Summary

Stimulation transcrânienne du courant direct (TDCS) des domaines de Wernicke et Broca dans les études de l'apprentissage des langues et de l'acquisition de mots

Published: July 13, 2019
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Summary

Ici, nous décrivons un protocole pour l’utilisation de la stimulation transcrânienne de courant direct pour des expériences psycho- et neurolinguistiques visant à étudier, d’une manière naturaliste mais entièrement commandée, le rôle des zones corticales du cerveau humain dans l’apprentissage des mots, et un ensemble complet de procédures comportementales pour évaluer les résultats.

Abstract

Le langage est une fonction très importante mais mal comprise du cerveau humain. Bien que les études sur les modèles d’activation du cerveau pendant la compréhension du langage soient abondantes, ce qui manque souvent de façon critique est la preuve causale de l’implication des régions du cerveau dans une fonction linguistique particulière, notamment en raison de la nature humaine unique de cette capacité et une pénurie d’outils neurophysiologiques pour étudier les relations causales dans le cerveau humain de façon non invasive. Ces dernières années ont vu une augmentation rapide de l’utilisation de la stimulation transcrânienne du courant direct (TDCS) du cerveau humain, une technique facile, peu coûteuse et sûre non invasive qui peut moduler l’état de la zone cérébrale stimulée (putativement en déplaçant l’excitation / d’inhibition), permettant d’étudier sa contribution particulière à des fonctions spécifiques. Bien que se concentrant principalement sur le contrôle moteur, l’utilisation de tDCS est de plus en plus répandue dans la recherche fondamentale et clinique sur les fonctions cognitives supérieures, le langage inclus, mais les procédures pour son application restent variables. Ici, nous décrivons l’utilisation de tDCS dans une expérience psycholinguistique d’apprentissage de mot. Nous présentons les techniques et les procédures pour l’application de la stimulation cathodale et anodale des zones linguistiques de base de Broca et Wernicke dans l’hémisphère gauche du cerveau humain, décrivons les procédures de création d’ensembles équilibrés de stimuli psycholinguistiques, un régime d’apprentissage contrôlé mais naturaliste, et un ensemble complet de techniques pour évaluer les résultats d’apprentissage et les effets du SDCT. À titre d’exemple d’application du SDCT, nous montrons que la stimulation cathodique de la région de Wernicke avant une séance d’apprentissage peut avoir un impact sur l’efficacité de l’apprentissage des mots. Cet impact est à la fois présent immédiatement après l’apprentissage et, surtout, préservé sur un plus long temps après l’usure des effets physiques de la stimulation, ce qui suggère que le TDCS peut avoir une influence à long terme sur le stockage linguistique et les représentations dans le cerveau humain .

Introduction

Les mécanismes neurobiologiques de la fonction du langage humain sont encore mal compris. En tant que fondement de notre capacité de communication, ce trait neurocognitif humain unique joue un rôle particulièrement important dans notre vie personnelle et socio-économique. Tous les déficits affectant la parole et le langage sont dévastateurs pour les victimes et coûteux pour la société. Dans le même temps, dans la clinique, les procédures de traitement des déficits de la parole (comme l’aphasie) restent sous-optimales, notamment en raison d’une mauvaise compréhension des mécanismes neurobiologiques impliqués1. Dans la recherche, l’avènement récent et le développement rapide des méthodes de neuroimaging ont mené aux découvertes multiples décrivant des modèles d’activation ; pourtant, les preuves causales font souvent encore défaut. En outre, les zones langalées du cerveau sont situées quelque peu sous-optimalement pour l’application des approches de neurostimulation traditionnellequi peuvent fournir des preuves causales, plus important encore la technique de stimulation magnétique transcrânienne (TMS). Alors que le protocole TMS hors ligne, tel que la stimulation de l’éclatement du théta, peut causer de la douleur en raison de la proximité des muscles au point de stimulation, les protocoles TMS « en ligne » peuvent introduire des artefacts sonores provenant de la stimulation, ce qui n’est pas souhaitable en raison d’interférences avec présentation de stimulation linguistique2. Même si le SMT est largement utilisé dans les études linguistiques malgré ces inconvénients, une alternative bienvenue peut être fournie par d’autres méthodes de stimulation, notamment la stimulation transcrânienne à courant direct (TDCS). Ces dernières années, tDCS a connu une croissance remarquable de son utilisation en raison de son accessibilité, la facilité d’utilisation, la sécurité relative et souvent des résultats assez frappants3. Même si les mécanismes exacts qui sous-tendent l’influence du TDCS sur l’activité neuronale ne sont pas complètement compris, le point de vue dominant est que, au moins à des niveaux d’intensité faible (généralement 1-2 mA pour 15-60 min), il ne cause aucune excitation neuronale ou inhibition en soi , mais module plutôt le potentiel transmembranaire au repos d’une manière graduée vers la dépolarisation ou l’hyperpolarisation, déplaçant les seuils d’excitation vers le haut ou vers le bas et rendant ainsi le système neural plus ou moins sensible aux modulations par d’autres événements, stimuli, états ou comportements4,5. Tandis que la plupart des applications rapportées jusqu’ici ont porté sur la fonction motrice6 et/ou les déficits de système moteur, il a été de plus en plus appliqué aux fonctions cognitives de niveau supérieur et à leurs incapacités respectives. Il y a eu une augmentation de son application à la parole et au langage, principalement dans la recherche visant à la récupération de l’aphasie post-AVC7,8,9, même si elle a jusqu’à présent conduit à des résultats mitigés en ce qui concerne le potentiel thérapeutique, les sites de stimulation et les hémisphères, et la polarité actuelle optimale. Comme cette recherche, et en particulier l’application du TDCS dans la neurobiologie cognitive de la fonction langagaire normale, est encore à ses balbutiements, il est crucial de délimiter les procédures pour stimuler au moins les cortices de langage de base (surtout Wernicke et broca) en utilisant tDCS, qui est l’un des principaux objectifs du rapport actuel.

Ici, nous examinerons l’application du SDCT aux domaines linguistiques dans le le cas d’une expérience d’apprentissage des mots. En général, le cas de l’apprentissage des mots est pris ici comme un exemple d’expérience neurolinguistique, et la partie tDCS de la procédure ne devrait pas changer considérablement pour d’autres types d’expériences linguistiques ciblant les mêmes domaines. Pourtant, nous profitons de cette occasion pour mettre également en évidence des considérations méthodologiques majeures dans une expérience d’acquisition de mots en soi, qui est le deuxième objectif principal de la description actuelle du protocole. Les mécanismes cérébraux qui sous-tendent l’acquisition de mots, une capacité humaine omniprésente au cœur de nos compétences linguistiques en communication, demeurent largement inconnus10. Pour compliquer le tableau, la littérature existante diffère considérablement dans la façon dont les protocoles expérimentaux favorisent l’acquisition de mots, dans lecontrôle des paramètres de stimulation et dans les tâches utilisées pour évaluer les résultats d’apprentissage (voir, p. ex., Davis et al.11 ). Ci-dessous, nous décrivons un protocole qui utilise des stimuli hautement contrôlés et le mode de présentation, tout en assurant une acquisition naturaliste axée sur le contexte du vocabulaire nouveau. En outre, nous utilisons une batterie complète de tâches pour évaluer les résultats comportementaux à différents niveaux, à la fois immédiatement après l’apprentissage et après une étape de consolidation du jour au lendemain. Ceci est combiné avec tDCS faux et cathodal des secteurs de langue (nous faisons un exemple particulier utilisant la stimulation de secteur de Wernicke) qui peut fournir l’évidence causale sur les processus et les mécanismes neuraux sous-jacents.

Protocol

Toutes les procédures ont été approuvées par le comité local d’éthique de la recherche de l’Université d’État de Saint-Pétersbourg, à Saint-Pétersbourg, avec le consentement de tous les participants. REMARQUE : Tous les participants doivent signer le consentement éclairé et remplir un questionnaire pour attester de l’absence de contre-indications pour la stimulation du TDCS (voir Technique et considérations dans l’utilisation de 4 x 1 Anneau De stimulation directe directe transcr…

Representative Results

Bien que les données aient été analysées pour l’ensemble spécifique des tâches, il convient de souligner que l’ensemble développé de tests et le paradigme pourraient être adaptés à une variété d’expériences psycholinguistiques. Les résultats ont été analysés en termes de scores de précision (nombre de réponses correctes) et le temps de réaction (RT) en utilisant non-paramétrique Wilcoxon a signé le test de rang et Mann-Whitney U test à travers les groupes (conditio…

Discussion

Les résultats mettent en évidence quelques points importants qui doivent être pris en compte lors de la réalisation de la recherche psycholinguistique en général, et des études neurolinguistiques tDCS en particulier. La stimulation des cortices de langue (illustrée ici par la région de Wernicke) produit un modèle complexe de résultats comportementaux. Contrairement à la technique TMS, où il est possible de perturber complètement le traitement de la parole (par exemple, le protocole dit « d’arrestation voca…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Soutenu par le contrat de subvention du gouvernement RF No.14.W03.31.0010. Nous tenons à remercier Ekatarina Perikova et Alexander Kirsanov pour leur soutien dans la préparation de cette publication. Nous sommes reconnaissants à Olga Shcherbakova et Margarita Filippova pour leur aide dans la sélection de stimulus et à Anastasia Safronova et Pavel Inozemcev pour leur aide dans la production de matériel vidéo.

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Citar este artigo
Blagovechtchenski, E., Gnedykh, D., Kurmakaeva, D., Mkrtychian, N., Kostromina, S., Shtyrov, Y. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) of Wernicke’s and Broca’s Areas in Studies of Language Learning and Word Acquisition. J. Vis. Exp. (149), e59159, doi:10.3791/59159 (2019).

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