Dorsolateraalisen prefrontaalisen aivokuoren stimulaation vaikutus kielenhallintaan

Dorsolateraalisen prefrontaalisen aivokuoren stimuloinnin vaikutus kielentuotantoon terveillä kaksikielisillä

Tausta:

Kieli perustuu kahteen pääasialliseen neurokognitiiviseen komponenttiin; omistettu kieliverkko, joka riippuu perisylviläisistä rakenteista, ja toimialueen yleinen ohjaus-, toimeenpano- ja työmuistijärjestelmä, joka perustuu prefrontaaliseen, erityisesti vasemman cingulum- ja dorsolateraalisen prefrontaalisen aivokuoren (DLPFC) verkkoihin. Toimeenpanojärjestelmän tiedetään osallistuvan kaksikielisten kielenhallintaan, mutta sillä on myös rooli monien kielten sisäisessä käsittelyssä, äidinkielen (L1) ja vielä enemmän toisen kielen tuotannossa (L2).

Anodal-tDCS näyttää parantavan kognitiivisia toimintoja (esim. työmuisti, monimutkainen sanallinen ongelmanratkaisu, esto) aikuisilla. Huolimatta siitä, että toimeenpanotoiminnon panos yksi- ja monikielisten puhujien kielen käsittelyyn on ratkaiseva, se ei ole saanut paljon huomiota.

Tavoite:

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on osoittaa toimeenpanotoimintojen, erityisesti DLPFC:n, moduloinnin vaikutus terveen kaksikielisen kielen tuotantoon. Tutkijat ehdottavat, että tällainen vaikutus näkyy erityisesti L2:ssa.

Kokeellinen tehtävä testaa tDCS:n (Anodaalinen verrattuna Shamiin) prefrontaalisen stimulaation vaikutusta terveiden aikuisten kaksikielisten koehenkilöiden vasempaan DLPFC:hen kahden leksikaalisiin strategioihin perustuvan tehtävän aikana: kuvien nimeämistehtävä L1- ja L2-tasolla ja sanan käännöstehtävä. Näiden tDCS:n jälkeen suoritettujen tehtävien EEG-korrelaatit analysoidaan, mikä antaa meille mahdollisuuden tutkia tarkasti spatiotemporaalista aivojen dynamiikkaa, joka on taustalla vasemman etuosan modulaation aiheuttamien käyttäytymismuutosten taustalla. Hypoteesit ovat:

1. A-tDCS-indusoitu vasemmanpuoleinen DLPFC-aktivointi lisää suorituskykyä erityisesti L2-nimeämisessä ja käännöstehtävässä verrattuna perussuorituskykyihin (huijaus tDCS).
2. A-tDCS:n odotetaan muokkaavan kielitehtäviin liittyvää aivokuoren aktiivisuutta. Nimeämisen aikana EEG-analyysit osoittavat stimulaation päävaikutuksen ja vuorovaikutuksen tekijöiden Kieli (L1 tai L2) ja Stimulaatio (huijaus, anodaalinen) välillä topografisella tasolla, mikä osoittaa L2:ta suurempien prefrontaalisten alueiden vaikutuksen kuin L1. L2:n tDCS:n ERP-modulaation latenssi antaa meille mahdollisuuden kohdistaa dynamiikkaan ja kielen suunnitteluprosesseihin, jotka ovat paremman nimeämissuorituskyvyn taustalla.

Menetelmät:

Kokeellinen tehtävä sisältää terveitä L1-L2 epätasapainoisia koehenkilöitä. Tutkijat analysoivat DLPFC-stimulaation vaikutusta nimeämis- ja käännöskykyyn käyttämällä tDCS:ää sekä EEG-korrelaatteja L1:ssä ja L2:ssa. Ennusteen mukaan vasemman prefrontaalinen anodistimulaatio lisää kielen suorituskykyä erityisesti L2:ssa. EEG-analyysit selvittävät näihin kahteen tehtävään liittyvien toimeenpanoprosessien aika- ja tiladynamiikan.

EEG EEG on suora ei-invasiivinen tekniikka, jolla tallennetaan päänahan hermosolujen tuottamaa sähköistä aktiivisuutta korkealla ajallisella resoluutiolla. EEG-tallennus saadaan asettamalla elektrodit päänahkaan. Tapahtumaan liittyvät mahdollisuudet käsitellään/analysoidaan offline-tilassa.

tDCS TDCS on edullinen ja turvallinen aivostimulaatiomenetelmä, jota voidaan käyttää laajalti väestössä. tDCS:ssä aivokuorta stimuloidaan heikolla vakiosähkövirralla (1-2 mA) kahden elektrodin (35 cm2 ja 70 cm2, "aktiivinen" elektrodi, joka kohdistuu aivojen erityisalueeseen ja "paluuelektrodi") kautta. Tämä heikko virta voi aiheuttaa aivokuoren kiihtyvyyden fokaalimuutoksia, jotka kestävät stimulaatiojakson jälkeen. Yleisesti ottaen anodistimulaation (A-tDCS) oletetaan depolarisoivan hermosoluja, mikä johtaa kiihtyvyyden lisääntymiseen, kun taas katodistimulaatiolla (C-tDCS) on päinvastainen vaikutus kuin huijauksilla. Sham tDCS (S-tDCS) viittaa kontrollitilaan, jossa kohde saa lyhyen virran, mutta sitten stimulaattori pysyy pois päältä stimulaatioajan loppuajan. Tällä tavalla S-tDCS:n saaneet yksilöt eivät ole tietoisia siitä, etteivät he saa pitkäaikaista stimulaatiota. tDCS-vaikutuksen mekanismit luokitellaan synaptisiin (muutoksia muuttamalla synaptisen transmission voimakkuutta) ja ei-synaptisiin (lepotilan kalvon siirtymät). pre- ja postsynaptisten neuronien potentiaali).

Kielitaidon arviointi Kielikylvytyksen arvioimiseksi osallistujilta kysytään oppimisikä, kuinka kauan he ovat asuneet alueella, jolla puhuttiin ranskaa ja englantia, mitä kieltä puhuttiin perheessä, lapsuudessa, nykyisessä arkielämässä ja kieli on opittu koulussa tai sen ulkopuolella. Itsearviointiosuudessa osallistujat ilmoittavat analogisella asteikolla 1-100 %, kuinka he arvioivat luku-, puhe-, ymmärtämis- ja kirjoitustaitojaan. Lisäksi tietokonepohjaisen DIALANG-kielidiagnoosijärjestelmän osatestiä käytetään lukusuorituskyvyn arvioinnissa.

Menettely Tämä tutkimus koostuu kahdesta istunnosta, joista kummassakin on viikon välein, tasapainoisessa järjestyksessä: 1. Anodal A-tDCS, 2. Sham-tDCS. Molemmissa istunnoissa käytetään samoja arvioita/tehtäviä.

• A-tDCS-interventio: Aktiivinen anodielektrodi asetetaan DLPFC:n päälle ja paluuelektrodi kontralateraalisen supraorbitaalisen alueen päälle. 1,5 mA tasavirta virtaa elektrodien välillä 20 minuutin ajan. Virran aiheuttamien vammojen vähentämiseksi stimulaation alussa virta saavuttaa 0 - 1,5 mA 30 sekuntiin (häivytys), ja lopussa se laskee 1,5 mA:sta 0:aan 15 sekunnissa (häivytys).
• Sham-tDCS-interventio: Parametrit jäljittelevät A-tDCS:ää (ts. elektrodien sijoitus, häipyminen ja virran intensiteetti), paitsi stimulaation kesto: virta saavuttaa 1,5 mA:n 30 sekunnissa (häivytys) ja kestää vain 30 sekuntia (alkuperäisen stimulaation tunteen saamiseksi) ja laskee sitten 0:ksi.

Kaksi kielikontekstia esitetään kummassakin istunnossa tasapainoisessa järjestyksessä eri aiheista. Jokaisen kielikontekstiistunnon alussa tutkittavalle näytetään lyhyt teksti, joka on kirjoitettu vastaavalla kielellä kiinnostuksen kohteena olevan kielen aktivoimiseksi. Osallistujat istuutuvat sähkösuojatussa ja ääntä vaimennetussa kopissa LCD-näytön edessä. Ärsykkeen antamista ja vasteen tallennusta ohjataan E-Prime 2.0:lla. Ärsykkeet näkyvät näytön keskellä.

Stimulit ja tehtävät Verbaaliset ja ei-verbaaliset sujuvuustehtävät, ilman EEG-tallennusta tDCS:n minuutilla 15/20 suoritetaan verbaalinen sujuvuustehtävä L1:ssä (kohdetta pyydetään nimeämään niin monta sanaa kuin hän osaa, joka alkaa tietyn kirjeen 1 minuutin aikana). Klo 16/20 osallistujalle esitetään ei-verbaalinen sujuvuustehtävä (5 pisteen koe, eli paperiarkki, jossa on 40 ruutua kiinteitä symmetrisesti järjestettyjä pisteitä (5 pistettä). Osallistujaa pyydetään tuottamaan mahdollisimman monta erilaista hahmoa yhdistämällä pisteet vähintään yhdellä viivalla, joka yhdistää kaksi pistettä 2 minuutin aikana). Ja minuutilla 18/20 verbaalinen sujuvuus L2:ssa suoritetaan 1 minuutin aikana (Nitschen ja Pauluksen mukaan tDCS:n vaikutus saavuttaa maksiminsa 4/20 minuutin stimulaatiolla).

Nimeämistehtävä L1- ja L2-luokissa EEG-mittausten aikana Nimeämistehtävä tehdään 70 kuvan korpuksen perusteella, ja vastaavat sanat sovitetaan englanniksi ja ranskaksi asiaankuuluvien psykolingvististen tekijöiden perusteella. Ärsykkeet koostuvat Snodgrass- ja Vanderwart-kuvapankista valituista mustavalkoisista viivapiirustuksista (8,5 x 8,5 cm kumpikin), jotka edustavat valmistettuja esineitä (työkaluja, huonekaluja, vaatteita, keittiötarvikkeita, sähkölaitteita, ajoneuvoja jne.) tai eläviä esineitä. leksikaalisiin ja pre-leksikaalisiin normeihin ja tietokantoihin. Nimeämistehtävä koostuu kahdesta lohkosta, yksi L1:ssä ja toinen L2:ssa (jossakin lohkossa 70 kuvaa) ja 2 minuutin tauko näiden kahden lohkon välillä. Lohkojen järjestys tasapainotetaan. Jokaisessa kokeessa kuva esitetään keskitetysti (1000 ms) 300 ms:n kiinnitysristikon jälkeen. Kohteella on tällöin enintään 2000 ms aikaa nimetä kohde.

Käännöstehtävä L1:lle ja L2:lle EEG-mittauksen aikana Sitten he suorittavat offline-tehtävän, joka koostuu 100 sanan (5 kirjaimen pituus) kääntämisestä 8 minuutin aikana L1:stä toiselle kielelleen (L2) tai päinvastoin. Molemmat tulkinnat sekoitetaan satunnaisesti työmuistin kuormituksen lisäämiseksi. Käännöskorpus koostuu 50 sanasta kussakin kielessä, jotka vastaavat L1:tä ja L2:ta taajuuden, tavujen pituuden ja foneemien suhteen. Sanat esitetään näytöllä ja kohdetta pyydetään kääntämään jokainen sana toiselle kielelle. Sanat esitetään näytöllä 1500 ms 300 ms:n kiinnitysristin jälkeen. Aiheella on enintään 2500 ms aikaa kääntää.

Käyttäytymis- ja EEG-analyysit Käyttäytymisanalyysi Ensimmäisessä käyttäytymisanalyysissä verrataan nimeämis- ja käännössuorituksia sekä puheen alkamisviiveitä molemmilla kielillä.

Tilastolliset analyysit suoritetaan 2x2 kokeellisten suunnitelmien mukaisesti, joissa kieli (L1; L2) ja stimulaatio (anodaalinen, vale) ovat aiheen sisäisiä tekijöitä. Tutkijoiden pääkiinnostuksen kohteena on kielen ja stimulaation välinen vuorovaikutustermi. Tutkijat odottavat, että vuorovaikutusta ohjaa vasemmanpuoleinen DLPFC-stimulaatio A-tDCS:llä, joka parantaa suorituskykyä L2:ssa, mutta ei L1:ssä.

Tapahtumaan liittyvät potentiaaliset (ERP) analyysit ERP:t analysoidaan vaiheittaisella menettelyllä, joka mahdollistaa (1) päänahan tallennetun sähkökentän konfiguraation dynaamisten muutosten ja niiden ajallisen segmentoinnin lähes stabiiliksi toiminnalliseksi ajanjaksoksi. kallonsisäisten generaattoreiden konfiguraation mikrotilojen indeksointimodulaatiot, (2) kallonsisäisten generaattoreiden vastevoimakkuuden globaali sähkökentän tehon indeksointimodulaatio, (3) kallonsisäiset hajautetut lineaariset sähkölähteet. Nämä analyysit suoritetaan jokaiselle koko ERP-ajanjaksolle; Tietyt aikaikkunat on kuitenkin suunniteltu olevan herkkiä tutkijan tekijöille meta-analyysien ja tutkijoiden aikaisempien tulosten mukaan: leksikaalisen valinnan uskotaan tapahtuvan 170-270 ms kuvan esittämisen jälkeen, joten ensimmäinen aikaikkuna on voimassa vuoteen 200 asti. ms, toinen aikaikkuna välillä 200-300 ms ja myöhempi aikaikkuna (300-450 ms), joka vastaa aiempien tutkimusten leksikaalis-fonologista koodausta. Päävaikutus on L1- ja L2-kuviot amplitudin, keston ja sekvenssien suhteen. Sitten toinen päätehoste on anodaalinen tDCS / vale tDCS -efekti aikaisessa aikaikkunassa ennen ääntelyn alkamista. Tutkijat odottavat vuorovaikutusta kielen ja stimulaation välillä, koska vasen DLPFC anodaalinen-tDCS moduloi L2:ta enemmän kuin