Etablere præmotoriske og motoriske cortexers rolle i tDCS-faciliteret talemotorisk læring

Studieoversigt

Grupper af uhæmmede deltagere vil alle modtage talemotorisk træning af nonord, og seks tDCS-tilstande vil blive sammenlignet: anodal tDCS over talemotoriske regioner; katodisk tDCS over talemotoriske regioner; anodal tDCS over venstre frontale områder; katodisk tDCS over venstre frontale områder; katodisk stimulering over ikke-talemotoriske områder (anodal allerede indsamlet); og sham tDCS (ingen stimulering). Dette vil behandle et grundlæggende videnskabeligt spørgsmål om, hvorvidt mekanismen bag talemotorisk læring kræver, at præmotoriske og motoriske kortikale regioner stimuleres, hvilket har implikationer for behandling af erhvervet talehandicap. Det primære resultatmål vil være forskellen i produktionsnøjagtighed og ændringer i motorisk skarphed (målt med varighed) af ny konsonantklyngeproduktion.

Metoder og procedurer Deltagerne kommer til testlokalet, og proceduren vil blive diskuteret med dem. Dette vil omfatte at gøre dem bekendt med tDCS-enheden og forklare, hvordan den virker, igen sikre, at de ikke opfylder nogen af ​​eksklusionskriterierne, og forklare de mulige bivirkninger af forbigående snurren og/eller rødmen under stimuleringen. Vi vil forklare, at alle passende beskyttelser er på plads. Vi vil også forklare undersøgelsens enkeltblinde karakter ved, at deltagerne kan modtage enten aktiv stimulation eller falsk stimulation. Forklaringen og selve stimuleringen vil blive udført af personer, der har modtaget træning og certificering i sikker brug af tDCS. Efter at have fastslået deltagerens berettigelse til undersøgelsen gennem fortrolighed med udstyret, udfylder de samtykkeerklæringen. I alt vil der være to besøg, hvor det første besøg varer cirka 85 minutter og det andet besøg cirka 15-20 minutter.

Talestimuli. Talestimuli er disyllabiske nonord, der begynder med ikke-native native konsonantklynger (f.eks. GDEEVOO; FNEEGDWOP). Otte ikke-indfødte klynger vil blive brugt, med fire nonord for hver klynge trænet under øvelsessessionen og fire gemt til test af retentionssessioner. Alle nonord vil indeholde juridiske engelske lyde og sekvenser, bortset fra den oprindelige konsonantklynge, men adskiller sig i konsonant-vokal-formen (CV) af stavelserne (f.eks. har GDEEVOO /gdivu/ formen [CCV.CV]; FNEEGDWOP /fnigdw? p/ har formen [CCVC.CCVC]). De auditive stimuli er allerede blevet optaget af en fonetisk trænet russisk-engelsk tosproget højttaler ved hjælp af en Shure SM-10 hovedmonteret mikrofon forbundet til en Marantz PMD660 digital optager. Lydfilerne blev splejset for at efterlade 10 ms stilhed ved starten og forskydningen af ​​hvert element ved hjælp af Praat, og stimulusamplituden blev normaliseret. Ortografiske versioner af nonordene blev også præsenteret for deltagerne for at sikre, at fejl i klyngeproduktionen ikke opstod som følge af misforståelse.

Procedure for talemotorisk læringsopgave. Al test vil foregå i et lyddæmpet testrum. Deltagerne vil sidde foran en computer, og deres produktioner blev optaget ved hjælp af en Shure BETA 58A mikrofon i et skrivebordsmikrofonstativ forbundet til Marantz PMD660. Denne opsætning tillader deltageren at have tDCS-opsætningen på deres hovedbund under hele læringsopgaven.

Før øvelse. For at sikre, at enkeltpersoner forstår opgaven, vil vi give to punkter i præ-praksis ("FTAKE" og "FNIP"). Disse elementer er blevet udvalgt, fordi engelske lytteres opfattelse af disse klynger typisk er nøjagtig, hvilket giver os mulighed for nemt at give præcis feedback. Vi vil give instruktioner om nøjagtigt at producere konsonantklynger til alle. Forøvelsen varer cirka to minutter.

Øve sig. Under praksis vil deltagerne producere 4 nonord pr. klynge (32 nonord med ulovlige klynger i alt) syv gange hver sammen med 62 fyldstofstimuli, der ikke indeholder klynger. Tilfældige stimuluspræsentationsordrer er blevet genereret og modificeret for at sikre, at ingen stimulus præsenteres to gange i rækkefølge. Emnerne vil blive afbalanceret på tværs af deltagerne, således at halvdelen af ​​deltagerne trænes i den ene halvdel af nonordene og den anden halvdel på de andre nonordene. For hver stimulus vil deltagerne blive præsenteret for både auditive og ortografiske versioner samtidigt. Øvelsessessionen vil være struktureret til at omfatte en stor mængde praksis af klyngerne præsenteret tilfældigt og i forskellige sammenhænge. Der vil ikke blive givet online-feedback, da det er svært at opfatte nøjagtigheden af ​​disse klynger. Hele træningssessionen varer cirka 25 minutter.

Tilbageholdelse. Sessionerne med kortere tilbageholdelse (R1) og længerevarende fastholdelse (R2) vil være identiske, hvor R1 begynder cirka 30 minutter efter endt træning, og R2 finder sted i en separat session to dage senere. For hver klynge vil deltagerne producere de fire trænede nonord samt fire nye, utrænede nonord, der begynder med klyngen. Hver stimulus vil blive produceret tre gange (192 samlede klyngestimuli) under retentionssessionerne, med yderligere 110 fyldstoffer, der ikke indeholder klynger. Stimulierne vil blive randomiseret og præsenteret elektronisk.

tDCS procedure. tDCS-elektroderne placeres på alle deltagere i den passende konfiguration for deres tilfældigt tildelte gruppe. Deltagerne vil bruge de første 10 minutters stimulering på at udføre computeriserede arbejdshukommelsesopgaver (f.eks. frem og tilbage ciffer og blokspan, alle med tastatur- eller knapbokssvar), i overensstemmelse med vores tidligere konstatering af, at stimulering før taleindlæringsopgaven kan lette yderligere læring . En 1x1 Soterix batteridrevet strømstimulator leverede strøm ved hjælp af gummi-carbon-elektroder (35 cm2) med omgivende saltvandsvædede svampe. Elektroderne vil blive placeret baseret på den tilfældigt tildelte tilstand med falsk elektrodeplacering delt mellem elektrodekonfigurationerne. For deltagere, der modtager aktiv tDCS, vil enheden levere 1mA strøm i 20 minutter. For sham tDCS vil strømmen rampe op til 1mA i løbet af 30 sekunder for at simulere fornemmelsen af ​​stimulering, men vil derefter straks falde og slukke. Stimuleringsintensitet og -varighed blev udvalgt ud fra de mest almindeligt anvendte parametre i litteraturen.

Active/sham indstilles med en enkelt skifte på vores enhed og vil blive udført på forhånd af et separat medlem af forskningsteamet. Deltagerne vil være blinde for stimulationstilstand. Deltagerne vil blive spurgt, hvilken tDCS-tilstand de troede, de var i på dag 2; i en tidligere undersøgelse i vores laboratorium med 80 deltagere havde deltagerne mulighed for nøjagtigt at identificere deres tilstand (44/80 identificerede deres tilstand korrekt, med 22/40 sham og 22/40 aktive, der nøjagtigt identificerede tilstanden).

Gruppeopgave.

Baseret på tilfældig gruppeopgave vil forsøgspersoner gennemføre de 35 minutter efter informeret samtykke som følger:

1. Aktive tDCS-grupper vil modtage aktive tDCS i en af ​​betingelserne beskrevet i afsnit 2.1. i 20 minutter. De første 10 minutter vil involvere ikke-sproglige opgaver, og derefter begynder den talemotoriske opgave og varer cirka 25 minutter. Strømmen stopper automatisk efter 20 minutter, og den talemotoriske indlæringsopgave fortsætter.
2. Sham tDCS grupper vil modtage sham tDCS, med elektroderne sat på under en af ​​betingelserne beskrevet i afsnit 2.1. Stimuleringen ramper op til 1mA i løbet af 30 sekunder og aftager derefter og slukker. De adfærdsmæssige opgaver er identiske med de aktive tDCS-grupper. De første 10 minutter vil involvere ikke-sproglige opgaver, og derefter begynder den talemotoriske opgave og varer cirka 25 minutter.

Alle deltagergrupper vil derefter engagere sig i ikke-relaterede kognitive og sproglige opgaver i 30 minutter, efterfulgt af kortvarig fastholdelse og generalisering. Alle deltagere vender tilbage to dage senere til længerevarende retentions- og generaliseringstest.

RESULTATMÅL

Cluster nøjagtighed. Alle optagede produktioner, der indeholder konsonantklynger, vil blive transskriberet ved hjælp af den akustiske bølgeform, spektrogram og perception. Den mest almindelige fejltype ved fremstilling af disse klynger er indsættelse af en schwa-vokal enten mellem de to konsonanter (/gdivu/ -> [gEdivu]) eller før klyngen (/gdivu/ -> [Egdivu]). Fordi disse indsættelser er svære for engelsktalende at opfatte, vil vi bruge akustiske egenskaber til at identificere tilstedeværelsen af ​​en vokal. En vokal vil blive identificeret ved tilstedeværelsen af ​​formantstruktur i spektrogrammet (især højere formanter F2, F3 osv., da disse ikke kan forveksles med f0) og en tilsvarende vokalisk (periodisk) del i den akustiske bølgeform. Andre fejl, såsom konsonantsletning (f.eks. /gdivu/ -> [divu]) og substitution (f.eks. /gdivu/ -> [glivu]) vil blive identificeret perceptuelt og verificeret med den akustiske registrering. De resterende lyde i nonordene (f.eks. [ivu]-delen af ​​/gdivu/) vil blive transskriberet perceptuelt. Cluster-nøjagtighed afspejler kun nøjagtigheden af ​​de to første konsonanter; hele nonords nøjagtighed afspejler hele stimulus. For hver deltager vil scoringen blive fuldført af en enkelt koder, der var blindet for deltagerens tDCS-tilstand samt den session, som hvert token kom fra. Interrater-pålidelighed vil evalueres på to måder. For det første vil 25 % af deltagerne blive kodet fuldstændigt af to separate individer for at beregne punkt-til-punkt interterrater-aftale. For det andet vil hver /gd/- og /pt/-token fra hver højttaler blive analyseret for at bestemme, om den indeholdt epentese af to uafhængige kodere, når de måler varigheden af ​​burst-to-burst-sekvensen.

Burst-til-burst varighed. Som et sekundært mål for klyngeoptagelse vil vi undersøge varigheden fra stopburst af den første konsonant til stopburst af anden konsonant i /gd/ og /pt/ indledende ord. Vi vil inkludere klynger produceret nøjagtigt og med epentese. Et fald i denne foranstaltning vil afspejle deltagerne, der kommer tættere på målartikulationen. Varigheden af ​​vokaler efter klyngen vil også blive målt til at inkludere som en faktor i vores analyser som en proxy for talehastighed. Hvert /gd/ og /pt/ token vil blive bedømt af to uafhængige kodere for hver af disse mål, og de vil også blive kodet for nøjagtighed og fejltype. For hver token, hvor målingerne afveg med mere end 5 ms, vil to kodere gennemgå emnet igen for at blive enige om målingen. Disse vil være de endelige værdier, der anvendes i analyserne. Denne proces er blevet standardiseret i vores laboratorium i tilgange til varighedsmål.