Wernicke 'nin ve Broca 'nın dil öğrenme ve kelime edinme çalışmaları alanlarındaki Transkraniyal doğrudan akım stimülasyon (tDCS)
Summary
Burada, eğitim amaçlı psiko-ve nörolinguistic deneyler için Transkraniyal doğrudan akım stimülasyon kullanmak için bir protokol tarif, doğal henüz tam kontrollü bir şekilde, kelime öğrenme insan beyninin kortikal alanların rolü ve bir sonuçları değerlendirmek için davranış prosedürleri kapsamlı bir dizi.
Abstract
Dil, insan beyninin son derece önemli ama kötü anlaşılır bir fonksiyonudur. Dil kavrayışında beyin aktivasyon desenlerinin çalışmaları bol ise, genellikle kritik olarak eksik olan belirli bir dil fonksiyonunda beyin alanlarının müdahalesi nedensel kanıt, bu yetenek ve benzersiz insan doğası nedeniyle en az değil Nörofizyoloji araçları eksikliği insan beyni noninvazif nedensel ilişkileri incelemek için. Son yıllarda, insan beyninin Transkraniyal doğrudan akım stimülasyon (DCS) kullanımı hızlı bir artış gördük, kolay, ucuz ve güvenli noninvaziv tekniği uyarılmış beyin alanının durumunu modüle (putatively uyarma kayması tarafından/ inhibisyonu eşikleri), belirli işlevlere özel katkısı bir çalışma sağlar. Çoğunlukla motor kontrolüne odaklanırken, DCS kullanımı daha yüksek bilişsel fonksiyonlar üzerinde temel ve klinik araştırmalarda daha yaygın hale gelmektedir, dil dahil, ancak uygulama prosedürleri değişken kalır. Burada, bir psycholinguistic kelime öğrenme deneyi olarak tDCS kullanımını tarif. Biz, insan beyninin sol Yarımküre içinde Broca ve Wernicke temel dil alanlarının katodal ve anodal stimülasyon uygulama için teknikler ve prosedürler sunmak, psycholinguistic uyaranların dengeli setleri oluşturma prosedürleri açıklamak, bir kontrollü henüz doğal öğrenme rejimi ve öğrenme sonuçları ve tDCS etkilerini değerlendirmek için teknikler kapsamlı bir dizi. TDCS uygulamasının bir örneği olarak, bir öğrenme seansından önce Wernicke bölgesinin katodal stimülasyonunun kelime öğrenme verimliliğini etkileyebilecek olduğunu gösteriyoruz. Bu etki her ikisi de hemen öğrendikten sonra mevcut ve, daha da önemlisi, stimülasyon fiziksel etkileri sonra uzun süre boyunca korunmuş, tDCS insan beyninde dilsel depolama ve temsilleri üzerinde uzun vadeli etkisi olabilir düşündürmektedir .
Introduction
İnsan dili fonksiyonunun nörobiyolojik mekanizmaları hala kötü anlaşılır. İletişim yeteneğimizin Bedrock ‘ı olarak, bu eşsiz insan nörooksal özelliği, kişisel ve sosyo-ekonomik hayatımızda özellikle önemli bir rol oynamaktadır. Herhangi bir açıkları konuşma ve dil etkileyen hastalar için yıkıcı ve toplum için pahalı. Aynı zamanda, klinikte, konuşma açıkları (Aphasia gibi) tedavisi için prosedürler, en az1dahil nörobiyolojik mekanizmaların kötü anlayış nedeniyle, yetersiz kalır. Araştırma, son Advent ve nörogörüntüleme yöntemlerinin hızlı gelişimi harekete geçirmek desenleri açıklayan birden fazla keşifler yol açmıştır; henüz, nedensel kanıt genellikle hala eksik. Ayrıca, beynin dil alanları, en önemlisi Transkraniyal Manyetik stimülasyon tekniği (TMS), nedensel kanıt sağlayabilen mainstream nörostimulasyon yaklaşımlarının uygulanması için biraz daha alt düzeyde yer almaktadır. Theta Burst stimulasyonu gibi çevrimdışı TMS protokolü, kasların uyarılma noktasına yakınlığı nedeniyle ağrıya neden olabilir, “çevrimiçi” TMS protokolleri, uyarıdan dolayı istenmeyen olan ses yapılarını tanıtabilir Dil stimululus sunum2. TMS bu tür rahatsızlık rağmen dil çalışmalarında yaygın olarak kullanılan olsa da, bir karşılama alternatifi diğer stimülasyon yöntemleri tarafından sağlanabilir, özellikle Transkraniyal doğrudan akım stimülasyon (tDCS). Son yıllarda, tDCS erişilebilirlik, kullanım kolaylığı, göreli güvenlik ve genellikle oldukça çarpıcı sonuçlar3nedeniyle kullanımı dikkate değer bir büyüme gördü. Tam mekanizmalar sinirsel aktivite üzerinde tDCS etkisi destek bile tamamen anlaşılır değildir, mainstream görünümü, en azından düşük yoğunluklu seviyelerde (genellikle 1-2 ma için 15-60 dk), herhangi bir nöral uyarma veya inhibisyonu neden olmaz , ancak bunun yerine dinlenme transmembran potansiyelini kademeli bir şekilde de-veya hiperpolarizasyon doğrultusunda modüle eder, uyarılma eşiklerini yukarı veya aşağı kaydırır ve böylece nöral sistemi diğer olaylar, uyaranlara göre modülasyonlara daha fazla veya daha az duyarlı hale getirmek, Devletler veya davranışlar4,5. Güncel olarak bildirilen uygulamaların çoğu motor fonksiyonu6 ve/veya motor sistemi açıkları üzerinde duruldu ise, giderek daha yüksek düzeyli bilişsel fonksiyonlar ve kendi Engelli uygulanır. Orada konuşma ve dil, çoğunlukla araştırma Post-inme afazi7,8,9, kurtarma amaçlı bir artış olmuştur rağmen şimdiye kadar karışık sonuçları ile ilgili olarak yol açtı tedavi potansiyeli, stimülasyon siteleri ve hemheres ve optimum akım polaritesi. Bu araştırma, ve özellikle de tDCS normal dil fonksiyonunun bilişsel nörobiyolojik olarak uygulanması, hala kendi bebeklik döneminde, en azından temel dil kortikolarını uyarıcı için prosedürleri tanımlamak için çok önemlidir (çok önemlisi Wernicke ‘s ve Broca ‘nın alanları) geçerli raporun ana amaçlarından biri olan DCS ‘leri kullanarak.
Burada, bir kelime öğrenme deneyindeki dil alanlarına DCS uygulamasını değerlendireceğiz. Genel olarak, kelime öğrenme durumu burada bir nörolinguistic deney örneği olarak alınır ve tDCS prosedürün bir parçası aynı alanları hedefleyen dil deneylerinin diğer türleri için önemli ölçüde değişmemelidir. Ancak, bu fırsatı da, geçerli protokol açıklamasında ikinci ana amacı olan bir kelime edinme deneme önemli metodolojik hususlar vurgulamak için kullanın. Kelime edinme destek beyin mekanizmaları-bizim dil iletişim beceri çekirdeğinde bir her yerde insan kapasitesi-büyük ölçüde bilinmeyen kalır10. Resim karmaşıklaştırmak, mevcut literatür yaygın olarak nasıl deneysel protokoller kelime edinme teşvik, stimülasyon parametreleri üzerinde kontrol, ve görevler öğrenme sonuçlarını değerlendirmek için kullanılan (bkz., örneğin, Davis ve al.11). Aşağıda, son derece kontrollü uyarıcılar ve sunum modu kullanan bir protokol tarif ederken, yeni kelimeden doğalistik bir bağlam odaklı satın alma sağlar. Ayrıca, her ikisi de hemen öğrendikten sonra ve bir gecede konsolidasyon aşamasını takiben, farklı seviyelerde davranışsal sonuçları değerlendirmek için kapsamlı bir görev pili kullanıyoruz. Bu, temel nöral süreçler ve mekanizmalar hakkında nedensel kanıtlar sağlayabilen (Wernicke ‘nin alan stimülasyon kullanarak belirli bir örnek yapmak) dil alanlarının Sham ve katoel DCS ile birleştirilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sonuçlar, genel olarak psycholinguistic araştırma yaparken dikkate alınması gereken birkaç önemli noktaları vurgulamak ve özellikle neurolinguistics tDCS çalışmaları. Dil kortüsler stimülasyon (Wernicke alanı tarafından burada örneklenmiş) davranışsal sonuçlar karmaşık bir desen üretir. TMS tekniğinin aksine, konuşma işlemeyi tam olarak kesintiye uğratmak mümkündür (örn. “konuşma tutuklama” Protokolü)21, bu yöntem dil işleme mekanizmaları üzerinde büyük ola…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RF hükümet Grant Sözleşme No. 14. W 03.31.0010 tarafından desteklenmektedir. Bu yayını hazırlamakta destek olmak için Ekatarina Perikova ve Alexander Kirsanov ‘a teşekkür etmek istiyoruz. Biz Olga Shcherbakova ve Margarita Filippova için uyarıcı seçimi ve Anastasia Safronova ve Pavel ınozemcev için video malzemeleri üretiminde yardım için onların yardım için minnettarız.
References
- Sebastian, R., Tsapkini, K., Tippett, D. C. Transcranial direct current stimulation in post stroke aphasia and primary progressive aphasia: Current knowledge and future clinical applications. Neuro Rehabilitation. 39 (1), 141-152 (2016).
- Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology. 128 (9), 1774-1809 (2017).
- Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clinical Neurophysiology. 128 (1), 56-92 (2017).
- Priori, A. Brain polarization in humans: a reappraisal of an old tool for prolonged non-invasive modulation of brain excitability. Clinical Neurophysiology. 114 (4), 589-595 (2003).
- Shah, P. P., Szaflarski, J. P., Allendorfer, J., Hamilton, R. H. Induction of neuroplasticity and recovery in post-stroke aphasia by non-invasive brain stimulation. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 888 (2013).
- Nitsche, M. A., et al. Modulation of cortical excitability by weak direct current stimulation–technical, safety and functional aspects. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 255-276 (2003).
- Fridriksson, J., Richardson, J. D., Baker, J. M., Rorden, C. Transcranial direct current stimulation improves naming reaction time in fluent aphasia: a double-blind, sham-controlled study. Stroke. 42 (3), 819-821 (2011).
- Flöel, A., et al. Short-term anomia training and electrical brain stimulation. Stroke. 42 (7), 2065-2067 (2011).
- Hamilton, R. H., Chrysikou, E. G., Coslett, B. Mechanisms of aphasia recovery after stroke and the role of noninvasive brain stimulation. Brain and Language. 118 (1-2), 40-50 (2011).
- Shtyrov, Y. Neural bases of rapid word learning. The Neuroscientist. 18 (4), (2012).
- Davis, M. H., Di Betta, A. M., Macdonald, M. J. E., Gaskell, M. G. Learning and Consolidation of Novel Spoken Words. Journal of Cognitive Neuroscience. 21 (4), 803-820 (2009).
- Villamar, M. F., et al. Technique and Considerations in the Use of 4×1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS). Journal of Visualized Experiments. (77), (2013).
- Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
- Rodd, J. M., et al. Learning new meanings for old words: effects of semantic relatedness. Memory & Cognition. 40 (7), 1095-1108 (2012).
- Quiroga, R. Q., Fried, I., Koch, C. Brain cells for grandmother. Scientific American. 308 (2), 30-35 (2013).
- Mason, R. A., Prat, C. S., Just, M. A. Neurocognitive brain response to transient impairment of Wernicke’s area. Cerebral Cortex (New York, N.Y.: 1991). 24 (6), 1474-1484 (2014).
- Chatrian, G. E., Lettich, E., Nelson, P. L. Modified nomenclature for the “10%” electrode system. Journal of Clinical Neurophysiology. 5 (2), 183-186 (1988).
- Nishitani, N., Schürmann, M., Amunts, K., Hari, R. Broca’s Region: From Action to Language. Physiology. 20 (1), 60-69 (2005).
- Dumay, N., Gareth Gaskell, M. Overnight lexical consolidation revealed by speech segmentation. Cognition. 123 (1), 119-132 (2012).
- Landi, N., et al. Neural representations for newly learned words are modulated by overnight consolidation, reading skill, and age. Neuropsychologia. 111, 133-144 (2018).
- Tarapore, P. E., et al. Language mapping with navigated repetitive TMS: Proof of technique and validation. NeuroImage. 82, 260-272 (2013).
- Jacobson, L., Koslowsky, M., Lavidor, M. tDCS polarity effects in motor and cognitive domains: a meta-analytical review. Experimental Brain Research. 216 (1), 1-10 (2012).
- Malyutina, S., et al. Modulating the interhemispheric balance in healthy participants with transcranial direct current stimulation: No significant effects on word or sentence processing. Brain and Language. 186, 60-66 (2018).
- Geranmayeh, F., Leech, R., Wise, R. J. S. Semantic retrieval during overt picture description: Left anterior temporal or the parietal lobe?. Neuropsychologia. 76, 125-135 (2015).
- Lambon Ralph, M. A., Pobric, G., Jefferies, E. Conceptual knowledge is underpinned by the temporal pole bilaterally: convergent evidence from rTMS. Cerebral Cortex (New York, N.Y.: 1991). 19 (4), 832-838 (2009).
- Mueller, S. T., Seymour, T. L., Kieras, D. E., Meyer, D. E. Theoretical Implications of Articulatory Duration, Phonological Similarity, and Phonological Complexity in Verbal Working Memory. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition. 29 (6), 1353-1380 (2003).
- Bachtiar, V., Near, J., Johansen-Berg, H., Stagg, C. J. Modulation of GABA and resting state functional connectivity by transcranial direct current stimulation. eLife. 4, e08789 (2015).
- Márquez-Ruiz, J., et al. Transcranial direct-current stimulation modulates synaptic mechanisms involved in associative learning in behaving rabbits. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (17), 6710-6715 (2012).
