacoboni, M. The essential role of premotor cortex in speech perception. Curr Biol. 17, 1692-1696 (2007).
- Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120, 2008-2039 (2009).
- D’Ausilio, A., et al. The motor somatotopy of speech perception. Curr Biol. 19, 381-385 (2009).
- Murakami, T., Restle, J., Ziemann, U. Effective connectivity hierarchically links temporoparietal and frontal areas of the auditory dorsal stream with the motor cortex lip area during speech perception. Brain Lang. 122, 135-141 (2012).
- Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45, 201-206 (2005).
- Hamada, M., Murase, N., Hasan, A., Balaratnam, M., Rothwell, J. C. The role of interneuron networks in driving human motor cortical plasticity. Cereb Cortex. 23, 1593-1605 (2013).
