Bepaal de rol van premotorische en motorische cortex in tDCS-gefaciliteerd spraakmotorisch leren

Studie Overzicht

Groepen van niet-gehandicapte deelnemers zullen allemaal spraakmotorische training van non-woorden krijgen, en zes tDCS-condities zullen worden vergeleken: anodische tDCS over spraakmotorische regio's; kathodische tDCS over spraakmotorische regio's; anodale tDCS over linker frontale gebieden; kathodische tDCS over linker frontale gebieden; kathodische stimulatie over niet-spraakmotorische gebieden (anodaal al verzameld); en sham tDCS (geen stimulatie). Dit zal een fundamentele wetenschappelijke vraag beantwoorden over de vraag of het mechanisme dat ten grondslag ligt aan spraakmotorisch leren vereist dat premotorische en motorische corticale regio's worden gestimuleerd, wat implicaties heeft voor de behandeling van verworven spraakstoornissen. De primaire uitkomstmaat is het verschil in productienauwkeurigheid en veranderingen in motorische scherpte (gemeten met duur) van nieuwe consonantclusterproductie.

Methoden & Procedures Deelnemers komen naar de testruimte en de procedure wordt met hen besproken. Dit omvat onder meer het vertrouwd maken met het tDCS-apparaat en uitleggen hoe het werkt, ervoor zorgen dat ze niet aan een van de uitsluitingscriteria voldoen en uitleg geven over de mogelijke bijwerkingen van voorbijgaande tintelingen en/of roodheid tijdens de stimulatie. We zullen uitleggen dat alle passende beveiligingen aanwezig zijn. We zullen ook de enkelblinde aard van het onderzoek uitleggen, in die zin dat de deelnemers actieve stimulatie of schijnstimulatie kunnen krijgen. De uitleg en de stimulatie zelf zullen worden uitgevoerd door personen die training en certificering hebben ontvangen in het veilig gebruik van tDCS. Na het bepalen van de geschiktheid van de deelnemer voor het onderzoek door vertrouwd te raken met de apparatuur, vullen ze het toestemmingsformulier in. In totaal zijn er twee bezoeken, waarbij het eerste bezoek ongeveer 85 minuten duurt en het tweede bezoek ongeveer 15-20 minuten.

Spraakstimuli. De spraakstimuli zijn disyllabische non-woorden die beginnen met niet-native native consonant clusters (bijv. GDEEVOO; FNEEGDWOP). Er worden acht niet-native clusters gebruikt, waarbij vier non-woorden voor elk cluster worden getraind tijdens de oefensessie en vier worden opgeslagen voor het testen van de retentiesessie. Alle non-woorden bevatten legale Engelse klanken en sequenties anders dan de initiële medeklinkercluster, maar verschillen in de medeklinker-klinker (CV) vorm van de lettergrepen (bijv. GDEEVOO /gdivu/ heeft de vorm [CCV.CV]; FNEEGDWOP /fnigdw? p/ heeft de vorm [CCVC.CCVC]). De auditieve prikkels zijn al opgenomen door een fonetisch geschoolde Russisch-Engelse tweetalige spreker met behulp van een Shure SM-10 op het hoofd gemonteerde microfoon die is aangesloten op een Marantz PMD660 digitale recorder. De geluidsbestanden werden gesplitst om 10 ms stilte over te laten bij het begin en de offset van elk item met behulp van Praat, en de stimulusamplitude werd genormaliseerd. Orthografische versies van de non-woorden werden ook aan de deelnemers gepresenteerd om ervoor te zorgen dat fouten in clusterproductie niet voortkwamen uit verkeerde perceptie.

Procedure voor spraakmotorische leertaken. Alle testen vinden plaats in een geluidgedempte testruimte. Deelnemers zitten achter een computer en hun producties zijn opgenomen met een Shure BETA 58A-microfoon in een desktopmicrofoonstandaard die is aangesloten op de Marantz PMD660. Met deze opstelling kan de deelnemer de tDCS-opstelling op zijn hoofdhuid hebben tijdens de leertaak.

Pre-oefening. Om ervoor te zorgen dat individuen de taak begrijpen, zullen we twee items ter voorbereiding aanbieden ("FTAKE" en "FNIP"). Deze items zijn geselecteerd omdat de perceptie van Engelse luisteraars van deze clusters doorgaans nauwkeurig is, waardoor we gemakkelijk nauwkeurige feedback kunnen geven. We zullen voor iedereen instructies geven over het nauwkeurig produceren van consonantclusters. De pre-practice duurt ongeveer twee minuten.

Oefening. Tijdens de oefening produceren de deelnemers 4 non-woorden per cluster (32 non-woorden met in totaal illegale clusters) zeven keer elk, samen met 62 opvulstimuli die geen clusters bevatten. Willekeurige stimuluspresentatieorders zijn gegenereerd en gewijzigd om ervoor te zorgen dat geen enkele stimulus twee keer achter elkaar wordt gepresenteerd. Items worden zodanig over de deelnemers verdeeld dat de helft van de deelnemers wordt getraind op de ene helft van de non-woorden en de andere helft op de andere non-woorden. Voor elke stimulus krijgen deelnemers tegelijkertijd zowel auditieve als orthografische versies te zien. De oefensessie zal worden gestructureerd om een ​​grote hoeveelheid oefening van de clusters op te nemen die willekeurig en in gevarieerde contexten worden gepresenteerd. Er wordt geen online feedback gegeven gezien de moeilijkheid om de nauwkeurigheid van deze clusters waar te nemen. De gehele oefensessie duurt ongeveer 25 minuten.

Behoud. De retentiesessies voor kortere termijn (R1) en retentiesessies voor langere termijn (R2) zijn identiek, waarbij R1 ongeveer 30 minuten na het einde van de training begint en R2 twee dagen later in een afzonderlijke sessie plaatsvindt. Voor elk cluster produceren de deelnemers de vier getrainde non-woorden en vier nieuwe, ongetrainde non-woorden die beginnen met het cluster. Elke stimulus wordt drie keer geproduceerd (192 totale clusterstimuli) tijdens de retentiesessies, met nog eens 110 opvulitems die geen clusters bevatten. De stimuli worden gerandomiseerd en elektronisch gepresenteerd.

tDCS-procedure. De tDCS-elektroden worden op alle deelnemers geplaatst in de juiste configuratie voor hun willekeurig toegewezen groep. Deelnemers zullen de eerste 10 minuten van stimulatie besteden aan het uitvoeren van computergestuurde werkgeheugentaken (bijv. voorwaartse en achterwaartse cijfer- en blokreeks, allemaal met toetsenbord- of knoppenkastreacties), in overeenstemming met onze eerdere bevinding dat stimulatie vóór de spraakleertaak extra leren kan vergemakkelijken . Een 1x1 Soterix batterij-aangedreven stroomstimulator leverde stroom met behulp van rubber-koolstof elektroden (35cm2) met omliggende met zoutoplossing doordrenkte sponzen. De elektroden worden geplaatst op basis van de willekeurig toegewezen toestand met schijnelektrodeplaatsing verdeeld over de elektrodeconfiguraties. Voor deelnemers die actieve tDCS ontvangen, levert het apparaat gedurende 20 minuten 1 mA stroom. Voor nep-tDCS zal de stroom gedurende 30 seconden toenemen tot 1 mA om het gevoel van stimulatie te simuleren, maar zal dan onmiddellijk afnemen en uitschakelen. De intensiteit en duur van de stimulatie werden geselecteerd op basis van de meest gebruikte parameters in de literatuur.

Active/sham wordt ingesteld met een enkele schakelaar op ons apparaat en wordt vooraf gedaan door een apart lid van het onderzoeksteam. Deelnemers zullen blind zijn voor de stimulatieconditie. Aan de deelnemers wordt gevraagd in welke tDCS-toestand ze dachten te verkeren op dag 2; in een eerdere studie in ons lab van 80 deelnemers, hadden deelnemers de kans om hun aandoening nauwkeurig te identificeren (44/80 identificeerden hun aandoening correct, met 22/40 schijnvertoning en 22/40 actief om de aandoening nauwkeurig te identificeren).

Groepsopdracht.

Op basis van een willekeurige groepsopdracht zullen proefpersonen de 35 minuten na geïnformeerde toestemming als volgt voltooien:

1. Actieve tDCS-groepen zullen actieve tDCS ontvangen in een van de voorwaarden beschreven in paragraaf 2.1. gedurende 20 minuten. De eerste 10 minuten zijn niet-taaltaken, daarna begint de spraakmotorische taak, die ongeveer 25 minuten duurt. Na 20 minuten stopt de stroom automatisch en gaat de spraakmotorische leertaak verder.
2. Sham tDCS-groepen zullen sham tDCS ontvangen, met de elektroden aangebracht in een van de voorwaarden beschreven in paragraaf 2.1. De stimulatie loopt op tot 1mA gedurende 30 seconden en neemt vervolgens af en wordt uitgeschakeld. De gedragstaken zijn identiek aan de actieve tDCS-groepen. De eerste 10 minuten zijn niet-taaltaken, daarna begint de spraakmotorische taak, die ongeveer 25 minuten duurt.

Alle deelnemersgroepen zullen vervolgens gedurende 30 minuten niet-gerelateerde cognitieve en linguïstische taken uitvoeren, gevolgd door kortetermijnretentie en generalisatie. Alle deelnemers komen twee dagen later terug voor retentie- en generalisatietesten op langere termijn.

UITKOMSTMATEN

Clusternauwkeurigheid. Alle opgenomen producties die consonantclusters bevatten, worden getranscribeerd met behulp van de akoestische golfvorm, het spectrogram en de perceptie. Het meest voorkomende fouttype bij het produceren van deze clusters is het invoegen van een sjwa-klinker tussen de twee medeklinkers (/gdivu/ -> [gEdivu]) of voor de cluster (/gdivu/ -> [Egdivu]). Omdat deze inserties voor Engelssprekenden moeilijk waar te nemen zijn, zullen we akoestische eigenschappen gebruiken om de aanwezigheid van een klinker te identificeren. Een klinker wordt geïdentificeerd door de aanwezigheid van een formantstructuur in het spectrogram (in het bijzonder hogere formanten F2, F3, etc., aangezien deze niet verward kunnen worden met f0) en een overeenkomstig vocaal (periodiek) gedeelte in de akoestische golfvorm. Andere fouten, zoals het verwijderen van medeklinkers (bijv. /gdivu/ -> [divu]) en vervanging (bijv. /gdivu/ -> [glivu]) worden perceptueel geïdentificeerd en geverifieerd met de akoestische opname. De resterende klanken in de non-woorden (bijvoorbeeld het [ivu]-gedeelte van /gdivu/) zullen perceptueel worden getranscribeerd. Clusternauwkeurigheid weerspiegelt alleen de nauwkeurigheid van de eerste twee medeklinkers; de nauwkeurigheid van het hele non-woord weerspiegelt de volledige stimulus. Voor elke deelnemer wordt de score ingevuld door een enkele codeur die blind was voor de tDCS-conditie van de deelnemer en voor de sessie waar elk token vandaan kwam. De interbeoordelaarsbetrouwbaarheid wordt op twee manieren beoordeeld. Ten eerste zal 25% van de deelnemers volledig worden gecodeerd door twee afzonderlijke personen om punt-tot-punt interbeoordelaarsovereenkomst te berekenen. Ten tweede zal elk /gd/ en /pt/ token van elke spreker worden geanalyseerd om te bepalen of het epenthesis bevat door twee onafhankelijke codeerders terwijl ze de duur van de burst-to-burst-reeks meten.

Burst-to-burst duur. Als secundaire maatstaf voor clusteracquisitie zullen we de duur onderzoeken van de stopburst van de eerste medeklinker tot de stopburst van de tweede medeklinker in /gd/ en /pt/ beginwoorden. We zullen clusters opnemen die nauwkeurig en met epenthesis zijn geproduceerd. Een afname van deze maat zal weerspiegelen dat deelnemers dichter bij de doelarticulatie komen. De duur van klinkers na het cluster zal ook worden gemeten om als een factor in onze analyses op te nemen als een proxy voor spreeksnelheid. Elk /gd/- en /pt/-token wordt gescoord door twee onafhankelijke codeerders voor elk van deze maatregelen, en ze worden ook gecodeerd op nauwkeurigheid en fouttype. Voor elk token waarbij de metingen meer dan 5 ms verschilden, zullen twee codeerders het item opnieuw onderzoeken om overeenstemming te bereiken over de meting. Dit zijn de uiteindelijke waarden die in de analyses worden gebruikt. Dit proces is in ons laboratorium gestandaardiseerd in benaderingen van duurmetingen.