Wirkung der Stimulation des dorsolateralen präfrontalen Cortex auf die Sprachkontrolle

Wirkung der Stimulation des dorsolateralen präfrontalen Cortex auf die Sprachproduktion bei gesunden Zweisprachigen

Hintergrund:

Sprache beruht auf zwei neurokognitiven Hauptkomponenten; ein dediziertes Sprachnetzwerk, das von perisylvischen Strukturen abhängt, und ein domänenübergreifendes Kontroll-Exekutiv- und Arbeitsgedächtnissystem, das sich auf präfrontale, insbesondere linke Cingulum- und dorsolaterale präfrontale Cortex (DLPFC)-Netzwerke stützt. Das Exekutivsystem ist bekanntermaßen an der Sprachkontrolle bei zweisprachigen Menschen beteiligt, spielt aber auch eine Rolle bei vielen intrasprachlichen Verarbeitungen, für die Muttersprache (L1) und noch mehr für die Zweitsprachproduktion (L2).

Anodal-tDCS scheint die kognitiven Funktionen zu verbessern (z. Arbeitsgedächtnis, komplexe verbale Problemlösung, Hemmung) bei Erwachsenen. Trotz der Tatsache, dass der Beitrag der exekutiven Funktion zur Sprachverarbeitung bei einsprachigen und mehrsprachigen Sprechern entscheidend ist, wurde ihm nicht viel Aufmerksamkeit geschenkt.

Ziel:

Diese Studie zielt darauf ab, die Auswirkungen der Modulation exekutiver Funktionen, insbesondere unterstützt durch DLPFC, auf die Sprachproduktion bei gesunden Zweisprachigen zu demonstrieren. Die Ermittler schlagen vor, dass solche Auswirkungen besonders in L2 vorhanden sein werden.

Die experimentelle Aufgabe wird die Auswirkung der präfrontalen Stimulation durch tDCS (Anodal im Vergleich zu Sham) auf die linke DLPFC von gesunden erwachsenen zweisprachigen Probanden während zwei Aufgaben testen, die auf lexikalischen Strategien beruhen: einer Bildbenennungsaufgabe in L1 und L2 und einer Wortübersetzungsaufgabe. Die EEG-Korrelate dieser nach tDCS durchgeführten Aufgaben werden analysiert, was es uns ermöglicht, die raumzeitliche Gehirndynamik genau zu untersuchen, die den Verhaltensänderungen zugrunde liegt, die durch die Modulation der linken Frontalbereiche induziert werden. Die Hypothesen lauten:

1. Die A-tDCS-induzierte linke DLPFC-Aktivierung erhöht die Leistung insbesondere bei der L2-Benennung und bei der Übersetzungsaufgabe im Vergleich zur Grundlinienleistung (Schein-tDCS).
2. Es wird erwartet, dass A-tDCS die kortikale Aktivität im Zusammenhang mit den Sprachaufgaben modifiziert. Während der Benennung zeigen EEG-Analysen einen Haupteffekt der Stimulation und eine Interaktion zwischen den Faktoren Sprache (L1 oder L2) und Stimulation (Schein, anodal) auf topografischer Ebene, die einen Effekt von präfrontalen Bereichen zeigen, die in L2 größer sind als L1. Die Latenz der ERP-Modulation durch tDCS in L2 wird es uns ermöglichen, die Dynamik und die Sprachplanungsprozesse anzuvisieren, die einer verbesserten Benennungsleistung zugrunde liegen.

Methoden:

Die experimentelle Aufgabe umfasst gesunde L1-L2-unausgeglichene Probanden. Die Forscher werden den Einfluss der DLPFC-Stimulation auf die Benennungs- und Übersetzungsfähigkeit unter Verwendung von tDCS sowie ihrer EEG-Korrelate in L1 und L2 analysieren. Die Vorhersage ist, dass die linke präfrontale Anodal-Stimulation die Sprachleistung insbesondere in L2 steigern wird. EEG-Analysen werden die räumlich-zeitliche Dynamik von exekutiven Prozessen aufdecken, die an den beiden Aufgaben beteiligt sind.

EEG EEG ist eine direkte, nicht-invasive Technik zur Aufzeichnung der elektrischen Aktivität, die von Neuronen über der Kopfhaut mit hoher zeitlicher Auflösung erzeugt wird. Die EEG-Aufzeichnung erfolgt durch das Anbringen von Elektroden auf der Kopfhaut. Die ereignisbezogenen Potenziale werden offline verarbeitet/analysiert.

tDCS TDCS ist eine kostengünstige und sichere Methode zur Hirnstimulation, die in der Allgemeinbevölkerung breit eingesetzt werden kann. Bei tDCS wird die Großhirnrinde durch einen schwachen konstanten elektrischen Strom (1-2 mA) durch zwei Elektroden (35 cm2 und 70 cm2, eine „aktive“ Elektrode, die auf eine bestimmte Region des Gehirns zielt, und eine „Rückfluss“-Elektrode) stimuliert. Dieser schwache Strom kann fokale Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit induzieren, die über die Stimulationsperiode hinaus andauern. Im Allgemeinen soll die anodische Stimulation (A-tDCS) Neuronen depolarisieren, was zu einer Erhöhung der Erregbarkeit führt, während die kathodische Stimulation (C-tDCS) im Vergleich zur Scheinstimulation den gegenteiligen Effekt hat. Schein-tDCS (S-tDCS) bezieht sich auf einen Kontrollzustand, in dem das Subjekt einen kurzen Strom erhält, der Stimulator dann aber für den Rest der Stimulationszeit ausgeschaltet bleibt. Auf diese Weise sind sich die Personen, die die S-tDCS erhalten, nicht bewusst, dass sie keine längere Stimulation erhalten. Die Mechanismen der tDCS-Wirkung werden in synaptische (Veränderungen durch Veränderung der Stärke der synaptischen Übertragung) und nicht-synaptische (Verschiebungen in der Ruhemembran) eingeteilt Potenzial prä- und postsynaptischer Neuronen).

Bewertung der Sprachkompetenz Zur Bewertung der Sprachimmersion werden die Teilnehmer nach dem Erwerbsalter gefragt, wie lange sie in einer Region gelebt haben, in der Französisch und Englisch gesprochen wurde, welche Sprache in der Familie, in der Kindheit, im aktuellen Alltag gesprochen wird und ob die Sprache wurde in oder außerhalb der Schule erworben. Im Selbsteinschätzungsteil geben die Teilnehmer auf einer analogen Skala von 1 bis 100 % an, wie sie ihre Lese-, Sprech-, Verständnis- und Schreibfähigkeiten einschätzen. Darüber hinaus wird ein Subtest des computergestützten Sprachdiagnostiksystems DIALANG zur Bewertung der Leseleistung eingesetzt.

Verfahren Diese Studie besteht aus zwei Sitzungen im Abstand von jeweils einer Woche in einer ausgewogenen Reihenfolge: 1. Anodal A-tDCS, 2. Sham-tDCS. In beiden Sitzungen werden die gleichen Auswertungen/Aufgaben verwendet.

• A-tDCS-Intervention: Die aktive anodische Elektrode wird über DLPFC und die Gegenelektrode über dem kontralateralen supraorbitalen Bereich platziert. Zwischen den Elektroden fließt 20 Minuten lang ein Gleichstrom von 1,5 mA. Um strominduzierte Verletzungen zu verringern, reicht der Strom zu Beginn der Stimulation von 0 bis 1,5 mA für 30 Sekunden (Einblendung) und fällt am Ende von 1,5 mA auf 0 in 15 Sekunden (Ausblendung).
• Sham-tDCS-Intervention: Die Parameter imitieren die A-tDCS (d. h. Elektrodenplatzierung, Einblendung und Stromstärke), mit Ausnahme der Dauer der Stimulation: Der Strom erreicht 1,5 mA in 30 Sekunden (Einblendung) und dauert nur 30 Sekunden (um das anfängliche Stimulationsgefühl zu vermitteln) und nimmt dann ab zu 0.

Die beiden Sprachkontexte werden in jeder der beiden Sitzungen in einer ausgewogenen Reihenfolge über die Fächer hinweg präsentiert. Zu Beginn jeder Sprachkontextsitzung wird dem Probanden ein kurzer Text in der entsprechenden Sprache gezeigt, um die interessierende Sprache zu aktivieren. Die Teilnehmer sitzen in einer elektrisch abgeschirmten und schallgedämpften Kabine vor einem LCD-Bildschirm. Stimulusabgabe und Reaktionsaufzeichnung werden mit E-Prime 2.0 gesteuert. Die Stimuli werden in der Mitte des Bildschirms präsentiert.

Stimuli und Aufgaben Aufgaben zur verbalen und nonverbalen Sprachflüssigkeit, ohne EEG-Aufzeichnung Bei Minute 15/20 von tDCS wird eine Sprachflüssigkeitsaufgabe in L1 durchgeführt (der Proband wird gebeten, so viele Wörter wie möglich zu nennen, die mit beginnen einen bestimmten Buchstaben während 1 Minute). Bei 16/20 Minuten wird dem Teilnehmer eine nonverbale Redegewandtheitsaufgabe (5-Punkte-Test, d. h. ein Blatt Papier mit 40 Quadraten fester, symmetrisch angeordneter Punkte (5 Punkte) vorgelegt. Der Teilnehmer wird gebeten, so viele verschiedene Figuren wie möglich zu produzieren, indem er die Punkte mit mindestens einer Linie verbindet, die zwei Punkte während 2 Minuten verbindet). Und bei Minute 18/20 wird eine verbale Flüssigkeit in L2 während 1 Minute durchgeführt (nach Nitsche und Paulus erreicht die Wirkung von tDCS ihr Maximum bei 4/20 Minuten Stimulation).

Benennungsaufgabe in L1 und L2 während EEG-Messungen Die Benennungsaufgabe wird auf der Grundlage eines Korpus von 70 Bildern durchgeführt, wobei die entsprechenden Wörter in Englisch und Französisch auf relevante psycholinguistische Faktoren abgeglichen werden. Die Stimuli bestehen aus schwarz-weißen Strichzeichnungen (jeweils 8,5 x 8,5 cm), die hergestellte Objekte (Werkzeuge, Möbel, Kleidung, Küchenartikel, elektrische Geräte, Fahrzeuge usw.) oder lebende Objekte darstellen, die entsprechend aus der Bilddatenbank von Snodgrass und Vanderwart ausgewählt wurden zu lexikalischen und vorlexikalischen Normen und Datenbanken. Die Benennungsaufgabe besteht aus 2 Blöcken, einem in L1 und einem in L2 (jeder Block mit 70 Bildern) mit einer 2-minütigen Pause zwischen den beiden Blöcken. Die Reihenfolge der Blöcke wird ausgeglichen. In jedem Versuch wird ein Bild zentral (1000 ms) nach einem Fixationskreuz von 300 ms präsentiert. Das Subjekt hat dann maximal 2000 ms Zeit, um das Objekt zu benennen.

Übersetzungsaufgabe in L1 und L2 während der EEG-Messung Anschließend führen sie eine Offline-Aufgabe durch, die darin besteht, 8 Minuten lang 100 Wörter (5 Buchstaben lang) von L1 in ihre Zweitsprache (L2) oder umgekehrt zu übersetzen. Beide Übersetzungsrichtungen werden zufällig gemischt, um die Belastung des Arbeitsgedächtnisses zu erhöhen. Das Übersetzungskorpus besteht aus 50 Wörtern in jeder Sprache, die auf L1 und L2 hinsichtlich Häufigkeit, Länge in Silben und Phonemen abgestimmt sind. Die Wörter werden auf dem Bildschirm präsentiert und die Testperson wird gebeten, jedes Wort in die andere Sprache zu übersetzen. Die Wörter werden 1500 ms nach einem Fixierungskreuz von 300 ms auf dem Bildschirm präsentiert. Das Subjekt hat maximal 2500 ms Zeit, um die Übersetzung durchzuführen.

Verhaltens- und EEG-Analysen Verhaltensanalyse Eine erste Verhaltensanalyse vergleicht Benennungs- und Übersetzungsleistungen sowie Latenzen beim Sprachbeginn in beiden Sprachen.

Statistische Analysen werden gemäß 2X2-Versuchsdesigns mit Sprache (L1; L2) und Stimulation (Anodal, Sham) als Innersubjektfaktoren durchgeführt. Das Hauptinteresse der Forscher gilt dem Interaktionsterm zwischen Sprache und Stimulation. Die Forscher erwarten, dass die Interaktion durch die linke DLPFC-Stimulation angetrieben wird, wobei A-tDCS die Leistung in L2, aber nicht in L1 verbessert.

Event Related Potentials (ERP)-Analysen ERPs werden mit einem schrittweisen Verfahren analysiert, das die zeitweise, multifaktorielle statistische Bewertung von (1) den dynamischen Änderungen der auf der Kopfhaut aufgezeichneten elektrischen Feldkonfiguration und ihrer zeitlichen Segmentierung in quasi-stabile Funktionen ermöglicht Mikrozustände, die Modulationen der Konfiguration von intrakraniellen Generatoren indizieren, (2) globale elektrische Feldleistung, die Modulation der Reaktionsstärke der intrakraniellen Generatoren indizieren, (3) intrakranielle verteilte lineare elektrische Quellenschätzungen. Diese Analysen werden für jeden Zeitrahmen des gesamten ERP-Zeitraums durchgeführt; Allerdings sind bestimmte Zeitfenster geplant, die gemäß Metaanalysen und den früheren Ergebnissen der Ermittler empfindlich auf die Faktoren der Ermittler reagieren: Es wird angenommen, dass die lexikalische Auswahl zwischen 170 und 270 ms nach der Bildpräsentation erfolgt, sodass es ein erstes Zeitfenster bis 200 geben wird ms, ein zweites Zeitfenster zwischen 200 und 300 ms und ein späteres Zeitfenster (300–450 ms), das der lexikalisch-phonologischen Codierung in früheren Studien entspricht. Der Haupteffekt sind L1- und L2-Muster in Bezug auf Amplitude, Dauer und Sequenzen. Dann wird ein zweiter Haupteffekt der anodische tDCS/Schein-tDCS-Effekt in einem frühen Zeitfenster sein, bevor die Vokalisierung beginnt. Die Forscher erwarten eine Wechselwirkung zwischen Sprache und Stimulation, da linkes DLPFC anodal-tDCS L2 stärker modulieren wird