Neuroplasticiteit van multisensorische corticale gebieden geïnduceerd door muzikale training: een translationele benadering (MusicPlast) (MusicPlast)

Doelen en onderzoeksvragen

Het eerste doel van MUSICPLAST is om de ontwikkeling van audiovisuele perceptie in het gezonde menselijke brein diepgaand te onderzoeken en de bijbehorende corticale netwerken in detail te beschrijven. EEG-metingen met hoge dichtheid (128 kanalen) zullen worden gebruikt voor de realisatie van dit doel volgens een stimulatieprotocol dat auditieve, visuele en audiovisuele overeenkomsten omvat in een verenigd multisensorisch excentriek paradigma. Gedrags- en neuropsychologische evaluatie van de multisensorische waarnemingsvermogens van de proefpersonen zal worden uitgevoerd om een ​​holistisch begrip van het fenomeen te bereiken. De vergelijking binnen proefpersonen van de verschillende condities zal het corresponderende netwerk onthullen, terwijl de tussen proefpersonen het ontwikkelingstraject ervan zal onthullen. De hypothese van dit experiment is dat het netwerk dat ten grondslag ligt aan audiovisuele waarneming zal bestaan ​​uit corticale gebieden die wijdverspreide gebieden verbinden, waaronder dorsolaterale gebieden van de frontale cortex. Met betrekking tot de ontwikkeling ervan, en op basis van het feit dat multisensorische integratie op gedragsgebied blijft verbeteren bij gezond ouder worden, wordt verondersteld dat het netwerk zal worden gereorganiseerd met een verbeterde dichtheid en efficiëntie naarmate de leeftijd vordert.

Het tweede doel van MUSICPLAST is het diepgaand onderzoeken van de plasticiteit van het corticale netwerk dat ten grondslag ligt aan de audiovisuele perceptie in het gezonde menselijke brein, zoals geïnduceerd via een computer die een korte muzikale leestraining geeft. Pre- en post-training high-density EEG, gedrags- en neuropsychologische metingen zullen worden gebruikt voor de realisatie van dit doel volgens hetzelfde stimulatieparadigma als voor het eerder genoemde doel. De hypothese van dit experiment is dat het netwerk dat ten grondslag ligt aan de audiovisuele perceptie zal worden gereorganiseerd met een verbeterde globale dichtheid en efficiëntie, een grotere connectiviteit tussen temporale en frontopolaire regio's en een geleidelijke afname van de hoeveelheid plasticiteit als gevolg van de leeftijdstoename.

Het derde doel van MUSICPLAST is het evalueren van de effectiviteit van het voorgestelde gecomputeriseerde trainingsprotocol voor het lezen van muziek als een hulpmiddel dat gunstige neuroplastische veranderingen zal bevorderen bij pathologische populaties en in het bijzonder bij dyslectische adolescenten en ouderen. Pre- en post-training high-density EEG, gedrags- en neuropsychologische metingen zullen worden gebruikt voor de realisatie van dit doel volgens hetzelfde stimulatieparadigma als voor de eerder genoemde doelen. De hypothese van dit experiment is dat het netwerk dat ten grondslag ligt aan de audiovisuele perceptie gunstig zal worden gereorganiseerd dankzij de training die een verbeterde globale dichtheid en efficiëntie laat zien, een grotere connectiviteit tussen temporale en frontopolaire regio's en dat deze veranderingen gepaard zullen gaan met verbetering in de overeenkomstige gedrags- en neuropsychologische evaluatie.

Onderzoeksopzet en methodologie Deelnemers

Een analyse van de steekproefomvang werd uitgevoerd via G-Power op basis van de gegevens van een eerdere relevante studie van de PI en gaf aan dat de gewenste steekproefomvang om een ​​macht van 0,8 en een tweezijdig significantieniveau van a = 0,05 te bereiken, 13 proefpersonen is in elke groep. Om rekening te houden met mogelijke uitvallers, zal MUSICPLAST 20 proefpersonen in elke groep opnemen [adolescenten (n=20), jongvolwassenen (n=20), ouderen (n=20) en controles (n=20)]. Het onderzoek zal worden uitgevoerd in overeenstemming met de verklaring van Helsinki met betrekking tot de deelname van menselijke proefpersonen aan onderzoek.

EEG en gedragsmetingen

Voorafgaand aan het begin van de training en na afloop ervan worden de deelnemers onderworpen aan 2 elektro-encefalografische metingen. De opnames worden uitgevoerd in een elektromagnetisch afgeschermde ruimte in het Medical Physics Laboratory van AUTH met behulp van een Nihon Kohden EEG-1200-systeem met 128 actieve elektroden. De eerste meting zal de activiteit in de rusttoestand zijn, waardoor een netwerkanalyse van de corticale connectiviteit in de rusttoestand mogelijk is, terwijl de tweede de Event Potentials zal vastleggen via een multisensorisch excentriek paradigma dat op de juiste manier is aangepast voor audiovisuele waarneming, aangezien het audiovisuele, auditieve en visuele mismatches binnen één meting omvat. loop. Dit paradigma is voorgesteld en met succes toegepast in een reeks onderzoeken door de PI en het maakt zowel een spatiotemporele analyse van de corticale activiteit als een functionele connectiviteitsanalyse mogelijk.

Gelijktijdig met de EEG-metingen zullen de proefpersonen gedragsmatig reageren door op een knop te drukken op een audiovisuele congruentietaak waarbij ze moeten beoordelen of de gepresenteerde beelden overeenkomen met de tonen die ze horen op basis van de regel "hoe hoger de toonhoogte - hoe hoger de toon". positie van de cirkel". Deze meting zal de gedragsevaluatie mogelijk maken van de discriminatienauwkeurigheid van congruente en incongruente audiovisuele stimuli.

Voorafgaand aan het begin van de training en na voltooiing ervan, zullen de deelnemers worden onderworpen aan een neuropsychologische evaluatie, die zal bestaan ​​uit een batterij met de volgende tests:

Alle onderwerpen:

Stroop Test Trail A en B Digit Span Test Prestatie Subtest van Wechsler Intelligence Scale Children III of Wechsler Adult Intelligence Scale volgens de leeftijd.

Alleen ouderen:

Mini Mental State Examination (MMSE) Montreal Cognitive Assessment (MoCA) Geriatrische depressieschaal

Alleen dyslectici:

Lezen van woorden en non-woorden Spelling van woorden en non-woorden Fonologisch vermogen

Interventie - MUSICPLAST trainingsprotocol

Elk onderwerp krijgt 20 sessies van de computergestuurde training op basis van een vereenvoudigde muzieklezing binnen een periode van 4 weken. De training wordt gegeven via een smartphone of tablet. De applicatie registreert voor elke trainingssessie een logbestand dat 20 minuten duurt en het logbestand is direct beschikbaar voor de onderzoeker, zodat hij/zij de tijdige deelname en inzet van de proefpersoon kan volgen. De stimuli die in het trainingsprotocol worden gebruikt, worden geconstrueerd volgens dezelfde principes als de audiovisuele stimuluspatronen die worden gebruikt in de EEG-opnames: een visueel beeld toont een cirkel bovenop een achtergrond van 5 horizontale lijnen. De duur van de patronen zal gemiddeld 10 seconden zijn.

De positie van de cirkel binnen de vijf lijnen volgt ofwel de regel "hoe hoger de toonhoogte, hoe hoger de positie van de cirkel" of schendt de bovenstaande regel. Deze regel werd in principe ook gevolgd in eerdere studies uitgevoerd door de PI met positieve resultaten met betrekking tot de geïnduceerde neuroplasticiteit. De visuele beelden vertegenwoordigen alleen de frequentie van de toonhoogte en niet het ritmische patroon. De deelnemer zal aan het einde van elke proef via een druk op de knop moeten reageren of de audiovisuele input de hierboven gepresenteerde regel bevestigde of overtrad. Voor elke proef wordt een feedbackbeeld van een lachend gezicht voor de juiste antwoorden of een niet-lachend gezicht voor de onjuiste antwoorden verstrekt. Het protocol heeft een aangepaste moeilijkheidsgraad, met 5 moeilijkheidsgraden die gebaseerd zijn op 2 verschillende factoren: de presentatiesnelheid en de moeilijkheidsgraad van het muzikale patroon. In tegenstelling tot de EEG-meetprocedure, waarbij de melodische patronen onbekend zijn bij de proefpersonen, zullen de melodische patronen die in de training worden gebruikt, bestaan ​​uit korte maar herkenbare delen van bekende muziekstukken om de deelnemers te betrekken en emotionele reacties uit te lokken. . De training zal worden verbeterd in vergelijking met de overeenkomstige eerdere onderzoeken van de PI door feedback te geven en door bekende muziekstukken te gebruiken die een emotionele reactie bij de cursisten zullen opwekken.

EEG-gegevensanalyse en statistische procedures

De verzamelde EEG-gegevens worden voorbewerkt met behulp van de Brain Electrical Source Analysis-software (BESA-onderzoek, versie 6, Megis Software, Heidelberg, Duitsland). De geregistreerde gegevens worden gescheiden in tijdvakken van 1000 ms, inclusief een pre-stimulusinterval van 200 ms. Epochs worden basislijn gecorrigeerd met het interval van -100 tot 0 ms. Current Density Reconstructions (CDR's) zullen worden berekend op basis van de neurale respons van elk onderwerp en elke aandoening met behulp van de sLORETA-methode55 zoals geleverd door BESA. The Matlab ® (The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, Verenigde Staten.) toolbox HERMES56 zal worden gebruikt voor het berekenen van de aangrenzende matrix uit de voxel-tijdreeks. De toolbox Network Based Statistic (NBS) zal worden gebruikt om significante verbanden in de grafieken statistisch te identificeren, met behulp van een General Linear Model-benadering. Voor de statistische analyse van de gegevens zal een 2 × 2 × 2 × 2 ANOVA-ontwerp met gemengd model worden gevolgd, met 3 factoren binnen de subjecten: conditie (congruent en incongruent), modaliteit (audiovisueel, auditief en visueel) en tijd (pre- en post-training) en één tussen proefpersonen: (leeftijdsgroep). Het significantieniveau wordt ingesteld op p < 0,05 gecorrigeerd voor meerdere vergelijkingen via Family Wise Error-correctie.