Neuroplasticitet af multisensoriske kortikale områder induceret af musikalsk træning: en translationel tilgang (MusicPlast) (MusicPlast)

Mål og forskningsspørgsmål

Det første mål med MUSICPLAST er at udforske tilbundsgående udviklingen af ​​audiovisuel perception i den sunde menneskelige hjerne, der i detaljer beskriver de tilsvarende involverede corticale netværk. Højdensitets EEG-målinger (128 kanaler) vil blive anvendt til at realisere dette mål efter en stimuleringsprotokol, som inkorporerer auditive, visuelle og audiovisuelle korrespondancer i et samlet multisensorisk ulige paradigme. Der vil blive udført adfærdsmæssig og neuropsykologisk evaluering af forsøgspersonernes multisensoriske perceptuelle evner for at opnå en holistisk forståelse af fænomenet. Sammenligningen af ​​de forskellige forhold inden for emner vil afsløre det tilsvarende netværk, mens emnerne imellem dets udviklingsforløb. Hypotesen for dette eksperiment er, at netværket, der ligger til grund for den audiovisuelle perception, vil bestå af kortikale områder, der forbinder udbredte regioner, herunder dorsolaterale regioner i frontal cortex. Med hensyn til dets udvikling, og baseret på det faktum, at adfærdsmæssig multisensorisk integration fortsætter med at forbedres i sund aldring, er det en hypotese, at netværket vil blive reorganiseret og viser øget tæthed og effektivitet, efterhånden som alderen skrider frem.

Det andet mål med MUSICPLAST er at udforske i dybden plasticiteten af ​​det kortikale netværk, der ligger til grund for audiovisuel opfattelse i den sunde menneskelige hjerne, som induceret via en computer leveret kortvarig musikalsk læsetræning. Før og efter træning med høj tæthed EEG, adfærdsmæssige og neuropsykologiske målinger vil blive anvendt til realiseringen af ​​dette mål efter det samme stimuleringsparadigme som for det tidligere nævnte mål. Hypotesen for dette eksperiment er, at netværket, der ligger til grund for den audiovisuelle opfattelse, vil blive reorganiseret og vise øget global tæthed og effektivitet, større forbindelse mellem tidsmæssige og frontopolære regioner og et gradvist fald i mængden af ​​plasticitet som følge af aldersstigningen.

Det tredje mål med MUSICPLAST er at evaluere effektiviteten af ​​den foreslåede computeriserede musiklæsningsprotokol som et værktøj, der vil fremme gavnlige neuroplastiske ændringer i patologiske populationer og specifikt ordblinde teenagere og ældre. Før og efter træning med høj tæthed EEG, adfærdsmæssige og neuropsykologiske målinger vil blive anvendt til realiseringen af ​​dette mål efter det samme stimuleringsparadigme som for de tidligere nævnte mål. Hypotesen for dette eksperiment er, at netværket, der ligger til grund for den audiovisuelle opfattelse, vil blive reorganiseret med fordel på grund af træningen, der viser øget global tæthed og effektivitet, større forbindelse mellem temporale og frontopolære regioner, og at disse ændringer vil blive ledsaget af forbedringer i den tilsvarende adfærdsmæssige og neuropsykologiske evaluering.

Forskningsdesign og metodik Deltagere

En prøvestørrelsesanalyse blev udført via G-Power baseret på data fra en tidligere relevant undersøgelse af PI og indikerede, at den ønskede prøvestørrelse for at nå en potens på 0,8 og et tosidet signifikansniveau på a = 0,05 er 13 forsøgspersoner i hver gruppe. For at tage højde for eventuelt frafald vil MUSICPLAST inkludere 20 forsøgspersoner i hver gruppe [unge (n = 20), unge voksne (n = 20), ældre (n = 20) og kontroller (n = 20)]. Undersøgelsen vil blive udført i henhold til Helsinki-erklæringen med hensyn til menneskelige forsøgspersoners deltagelse i forskning.

EEG og adfærdsmålinger

Forud for påbegyndelsen af ​​træningen og efter dens afslutning vil deltagerne blive udsat for 2 elektroencefalografiske målinger. Optagelserne vil blive udført i et elektromagnetisk afskærmet rum placeret i Medical Physics Laboratory of AUTH ved hjælp af et Nihon Kohden EEG-1200 system med 128 aktive elektroder. Den første måling vil være af hviletilstandsaktivitet, hvilket muliggør en netværksanalyse af hviletilstands kortikal forbindelse, mens den anden vil registrere begivenhedspotentialer via et multisensorisk ulige paradigme, som er passende justeret til audiovisuel perception, da det inkorporerer audiovisuelle, auditive og visuelle uoverensstemmelser inden for en løb. Dette paradigme er blevet foreslået og med succes anvendt i en række undersøgelser af PI, og det tillader både en spatiotemporal analyse af den kortikale aktivitet såvel som en funktionel forbindelsesanalyse.

Sideløbende med EEG-målingerne vil forsøgspersonerne reagere adfærdsmæssigt via knaptryk på en audiovisuel kongruensopgave, hvorpå de skal vurdere, om de præsenterede billeder svarer til de toner, de hører, baseret på reglen "jo højere tonehøjde - jo højere cirklens placering". Denne måling vil tillade adfærdsevaluering af diskriminationsnøjagtigheden af ​​kongruente og inkongruente audiovisuelle stimuli.

Forud for påbegyndelsen af ​​træningen og efter dens afslutning vil deltagerne blive udsat for en neuropsykologisk evaluering, som vil bestå af et batteri, der inkluderer følgende tests:

Alle fag:

Stroop Test Trail A og B Digit Span Test Performance Subtest af Wechsler Intelligence Scale Children III eller Wechsler Adult Intelligence Scale i henhold til alderen.

Kun ældre:

Mini Mental State Examination (MMSE) Montreal Cognitive Assessment (MoCA) Geriatric Depression Scale

Kun dyslektikere:

Ord- og nonordlæsning Ord- og nonordstavning Fonologisk evne

Intervention - MUSICPLAST træningsprotokol

Hvert fag vil modtage 20 sessioner af den computeriserede træning baseret på en forenklet musiklæsning inden for en periode på 4 uger. Undervisningen vil foregå via en smartphone eller en tablet. Ansøgningen vil registrere en logfil for hver træningssession, som varer i 20 minutter, og logfilen vil være direkte tilgængelig for forskeren, så han/hende kan følge emnets rettidige deltagelse og engagement. De stimuli, der bruges i træningsprotokollen, vil blive konstrueret efter de samme principper for de audiovisuelle stimulusmønstre, der anvendes i EEG-optagelserne: Et visuelt billede vil vise en cirkel oven på en baggrund med 5 vandrette linjer. Mønstrenes varighed vil være af en gennemsnitlig varighed på 10 sekunder.

Cirklens position inden for de fem linjer vil enten følge reglen "jo højere tonehøjde, jo højere position er cirklen", eller det vil overtræde ovenstående regel. Denne regel blev i princippet også fulgt i tidligere undersøgelser udført af PI med positive resultater vedrørende den inducerede neuroplasticitet. De visuelle billeder vil kun repræsentere frekvensen af ​​tonehøjden og ikke det rytmiske mønster. Deltageren skal svare ved slutningen af ​​hver prøveperiode via et knaptryk, om det audiovisuelle input bekræftede eller overtrådte den ovenfor præsenterede regel. Et feedbackbillede af et smilende ansigt for de korrekte svar eller et ikke-smilende ansigt for de forkerte svar vil blive givet for hver prøve. Protokollen vil være af tilpasset sværhedsgrad og have 5 sværhedsgrader, som vil være baseret på 2 forskellige faktorer: præsentationshastigheden og sværhedsgraden af ​​det musikalske mønster. I modsætning til EEG-målingsproceduren, hvor de melodiske mønstre vil være ukendte for forsøgspersonerne, vil de melodiske mønstre, der anvendes i træningen, bestå af korte, men identificerbare dele af kendte musikstykker for at engagere deltagerne og fremkalde følelsesmæssig respons . Træningen vil blive forbedret i forhold til de tilsvarende tidligere undersøgelser af PI ved at give feedback og ved brug af kendte musikstykker, som vil fremkalde en følelsesmæssig reaktion hos deltagerne.

EEG-dataanalyse og statistiske procedurer

De indsamlede EEG-data vil blive forbehandlet ved hjælp af Brain Electrical Source Analysis-softwaren (BESA research, version 6, Megis Software, Heidelberg, Tyskland). De registrerede data vil blive adskilt i epoker på 1000 ms inklusive et præstimulusinterval på 200 ms. Epoker vil blive korrigeret med udgangspunkt i intervallet fra -100 til 0 ms. Nuværende densitetsrekonstruktioner (CDR'er) vil blive beregnet på de neurale responser for hvert individ og hver tilstand ved hjælp af sLORETA-metoden55 som leveret af BESA. The Matlab ® (The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, USA.) værktøjskasse HERMES56 vil blive brugt til at beregne tilstødende matrix fra voxel-tidsserien. Værktøjskassen Network Based Statistic (NBS) vil blive brugt til statistisk at identificere signifikante sammenhænge i graferne ved hjælp af en generel lineær modeltilgang. Til den statistiske analyse af dataene vil et 2 × 2 × 2 × 2 blandet model ANOVA-design blive fulgt, med 3 inden for emnefaktorer: tilstand (kongruent og inkongruent), modalitet (audiovisuel, auditiv og visuel) og tid (præ- og efteruddannelse) og et mellem fagene: (aldersgruppe). Signifikansniveauet vil blive sat til p < 0,05 korrigeret for flere sammenligninger via Family Wise Error-korrektion.