Derin Sağırlığı Olan Katılımcılarda Sesli Dokunsal Duyusal İkame Eğitiminin Olayla İlgili Potansiyel Tekniği Kullanılarak Değerlendirilmesi
Summary
Bu protokol, olayla ilgili potansiyel tekniği uygulayarak sesli-dokunsal duyusal ikamede kısa bir eğitim süresinden sonra derin sağırlığı olan deneklerde öğrenmeyle ilgili elektrofizyolojik değişikliklerin altında yatan değişiklikleri araştırmak için tasarlanmıştır.
Abstract
Bu yazıda, vibrotaktil kompleks ses ayrımcılığı ile ilişkili nöral mekanizmaları analiz etmek amacıyla, genç, derinden sağır (PD) katılımcılarda ses-dokunsal ikame eğitiminin etkilerini değerlendirmek için elektroensefalogram tabanlı yöntemlerin uygulanması incelenmektedir. Elektriksel beyin aktivitesi dinamik sinirsel değişiklikleri yansıtır ve olayla ilgili potansiyellerin (ERP’ler) zamansal hassasiyetinin, dikkat ve çalışma belleğini içeren davranışsal görevleri yerine getirirken zaman kilitli süreçleri incelemede anahtar olduğu kanıtlanmıştır.
Mevcut protokol, PD deneklerinde, sağ işaret parmağına takılan taşınabilir bir uyarıcı sistemi aracılığıyla iletilen beş farklı hayvan sesinden oluşan karmaşık ses uyaranları kullanarak sürekli bir performans görevi (CPT) gerçekleştirirken elektrofizyolojik aktiviteyi incelemek için tasarlanmıştır. Tekrarlanan ölçü tasarımı olarak, standart koşullarda elektroensefalogram (EEG) kayıtları, bireysel ve büyük ortalama dalga formları elde etmek için kısa bir eğitim programından önce ve sonra (15 gün boyunca beş 1 saatlik seanslar), ardından çevrimdışı artefakt düzeltmesi ve dönem ortalaması alınarak gerçekleştirildi. Davranışsal sonuçlar, ayrımcılıkta önemli bir iyileşme ve eğitimden sonra hedef uyaranlar için daha sağlam bir P3 benzeri merkezroparietal pozitif dalga formu göstermektedir. Bu protokolde, ERP’ler, karmaşık seslerin ses-dokunsal ayrımcılığı ile ilişkili PD deneklerinde öğrenme ile ilgili nöral değişikliklerin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunur.
Introduction
Erken derin sağırlık, sözlü dil edinimini ve normal işitmeye sahip olanlar için günlük yaşamda gezinmede önemli bir rol oynayan çevresel seslerin algılanmasını güçlü bir şekilde etkileyen duyusal bir eksikliktir. Korunmuş ve işlevsel bir işitsel duyusal yol, birisi görüş mesafesinin dışına yaklaştığında ayak seslerini duymamıza, yaklaşan trafiğe, ambulans sirenlerine ve güvenlik alarmlarına tepki vermemize ve birisinin dikkatimize ihtiyacı olduğunda kendi adımıza yanıt vermemize olanak tanır. Bu nedenle seçmeler, konuşma, iletişim, bilişsel gelişim ve çevresiyle zamanında etkileşim için, kişinin çevresindeki potansiyel tehditlerin algılanması da dahil olmak üzere hayati bir anlamdır. On yıllardır, ciddi derecede işitme engelli bireylerde dil gelişimini tamamlama ve kolaylaştırma potansiyeline sahip alternatif bir ses algılama yöntemi olarak ses-dokunsal ikamenin uygulanabilirliği, sınırlı sonuçlarla araştırılmıştır 1,2,3. Duyusal ikame, kullanıcılara normalde kullanılandan farklı bir insan duyusal kanalı aracılığıyla çevresel bilgi sağlamayı amaçlar; farklı duyusal sistemlerde mümkün olduğu gösterilmiştir 4,5. Spesifik olarak, ses dokunsal duyusal ikame, cilt mekanoreseptörleri, işitsel bilgiyi oluşturan ses dalgalarının fiziksel enerjisini, somatosensoriyel yollar ve daha yüksek dereceli somatosensoriyel kortikal alanlar6 ile algılanabilen ve entegre edilebilen nöronal uyarma modellerine dönüştürebildiğinde elde edilir.
Birçok çalışma, derinden sağır bireylerin müzikal tınıyı yalnızca vibrotactile algı7 ile ayırt edebildiklerini ve karmaşık vibrotactile uyaranların spektral ipuçlarını kullanarak aynı cinsiyetten konuşmacılar arasında ayrım yapabildiklerini göstermiştir8. Daha yeni bulgular, sağır bireylerin kısa, iyi yapılandırılmış bir sesli-dokunsal algı eğitim programından somut olarak yararlandıklarını, çünkü farklı saf ton frekansları9 ile farklı zamansal süreye sahip saf tonlar arasında ayrım yapma yeteneklerini önemli ölçüde geliştirdiklerini göstermiştir10. Bu deneyler, fonksiyonel beyin mekanizmalarını tasvir etmek ve analiz etmek için olayla ilgili potansiyelleri (ERP’ler), grafik bağlantı yöntemlerini ve kantitatif elektroensefalogram (EEG) ölçümlerini kullandı. Bununla birlikte, karmaşık çevresel seslerin ayrımcılığı ile ilişkili nöral aktivite bu makaleden önce incelenmemiştir.
ERP’lerin, milisaniye sırasına göre inanılmaz zaman çözünürlüğü ile zaman kilitli süreçleri incelemek için yararlı olduğu kanıtlanırken, dikkat tahsisi, çalışma belleği ve yanıt seçimi11’i içeren davranışsal görevleri yerine getirirken. Luck, Woodman ve Vogel12 tarafından tanımlandığı gibi, ERP’ler özünde çok boyutlu işleme ölçümleridir ve bu nedenle bilişin alt bileşenlerini ayrı ayrı ölçmek için çok uygundur. Bir ERP deneyinde, bir uyaranın sunumuyla ortaya çıkan sürekli ERP dalga formu, uyaran ile davranışsal tepki arasında yer alan sinirsel aktiviteyi doğrudan gözlemlemek için kullanılabilir. Tekniğin maliyet etkinliği ve invaziv olmayan doğası gibi diğer avantajları, klinik popülasyonlardaki bilişsel süreçlerin kesin zaman seyrini incelemek için mükemmel bir uyum sağlar. Ayrıca, bir eğitim programı veya müdahaleden sonra elektriksel aktivitedeki değişiklikleri incelemek için hastaların elektriksel beyin aktivitesinin birden fazla kez kaydedildiği tekrarlanan bir ölçü tasarımında uygulanan ERP araçları, zaman içindeki sinirsel değişiklikler hakkında daha fazla bilgi sağlar.
En kapsamlı şekilde araştırılan bilişsel potansiyel 13 olanP3 bileşeninin, şu anda her türlü uyarana, en çok görünüşte düşük olasılıklı veya yüksek yoğunluklu veya önemli uyaranlara veya bazı davranışsal veya bilişsel tepki gerektiren uyaranlara cevap verdiği kabul edilmektedir14. Bu bileşenin klinik modellerde genel bilişsel etkinliğin değerlendirilmesinde de son derece yararlı olduğu kanıtlanmıştır15,16. P3 dalga formundaki değişiklikleri değerlendirmenin açık bir avantajı, diğer küçük bileşenlere kıyasla daha büyük genliği nedeniyle kolayca gözlemlenebilir bir nöral yanıt olmasıdır; karakteristik bir merkezcil topografik dağılıma sahiptir ve uygun deneysel tasarım17,18,19 kullanılarak ortaya çıkarılması nispeten kolaydır.
Bu bağlamda bu çalışmanın amacı, vibrotaktil ses ayrımcılığı konusunda kısa bir süre eğitim aldıktan sonra derin işitme kaybı olan hastalarda öğrenme ile ilişkili elektrofizyolojik değişiklikleri araştırmaktır. Ek olarak, ERP araçları, görevin talep ettiği bilişsel kaynakların geçici katılımının altında yatan işlevsel beyin dinamiğini tasvir etmek için uygulanır.
Protocol
Representative Results
Discussion
ERP araçlarını kullanarak, farklı saf tonların vibrotactile temsillerini ayırt etmek için vibrotactile ayrımcılığı becerilerinin kademeli gelişimini gözlemlemek ve değerlendirmek için bir protokol tasarladık. Önceki çalışmalarımız, vibrotactile stimülasyonun, derinden sağır bireyler için uygulanabilir bir alternatif ses algılama yöntemi olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, doğal seslerin saf tonlara kıyasla karmaşıklığı nedeniyle, dil ses ayrımcılığı potansiyeli ayrı bir a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Tüm katılımcılara ve ailelerinin yanı sıra bu çalışmayı mümkün kılan kurumlara, özellikle Asociación de Sordos de Jalisco, Asociación Deportiva, Cultural y Recreativa de Silentes de Jalisco, Educación Incluyente, A.C. ve Preparatoria No. 7’ye teşekkür ederiz. Ayrıca Sandra Márquez’e bu projeye katkılarından dolayı teşekkür ederiz. Bu çalışma GRANT SEP-CONACYT-221809, GRANT SEP-PRODEP 511-6/2020-8586-UDG-PTC-1594 ve Neuroscience Institute (Universidad de Guadalajara, Meksika) tarafından finanse edilmiştir.
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 |
References
- Rothenberg, M., Richard, D. M. Encoding fundamental frequency into vibrotactile frequency. The Journal of the Acoustical Society of America. 66 (4), 1029-1038 (1979).
- Plant, G., Arne, R. The transmission of fundamental frequency variations via a single channel vibrotactile aid. Speech Transmission Laboratories Quarterly Progress Report. 24 (2-3), 61-84 (1983).
- Bernstein, L. E., Tucker, P. E., Auer, E. T. Potential perceptual bases for successful use of a vibrotactile speech perception aid. Scandinavian Journal of Psychology. 39 (3), 181-186 (1998).
- Bach-y-Rita, P., Kercel, S. W. Sensory substitution and the human-machine interface. Trends in Cognitive Sciences. 7 (12), 541-546 (2003).
- Bach-y-Rita, P. Tactile sensory substitution studies. Annals of New York Academy of Sciences. 1013 (1), 83-91 (2004).
- Kaczmarek, K. A., Webster, J. G., Bach-y-Rita, P., Tompkins, W. J. Electrotactile and vibrotactile displays for sensory substitution systems. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 38 (1), 1-16 (1991).
- Russo, F. A., Ammirante, P., Fels, D. I. Vibrotactile discrimination of musical timbre. Journal of Experimental Psychology Human Perception Performance. 38 (4), 822-826 (2012).
- Ammirante, P., Russo, F. A., Good, A., Fels, D. I. Feeling voices. PloS One. 8 (1), 369-377 (2013).
- González-Garrido, A. A., et al. Vibrotactile discrimination training affects brain connectivity in profoundly deaf individuals. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 28 (2017).
- Ruiz-Stovel, V. D., Gonzalez-Garrido, A. A., Gómez-Velázquez, F. R., Alvarado-Rodríguez, F. J., Gallardo-Moreno, G. B. Quantitative EEG measures in profoundly deaf and normal hearing individuals while performing a vibrotactile temporal discrimination task. International Journal of Psychophysiology. 166, 71-82 (2021).
- Polich, J. Updating P300: an integrative theory of P3a and P3b. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).
- Luck, S. J., Woodman, G. F., Vogel, E. K. Event-related potential studies of attention. Trends in Cognitive Sciences. 4 (11), 432-440 (2000).
- Kelly, S. P., O’Connell, R. G. The neural processes underlying perceptual decision making in humans: recent progress and future directions. Journal of Physiology-Paris. 109 (1-3), 27-37 (2015).
- Barry, R. J., et al. Components in the P300: Don’t forget the Novelty P3. Psychophysiology. 57 (7), 13371 (2020).
- Polich, J. P300 clinical utility and control of variability. Journal of Clinical Neurophysiology. 15 (1), 14-33 (1998).
- Polich, J., Criado, J. R. Neuropsychology and neuropharmacology of P3a and P3b. International Journal of Psychophysiology. 60 (2), 172-185 (2006).
- Polich, J., Kok, A. Cognitive and biological determinants of P300: an integrative review. Biological Psychology. 41 (2), 103-146 (1995).
- Nieuwenhuis, S., Aston-Jones, G., Cohen, J. D. Decision making, the P3, and the locus coeruleus–norepinephrine system. Psychological Bulletin. 131 (4), 510 (2005).
- Luck, S. J. . An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , (2014).
- Kappenman, E. S., Luck, S. J. Best practices for event-related potential research in clinical populations. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging. 1 (2), 110-115 (2016).
- Rac-Lubashevsky, R., Kessler, Y. Revisiting the relationship between the P3b and working memory updating. Biological Psychology. 148, 107769 (2019).
- Twomey, D. M., Murphy, P. R., Kelly, S. P., O’Connell, R. G. The classic P300 encodes a build-to-threshold decision variable. European Journal of Neuroscience. 42 (1), 1636-1643 (2015).
- Boudewyn, M. A., Luck, S. J., Farrens, J. L., Kappenman, E. S. How many trials does it take to get a significant ERP effect? It depends. Psychophysiology. 55 (6), 13049 (2018).
- Cohen, J., Polich, J. On the number of trials needed for P300. International Journal ofPsychophysiology. 25 (3), 249-255 (1997).
- Duncan, C. C., et al. Event-related potentials in clinical research: guidelines for eliciting, recording, and quantifying mismatch negativity, P300, and N400. Clinical Neurophysiology. 120 (11), 1883-1908 (2009).
- Thigpen, N. N., Kappenman, E. S., Keil, A. Assessing the internal consistency of the event-related potential: An example analysis. Psychophysiology. 54 (1), 123-138 (2017).
- Huffmeijer, R., Bakermans-Kranenburg, M. J., Alink, L. R., Van IJzendoorn, M. H. Reliability of event-related potentials: the influence of number of trials and electrodes. Physiology & Behavior. 130, 13-22 (2014).
- Rietdijk, W. J., Franken, I. H., Thurik, A. R. Internal consistency of event-related potentials associated with cognitive control: N2/P3 and ERN/Pe. PloS One. 9 (7), 102672 (2014).
- Alsuradi, H., Park, W., Eid, M. EEG-based neurohaptics research: A literature review. IEEE Access. 8, 49313-49328 (2020).
