Puhe- ja lyhytaikaiset muistitoiminnot lukihäiriössä: yhdistetty MEG- ja EEG-tutkimus (SMeDy)

1. Tausta

   Kehitysdysleksia on yleisin lukutaitoa heikentävä oppimishäiriö jopa niillä henkilöillä, joilla on normaali älykkyys ja täysi koulutuksen saatavuus (Lyon et al., 2003). Se on erittäin perinnöllistä, ja useita lukihäiriöön vaikuttavia ehdokasgeenejä on tunnistettu (Scerri & Schulte-Körne, 2010). Lukihäiriöön on liitetty monenlaisia ​​puutteita, mutta yleisimmän teorian mukaan sen suurin syy on heikentynyt fonologinen käsittely (Ramus, 2001). MMN, jonka generaattorit menevät päällekkäin aivoalueiden kanssa, joilla on raportoitu anatomisia poikkeavuuksia lukihäiriössä, on tukenut tätä käsitystä. Lukihäiriöillä on systemaattisesti raportoitu alentuneita MMN-amplitudeja tiettyjen puheen ja ei-puheen ääniominaisuuksien osalta (katsaukseksi Kujala & Näätänen, 2001). Näitä vaikutuksia havaittiin jopa lapsilla ja vauvoilla, joilla oli perinnöllinen lukihäiriöriski (Leppänen ym., 2002; Lovio ym., 2010). Lisäksi ryhmämme äskettäinen tutkimus on osoittanut, että lukihäiriöisillä lapsilla on vaikeuksia muodostaa muistijälkiä sanoille (Kimppa et al., valmistelussa), kun taas normaalilukuisten aikuisten kuulojärjestelmässä (Shtyrov et al., 2010) ja lasten (Kimppa et ai., valmistelussa) osoitettiin muodostavan nopeasti esityksiä uusille sanoille.

   Äskettäin ehdotettiin, että lukihäiriössä voi esiintyä fonologisia puutteita äänenkäsittelyn eri vaiheiden häiriöistä johtuen. Tämän teorian mukaan lukihäiriöiset voidaan jakaa eri alaryhmiin. Ramus ja kollegat (2013) ehdottivat, että lukihäiriöiset henkilöt osoittavat häiriötä fonologisissa esityksissä tai myöhemmissä käsittelyvaiheissa fonologisten taitojen heikkenemisenä.

   Nykyisessä hankkeessa hyödynnetään yhdistettyjä elektroenkefalografisia (EEG) ja magnetoenkefalografisia (MEG) tallennuksia sekä neuropsykologisia ja havaintotestejä selvittääkseen, kuinka heikentyneet fonologiset hermorepresentaatiot vs. fonologiset taidot vaikuttavat lukihäiriöön. Tapahtumaan liittyvät potentiaalit (ERP) ja tapahtumaan liittyvät kentät (ERF:t) määritellään aikalukittuiksi muutoksiksi ulkoisiin ärsykkeisiin EEG:ssä ja magnetoenkefalogrammi MEG:ssä, vastaavasti, voisivat tarjota objektiivisen indeksin tiedonkäsittelystä ihmisen aivoissa. Sekä EEG- että MEG-menetelmät tarjoavat korkean ajallisen resoluution. MEG:n edun tarjoaa aktivoituneiden hermolähteiden tarkempi lokalisointi kallon ja kudoksen aiheuttamien vääristymien vaikutuksen heikkenemisen vuoksi kuin EEG-lähteen paikannusprosessissa. Se täydentää ja lisää tarkempaa tietoa lukihäiriö ERP-tutkimuksesta aiempien tutkimusten lisäksi, jotka tehtiin enimmäkseen EEG:llä. Katso yhteenveto MEG:llä tehdyistä lukihäiriötutkimuksista Salmelinin (2007) katsauksesta.

   EEG:llä ja MEG:llä tallennettuja hermovasteita on käytetty laajasti sekä perustutkimuksen että kliinisesti suuntautuneen tutkimuksen palveluksessa. Viime vuosina aivokuoren vaste, jota kutsutaan epäsovitusnegatiivisuudeksi (MMN), on ollut intensiivisessä käytössä kuuloaistin ja sen puutteiden tutkimisessa. MMN on ERP-komponentti, jonka saa aikaan mikä tahansa muutos jossain toistuvassa kuulostimulaation osassa, huippunsa 100-200 ms:ssa muutoksen alkamisesta ja havaitaan sekä sähköisesti (MMN) että magneettisesti (MMNm). Ehdotettiin, että MMN tarjoaa indeksin kuuloaistin ("kaiku") muistista ja automaattisesta (tahattomasta) muutoksen havaitsemisesta. Se heijastaa myös äidinkielelle ominaisia ​​puhe-äänimuistijälkiä (Näätänen ym., 1997). MMN ilmaantuu myös silloin, kun kohde ei ole läsnä kuuloärsykkeissä. Siksi se on viime vuosina ollut suosittu erilaisten potilasryhmien tutkimuksessa (katsaukset, ks. Näätänen ym., 2007; Kujala ym., 2007).

   Tavujen tai (pseudo)sanojen käsittelyn lisäksi karakterisoidaan hermotoimintaa monimutkaisen tosielämän puheen ymmärtämisen aikana tallentamalla yksikoe MEG. Mallivapaa analyysimenetelmä tutkii yksilöiden välisiä korrelaatioita (ISC) yksilöiden välillä, joilla on lukihäiriö tai ei. Tämä lähestymistapa antaa käsityksen kuulon käsittelyominaisuuksista luonnollisemmassa tilassa. ISC-menetelmä on osoittautunut käyttökelpoiseksi tutkimuksessa luonnonolosuhteissa, mm. elokuvien katselu tai musiikin kuuntelu pääasiassa toiminnallisen magneettikuvauksen (fMRI) avulla. Hasson ja kollegat ottivat sen käyttöön vuonna 2004, kun he havaitsivat, että aivojen alueet synkronoituvat kohteiden välillä elokuvan katselun aikana. MEG:ssä tätä lähestymistapaa on käytetty vain harvoin (esim. Lankinen et ai., 2014; Suppanen, 2014; Thiede, 2014). Se kuitenkin vahvistaa ja täydentää fMRI-tutkimuksen tuloksia. Kielitutkimuksessa ISC-menetelmällä tutkittuja ajallisia korrelaatioita on raportoitu vain lukuvaikeuksista kärsivien lasten lepotilaverkostoissa (Dimitriadis ym., 2013). Tulokset vahvistavat fMRI-tutkimusten havainnot. Siten menetelmä tarjoaa uusia, lupaavia näkemyksiä lukihäiriön hermoperustasta.

   Kehitysdysleksia on perinnöllinen häiriö, jolla on polygeeninen alkuperä. Viime vuosina on havaittu useita ehdokasgeenejä (Kere, 2014 katsaukseen), jotka liittyvät hermosolujen migraation ja kuuloprosessoinnin toimintoihin. Aivojen kuuloreaktioiden ja häiriön geneettisen syyn välistä yhteyttä ei kuitenkaan ole vielä vahvistettu. Lukihäiriön geneettisten ja hermomarkkereiden välisistä yhteyksistä tarvitaan lisää tutkimusta erilaisten olemassa olevien hypoteesien vahvistamiseksi.

   Aiempi toiminta

   Kokeilijoiden ryhmässä tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että ryhmätasolla aivokuoren matalan tason äänien ja puheäänien erottelu heikkenee lukihäiriössä (Kujala, 2007 katsausta varten). Tämä näkyi vähentyneenä MMN-vasteena (esim. Kujala et al., 2006; Schulte-Körne et al., 1998; Neuhoff et al., 2012) ja MMN:ien lisääntymisenä lukihäiriöinterventioiden seurauksena (Kujala et al., 2001; Lovio et ai., 2012). Nämä tulokset viittaavat vahvaan yhteyteen tämän hermovasteen ja lukihäiriön välillä. Lisäksi tutkijoiden tulokset viittaavat heikkoihin assosiaatioihin puheäänien ja kirjoitettujen kirjainten hermoesitysten välillä lukihäiriöiden aivoissa (Mittag et al., 2013), mikä saattaa heijastaa dysleksian fonologisten taitojen puutteita. Lisäksi nykyisessä tutkimusryhmässä tehdyt tutkimukset ovat johtaneet lukihäiriöiden kandidaattigeenien tunnistamiseen (esim. Hannula-Jouppi et ai., 2005; Schumacher et ai., 2006). Äskettäisessä katsauksessa yhdeksän geeniä ja neljä geenilokusta on lueteltu yhteenvedossa kehityshäiriöön liittyvistä geneettisistä lokuksista (Kere, 2014). Joidenkin ehdokasgeenien osoitettiin olevan yhteydessä aksoniyhteyksiin ja toisten hermosolujen migraatiotoimintoihin.

2. Tavoitteet ja menetelmät

Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää lukihäiriön neurokognitiivisia perusteita ja niiden yhteyttä geeneihin. Kohdehermoprosessit, jotka ovat heikentyneet lukihäiriöisten yksilöiden eri alaryhmissä, sisältävät fonologiset esitykset vs. fonologiset taidot. Fonologiset esitykset heijastuvat puheäänten vähäisenä erotteluna, kun taas fonologiset taidot voivat heijastua kirjoitettujen ja puhuttujen kirjainten audiovisuaalisessa integraatiossa. Neuropsykologisilla testeillä selvitetään, millä osallistujilla on ensisijaisesti heikot puheesitykset tai huonot fonologiset taidot. Oletuksena on, että osallistujilla, joilla on heikot fonologiset esitykset, on heikentynyt MMN/MMNm-vasteita. Osallistujilta, joilla ei ole näitä ongelmia, mutta joilla on huonot fonologiset taidot, odotetaan kuitenkin olevan normaalit MMN/MMNm-vasteet, mutta puutteelliset vastaukset, jotka heijastavat audiovisuaalista integraatiota, kuten ei eroa painetun tekstin ja järjettömän visuaalisen materiaalin vaikutuksissa varhain. kuulopuheen syrjintä. Näillä kahdella lukihäiriöryhmätyypillä oletetaan olevan muutoksia osittain erilaisissa lukihäiriöehdokasgeeneissä.

Kuulon prosessointia aivoissa monimutkaisemmissa, todellisissa olosuhteissa tutkitaan käyttämällä yksikoetta MEG:tä luonnollisten puheäänten esittämisen aikana. On odotettavissa, että synkronoitu aivotoiminta vaihtelee lukihäiriö- ja kontrolliryhmän välillä. Erityisesti on odotettavissa, että lukihäiriöisillä koehenkilöillä on vähentynyt tahdistus vasemmassa temporoparietaalisessa aivokuoressa (Temple, 2002). Yksittäisen kokeen tiedot voisivat lisäksi osoittaa yhteyden geeneihin, kuten Giraud ja Ramus (2013) ehdottivat, jotka olettivat, että kuulokortikaalisten värähtelyjen häiriintyminen muuttaa pääsyä fonologisiin esityksiin.

Lukihäiriön tiedetään liittyvän useisiin ehdokasgeeneihin (katso Kere, 2014). Ehdokasgeenit liittyvät kielitaitoon ja aivojen ERP:ihin. Geenitutkimuksella yhteistyössä professori Juha Keren laboratorion kanssa Folkhälsan-tutkimuskeskuksessa Biomedicumissa Helsingissä tai Karolinska Institutetissa Tukholmassa pyritään todistamaan lukihäiriöehdokasgeenien ja aivojen hermotapahtumaan liittyvän toiminnan välinen yhteys pseudosanaärsykkeisiin.

Stimulit ja menettelytavat

MMN- ja MMNm-vasteet pseudosanan /tata/ äänen muutoksiin (vokaalin, vokaalin keston ja tavutaajuuden muutokset) tallennetaan, kun osallistujat osallistuvat elokuvaan tai näkevät samanaikaisesti visuaalisesti esitettyjä pseudosana-ärsykkeitä. Kuulotilan aikana koehenkilöt katsovat hiljaista elokuvaa samalla, kun heille esitetään usein "tavallisia" ärsykkeitä, nimittäin pseudosanaa (/tata/) ja harvoin "poikkeavia" (katso alla) kuuloärsykkeitä. Tehtävänä on osallistua elokuvaan ja jättää taustaäänet huomioimatta. Audiovisuaalinen ehto sisältää samat pseudosana-ärsykkeet, mutta elokuvan katsomisen sijasta koehenkilö näkee esitetyn pseudosanan kirjoitetut kirjaimet tai salatun kuvan pseudosanan kirjaimista. Häiriöt, kuten poikkeavien ärsykkeiden tai visuaalisen ärsykkeen eri muotojen ja värien laskeminen, annetaan osallistujien päätehtävänä. Heitä neuvotaan jättämään äänet huomioimatta.

Pseudosana-ärsykkeet ovat seuraavat:

• standardi: /tata/
• vokaalipoikkeama: /tato/
• taajuuden poikkeama - korkeampi taajuus 2. tavussa
• kestopoikkeama: /tataa/ - 2. tavu kaksi kertaa standardiin verrattuna

Ärsykkeet esitellään yhdistettynä moniominaisuus- ja outoa pallomuotoiluna (Näätänen ym., 2004). Kaikki poikkeamatyypit esitetään samassa järjestyksessä 1-4 standardia kunkin peräkkäisen 2 poikkeavan välillä.

MMNm-vasteiden tallentamisen lisäksi tallennetaan yhden kokeen jatkuva aivojen toiminnan tallennus tosielämän ärsykkeitä varten. Molemmille ryhmille esitellään noin 8 min luonnollista puhetta (suomenkielinen) tehtävänä vain kuunnella ja pitää silmät auki. 8 minuutin tallennus levon aikana silmät auki viimeistelee lisäyksen.

Yleisten kognitiivisten kykyjen ja suoritusprofiilien erojen tutkimiseksi ryhmien välillä osallistujat käyvät läpi käyttäytymistestit. Lukihäiriön ominaisuuksia arvioidaan Nevalan lukihäiriötestin osilla (Nevala et al., 2006). Yleinen ja suorituskykyinen älykkyysosamäärä (IQ) sekä fonologinen ja työmuisti testataan Wechsler Intelligence Scale -asteikolla (WAIS-III; Wechsler, 1997a) ja Wechsler Memory Scalen osatesteillä (WMS-III; Wechsler, 1997b). Fonologinen nimeäminen arvioidaan nopealla vaihtoehtoisella ärsykkeen nimeämisellä (RAS) nopeuden ja tarkkuuden testillä (Wolf, 1986). Nämä tai vastaavat neuropsykologiset testit suoritetaan max. 2 tuntia itsenäisessä testiistunnossa MEG-istunnosta.

Lisäksi koulutettu sairaanhoitaja ottaa sylki- tai verinäytteitä (2x9 ml verta) tutkittavan suostumuksella. Näistä näytteistä erotetaan DNA ja säilytetään Folkhälsanin tutkimuskeskuksessa Juha Keren laboratoriossa. DNA-analyysi keskittyy kaikkiin toisiinsa liittyviin ehdokasgeeneihin niiden eri muunnelmissa käyttäen DNA-sekvensointitekniikoita genotyyppien määrittämiseen (Taqman, Sequenom). Mahdollisia yhteyksiä aivojen sähköisen ja magneettisen toiminnan ja lukihäiriögeenien välillä etsitään.