Neuroplasticidad de áreas corticales multisensoriales inducidas por entrenamiento musical: un enfoque traslacional (MusicPlast) (MusicPlast)

Objetivos y preguntas de investigación.

El primer objetivo de MUSICPLAST es explorar en profundidad el desarrollo de la percepción audiovisual en el cerebro humano sano describiendo en detalle las correspondientes redes corticales implicadas. Se van a emplear mediciones de EEG de alta densidad (128 canales) para lograr este objetivo siguiendo un protocolo de estimulación que incorpora correspondencias auditivas, visuales y audiovisuales en un paradigma unificado multisensorial extraño. Se realizará una evaluación conductual y neuropsicológica de las capacidades perceptivas multisensoriales de los sujetos para lograr una comprensión holística del fenómeno. La comparación dentro de los sujetos de las diferentes condiciones revelará la red correspondiente, mientras que entre sujetos, su trayectoria de desarrollo. La hipótesis de este experimento es que la red subyacente a la percepción audiovisual estará compuesta por áreas corticales que conectan regiones extensas, incluidas las regiones dorsolaterales de la corteza frontal. En cuanto a su desarrollo, y basándose en el hecho de que la integración multisensorial conductual continúa mejorando en el envejecimiento saludable, se plantea la hipótesis de que la red se reorganizará mostrando una mayor densidad y eficiencia a medida que avanza la edad.

El segundo objetivo de MUSICPLAST es explorar en profundidad la plasticidad de la red cortical que subyace a la percepción audiovisual en el cerebro humano sano, inducida a través de un entrenamiento de lectura musical a corto plazo proporcionado por un ordenador. Para la realización de este objetivo se emplearán medidas neuropsicológicas, conductuales y de EEG de alta densidad antes y después del entrenamiento siguiendo el mismo paradigma de estimulación que para el objetivo mencionado anteriormente. La hipótesis de este experimento es que la red subyacente a la percepción audiovisual se reorganizará mostrando una mayor densidad y eficiencia global, una mayor conectividad entre las regiones temporales y frontopolares y una disminución gradual de la cantidad de plasticidad como resultado del aumento de la edad.

El tercer objetivo de MUSICPLAST es evaluar la efectividad del protocolo computarizado de entrenamiento en lectura musical propuesto como una herramienta que promoverá cambios neuroplásticos beneficiosos en poblaciones patológicas y, específicamente, en adolescentes y ancianos disléxicos. Para la realización de este objetivo se emplearán medidas neuropsicológicas, conductuales y de EEG de alta densidad antes y después del entrenamiento siguiendo el mismo paradigma de estimulación que para los objetivos mencionados anteriormente. La hipótesis de este experimento es que la red que subyace a la percepción audiovisual se reorganizará beneficiosamente debido a que el entrenamiento muestra una mayor densidad y eficiencia global, una mayor conectividad entre las regiones temporal y frontopolar y que estos cambios estarán acompañados de una mejora en los correspondientes comportamientos y neuropsicológicos. evaluación.

Diseño y metodología de la investigación Participantes

Se realizó un análisis del tamaño de la muestra a través de G-Power basado en los datos de un estudio relevante anterior del PI e indicó que el tamaño de muestra deseado para alcanzar una potencia de 0,8 y un nivel de significancia bilateral de a = 0,05 es de 13 sujetos. en cada grupo. Para tener en cuenta posibles abandonos, MUSICPLAST incluirá 20 sujetos en cada grupo [adolescentes (n = 20), adultos jóvenes (n = 20), ancianos (n = 20) y controles (n = 20)]. El estudio se llevará a cabo de acuerdo con la declaración de Helsinki con respecto a la participación de sujetos humanos en la investigación.

EEG y mediciones de comportamiento

Antes del inicio del entrenamiento y después de su finalización, los participantes serán sometidos a 2 mediciones electroencefalográficas. Los registros se realizarán en una sala blindada electromagnéticamente ubicada en el Laboratorio de Física Médica de AUTH utilizando un sistema Nihon Kohden EEG-1200 con 128 electrodos activos. La primera medición será de actividad en estado de reposo, lo que permitirá un análisis de red de conectividad cortical en estado de reposo, mientras que la segunda registrará Potenciales de eventos a través de un paradigma extraño multisensorial que se ajusta adecuadamente para la percepción audiovisual, ya que incorpora desajustes audiovisuales, auditivos y visuales dentro de uno. correr. Este paradigma ha sido propuesto y aplicado con éxito en una serie de estudios por la PI y permite tanto un análisis espaciotemporal de la actividad cortical como un análisis de conectividad funcional.

Simultáneamente a las mediciones de EEG, los sujetos responderán conductualmente presionando botones a una tarea de congruencia audiovisual en la que deben evaluar si las imágenes presentadas corresponden a los tonos que escuchan según la regla "cuanto mayor sea el tono del tono, mayor será el posición del círculo". Esta medida permitirá la evaluación conductual de la precisión de discriminación de estímulos audiovisuales congruentes e incongruentes.

Previamente al inicio del entrenamiento y tras su finalización, los participantes serán sometidos a una evaluación neuropsicológica, que constará de una batería que incluirá las siguientes pruebas:

Todas las materias:

Stroop Test Trail A y B Digit Span Test Performance Subtest de Wechsler Intelligence Scale Children III o Wechsler Adult Intelligence Scale según la edad.

Solo ancianos:

Mini Examen del Estado Mental (MMSE) Evaluación Cognitiva de Montreal (MoCA) Escala de Depresión Geriátrica

Solo disléxicos:

Lectura de palabras y no palabras Deletreo de palabras y no palabras Habilidad fonológica

Intervención - Protocolo de entrenamiento MUSICPLAST

Cada sujeto recibirá 20 sesiones del entrenamiento informatizado basado en una lectura musical simplificada en un plazo de 4 semanas. La formación se impartirá a través de un teléfono inteligente o una tableta. La aplicación registrará un archivo de registro para cada sesión de capacitación, que tendrá una duración de 20 minutos y el archivo de registro estará directamente disponible para el investigador, lo que le permitirá seguir la participación y el compromiso oportuno del sujeto. Los estímulos utilizados en el protocolo de entrenamiento se construirán siguiendo los mismos principios de los patrones de estímulos audiovisuales utilizados en las grabaciones de EEG: una imagen visual mostrará un círculo sobre un fondo de 5 líneas horizontales. La duración de los patrones será de una duración media de 10 segundos.

La posición del círculo dentro de las cinco líneas seguirá la regla "cuanto mayor sea el tono del tono, mayor será la posición del círculo" o violará la regla anterior. Esta regla se siguió en principio también en estudios previos realizados por el PI con resultados positivos en cuanto a la neuroplasticidad inducida. Las imágenes visuales solo representarán la frecuencia del tono y no el patrón rítmico. El participante deberá responder al final de cada prueba presionando un botón si la entrada audiovisual confirmó o violó la regla presentada anteriormente. Se proporcionará una imagen de retroalimentación de una cara sonriente para las respuestas correctas o una cara que no sonríe para las respuestas incorrectas para cada prueba. El protocolo será de dificultad ajustada, disponiendo de 5 niveles de dificultad que se basarán en 2 factores diferentes: la velocidad de presentación, y la dificultad del patrón musical. En contraste con el procedimiento de medición de EEG, durante el cual los patrones melódicos serán desconocidos para los sujetos, los patrones melódicos utilizados en el entrenamiento estarán compuestos por partes cortas pero identificables de piezas musicales conocidas para involucrar a los participantes y provocar una respuesta emocional. . La formación se mejorará en comparación con los estudios previos correspondientes del PI mediante la retroalimentación y el uso de piezas musicales conocidas que inducirán una respuesta emocional en los alumnos.

Análisis de datos EEG y procedimientos estadísticos

Los datos de EEG recopilados se procesarán previamente utilizando el software Brain Electrical Source Analysis (BESA research, versión 6, Megis Software, Heidelberg, Alemania). Los datos registrados se separarán en épocas de 1000 ms, incluido un intervalo previo al estímulo de 200 ms. Las épocas se corregirán con la línea base utilizando el intervalo de -100 a 0 ms. Las reconstrucciones de densidad de corriente (CDR) se calcularán sobre las respuestas neuronales de cada sujeto y cada condición utilizando el método sLORETA55 proporcionado por BESA. El Matlab® (The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, Estados Unidos.) La caja de herramientas HERMES56 se utilizará para calcular la matriz de adyacencia a partir de la serie temporal de vóxeles. La caja de herramientas Estadística basada en red (NBS) se utilizará para identificar estadísticamente las conexiones significativas en los gráficos, utilizando un enfoque de modelo lineal general. Para el análisis estadístico de los datos se seguirá un diseño ANOVA de modelo mixto 2 × 2 × 2 × 2, con 3 factores intrasujetos: condición (congruente e incongruente), modalidad (audiovisual, auditivo y visual) y tiempo (previo al estudio). y post-entrenamiento) y uno entre sujetos: (grupo de edad). El nivel de significación se establecerá en p < 0,05 corregido para comparaciones múltiples a través de la corrección Family Wise Error.