Effetto della stimolazione della corteccia prefrontale dorsolaterale sul controllo del linguaggio

Effetto della stimolazione della corteccia prefrontale dorsolaterale sulla produzione linguistica nei bilingui sani

Sfondo:

Il linguaggio si basa su due componenti neurocognitivi principali; una rete linguistica dedicata che dipende dalle strutture perisilviane e un sistema di controllo generale-esecutivo e di memoria di lavoro basato su reti prefrontali, in particolare del cingolo sinistro e della corteccia prefrontale dorso-laterale (DLPFC). È noto che il sistema esecutivo partecipa al controllo linguistico nei bilingui, ma svolge anche un ruolo in molte elaborazioni intralinguistiche, per la lingua madre (L1) e ancor più nella produzione della seconda lingua (L2).

Anodal-tDCS sembra migliorare le funzioni cognitive (ad es. memoria di lavoro, risoluzione di problemi verbali complessi, inibizione) negli adulti. Nonostante il fatto che il contributo della funzione esecutiva nell'elaborazione del linguaggio nei parlanti monolingue e multilingue sia cruciale, non ha ricevuto molta attenzione.

Scopo:

Questo studio si propone di dimostrare l'impatto della modulazione delle funzioni esecutive, in particolare sottoposte a DLPFC, sulla produzione linguistica in bilingui sani. I ricercatori propongono che tale impatto sarà particolarmente presente in L2.

L'attività sperimentale testerà l'impatto della stimolazione prefrontale da parte di tDCS (anodale rispetto a Sham) sulla DLPFC sinistra di soggetti bilingui adulti sani durante due attività che si basano su strategie lessicali: un'attività di denominazione di immagini in L1 e L2 e un'attività di traduzione di parole. Saranno analizzati i correlati EEG di questi compiti eseguiti seguendo la tDCS, il che ci permette di indagare con precisione le dinamiche cerebrali spaziotemporali alla base delle modificazioni comportamentali indotte dalla modulazione delle aree frontali sinistre. Le ipotesi sono:

1. L'attivazione DLPFC sinistra indotta da A-tDCS aumenterà le prestazioni in particolare nella denominazione L2 e nell'attività di traduzione rispetto alle prestazioni di base (sham tDCS).
2. Si prevede che A-tDCS modifichi l'attività corticale correlata ai compiti linguistici. Durante la denominazione, le analisi EEG mostreranno un effetto principale di stimolazione e un'interazione tra i fattori Linguaggio (L1 o L2) e Stimolazione (sham, anodica) a livello topografico, mostrando un effetto delle aree prefrontali più grandi in L2 rispetto a L1. La latenza della modulazione ERP da parte di tDCS in L2 ci consentirà di individuare le dinamiche ei processi di pianificazione linguistica alla base del miglioramento delle prestazioni di denominazione.

Metodi:

Il compito sperimentale includerà soggetti sani L1-L2 sbilanciati. Gli investigatori analizzeranno l'influenza della stimolazione DLPFC sulla capacità di denominazione e traduzione utilizzando tDCS così come i loro correlati EEG in L1 e L2. La previsione è che la stimolazione anodica prefrontale sinistra aumenterà le prestazioni linguistiche in particolare in L2. Le analisi EEG sveleranno le dinamiche spazio-temporali dei processi esecutivi coinvolti nei due compiti.

EEG L'EEG è una tecnica diretta non invasiva per la registrazione dell'attività elettrica prodotta dai neuroni sul cuoio capelluto con un'elevata risoluzione temporale. La registrazione EEG si ottiene posizionando degli elettrodi sul cuoio capelluto. Le potenzialità legate all'evento saranno elaborate/analizzate offline.

tDCS TDCS è un metodo economico e sicuro di stimolazione cerebrale che può essere ampiamente utilizzato nella popolazione generale. Nella tDCS, la corteccia cerebrale viene stimolata attraverso una debole corrente elettrica costante (1-2 mA) attraverso due elettrodi (35 cm2 e 70 cm2, un elettrodo "attivo" che colpisce una regione speciale del cervello e un elettrodo "di ritorno"). Questa debole corrente può indurre cambiamenti focali dell'eccitabilità corticale che dura oltre il periodo di stimolazione. In generale, si suppone che la stimolazione anodica (A-tDCS) depolarizzi i neuroni portando ad un aumento dell'eccitabilità, mentre la stimolazione catodica (C-tDCS) ha l'effetto opposto rispetto alla simulazione. Sham tDCS (S-tDCS) si riferisce a una condizione di controllo in cui il soggetto riceverà una breve corrente ma poi lo stimolatore rimane spento per il resto del tempo di stimolazione. In questo modo, gli individui che ricevono la S-tDCS non sono consapevoli di non ricevere una stimolazione prolungata. I meccanismi dell'effetto tDCS sono classificati in sinaptici (cambiamenti alterando la forza della trasmissione sinaptica) e non sinaptici (spostamenti nella membrana a riposo potenziale dei neuroni pre e post-sinaptici).

Valutazione delle competenze linguistiche Per valutare l'immersione linguistica, ai partecipanti verrà chiesto l'età di acquisizione, per quanto tempo hanno vissuto in una regione in cui si parlava francese e inglese, la lingua parlata in famiglia, durante l'infanzia, nella vita quotidiana attuale e se il la lingua è stata acquisita dentro o fuori la scuola. Nella parte di autovalutazione, i partecipanti indicheranno in una scala analogica dall'1 al 100% come stimano le proprie capacità di lettura, conversazione, comprensione e scrittura. Inoltre, per valutare le prestazioni di lettura verrà utilizzato un sottotest del sistema di diagnosi linguistica DIALANG basato su computer.

Procedura Questo studio consiste in due sessioni, ciascuna a una settimana di distanza, in un ordine controbilanciato: 1. A-tDCS anodale, 2. Sham-tDCS. In entrambe le sessioni verranno utilizzate le stesse valutazioni/compiti.

• Intervento A-tDCS: l'elettrodo anodico attivo viene posizionato sopra DLPFC e l'elettrodo di ritorno sopra l'area sopraorbitale controlaterale. Una corrente continua da 1,5 mA fluirà tra gli elettrodi per 20 minuti. Per ridurre le lesioni indotte dalla corrente, all'inizio della stimolazione, la corrente va da 0 a 1,5 mA in 30 secondi (fade-in) e alla fine diminuirà da 1,5 mA a 0 in 15 secondi (fade-out).
• Intervento Sham-tDCS: i parametri imitano l'A-tDCS (es. posizionamento degli elettrodi, dissolvenza e intensità della corrente), tranne la durata della stimolazione: la corrente raggiungerà 1,5 mA in 30 secondi (fade-in) e durerà solo 30 secondi (per dare la sensazione iniziale di stimolazione) poi diminuirà a 0.

I due contesti linguistici saranno presentati all'interno di ciascuna delle due sessioni in un ordine controbilanciato tra le materie. All'inizio di ogni sessione di contesto linguistico, verrà mostrato al soggetto un breve testo scritto nella lingua corrispondente per attivare la lingua di interesse. I partecipanti saranno seduti in una cabina elettricamente schermata e insonorizzata davanti a uno schermo LCD. L'erogazione dello stimolo e la registrazione della risposta sono controllate tramite E-Prime 2.0. Gli stimoli saranno presentati al centro dello schermo.

Stimoli e compiti Compiti di fluenza verbale e non verbale, senza registrazione EEG Al minuto 15/20 di tDCS, verrà svolto un compito di fluenza verbale in L1 (al soggetto verrà chiesto di nominare quante più parole possibile che iniziano con una certa lettera durante 1 minuto). A 16/20 minuti verrà presentato al partecipante un compito di fluidità non verbale (test di 5 punti, ovvero un foglio di carta con 40 quadrati di punti fissi disposti simmetricamente (5 punti). Al partecipante verrà chiesto di produrre quante più figure possibili collegando i punti con almeno una linea che collega due punti durante 2 minuti). E al minuto 18/20, si eseguirà una fluidità verbale in L2 per 1 minuto (secondo Nitsche e Paulus l'effetto della tDCS raggiunge il massimo a 4/20 minuti di stimolazione).

Compito di denominazione in L1 e L2 durante le misure EEG Il compito di denominazione sarà svolto sulla base di un corpus di 70 immagini, le parole corrispondenti saranno abbinate in inglese e francese in base a fattori psicolinguistici pertinenti. Gli stimoli consistono in disegni al tratto in bianco e nero (di 8,5 x 8,5 cm ciascuno) che rappresentano oggetti fabbricati (utensili, mobili, vestiti, oggetti da cucina, apparecchiature elettriche, veicoli ecc.) o oggetti viventi, selezionati dalla banca di immagini di Snodgrass e Vanderwart secondo alle norme lessicali e prelessicali e alle banche dati. L'attività di denominazione consiste in 2 blocchi, uno in L1 e uno in L2 (ogni blocco con 70 immagini) con una pausa di 2 minuti tra i due blocchi. L'ordine dei blocchi sarà controbilanciato. In ogni prova, un'immagine sarà presentata centralmente (1000 ms) dopo una croce di fissazione di 300 ms. Il soggetto avrà quindi un massimo di 2000 ms per nominare l'oggetto.

Compito di traduzione in L1 e L2 durante la misurazione EEG Quindi, eseguiranno un compito offline consistente nel tradurre durante 8 minuti 100 parole (lunghezza di 5 lettere) da L1 alla loro seconda lingua (L2) o viceversa. Entrambi i sensi di traduzione saranno mescolati in modo casuale per aumentare il carico di memoria di lavoro. Il corpus di traduzione è composto da 50 parole in ciascuna lingua, abbinate tra L1 e L2 per frequenza, lunghezza in sillabe e fonemi. Le parole verranno presentate sullo schermo e al soggetto verrà chiesto di tradurre ogni parola nell'altra lingua. Le parole verranno presentate sullo schermo per 1500 ms dopo una croce di fissazione di 300 ms. Il soggetto avrà un massimo di 2500ms per fare la traduzione.

Analisi comportamentale ed EEG Analisi comportamentale Una prima analisi comportamentale metterà a confronto le prestazioni di denominazione e traduzione, così come le latenze di insorgenza del parlato in entrambe le lingue.

Le analisi statistiche saranno condotte secondo disegni sperimentali 2X2 con Linguaggio (L1; L2) e Stimolazione (Anodal, Sham) come fattori all'interno del soggetto. L'interesse principale dei ricercatori sarà il termine di interazione tra Linguaggio e Stimolazione. I ricercatori si aspettano che l'interazione sia guidata dalla stimolazione DLPFC sinistra con A-tDCS che migliora le prestazioni in L2 ma non in L1.

Analisi dei potenziali correlati agli eventi (ERP) Gli ERP saranno analizzati utilizzando una procedura graduale che consente la valutazione statistica multifattoriale nel tempo di (1) i cambiamenti dinamici della configurazione del campo elettrico registrata dal cuoio capelluto e la loro segmentazione temporale in funzionalità quasi stabili modulazioni di indicizzazione dei micro-stati della configurazione dei generatori intracranici, (2) modulazione dell'indicizzazione della potenza del campo elettrico globale della forza di risposta dei generatori intracranici, (3) stime della sorgente elettrica lineare distribuita intracranica. Tali analisi saranno condotte per ogni arco temporale dell'intero arco temporale dell'ERP; tuttavia, sono pianificate finestre temporali specifiche per essere sensibili ai fattori dei ricercatori in base alle meta-analisi e ai risultati precedenti dei ricercatori: si pensa che la selezione lessicale avvenga tra 170 e 270 ms dopo la presentazione dell'immagine, quindi ci sarà una prima finestra temporale fino al 200 ms, una seconda finestra temporale tra 200 e 300 ms e una finestra temporale successiva (300-450 ms) corrispondente alla codifica lessicale-fonologica negli studi precedenti. L'effetto principale saranno i modelli L1 e L2 in termini di ampiezza, durata e sequenze. Quindi, un secondo effetto principale sarà l'effetto anodale tDCS / sham tDCS in una finestra temporale iniziale prima dell'inizio della vocalizzazione. Gli investigatori si aspetteranno un'interazione tra linguaggio e stimolazione, a causa del fatto che la DLPFC sinistra anodale-tDCS modulerà L2 più di