Nevroplastisitet av multisensoriske kortikale områder indusert av musikalsk trening: en translasjonell tilnærming (MusicPlast) (MusicPlast)

Mål og forskningsspørsmål

Det første målet med MUSICPLAST er å utforske i dybden utviklingen av audiovisuell persepsjon i den sunne menneskelige hjernen og beskrive i detalj de tilsvarende kortikale nettverkene som er involvert. EEG-målinger med høy tetthet (128 kanaler) kommer til å bli brukt for å realisere dette målet etter en stimuleringsprotokoll som inkorporerer auditive, visuelle og audiovisuelle korrespondanser i et enhetlig multisensorisk merkelig paradigme. Atferdsmessig og nevropsykologisk evaluering av de multisensoriske perseptuelle evnene til fagene vil bli utført for å oppnå en helhetlig forståelse av fenomenet. Sammenligningen innen fagene av de forskjellige forholdene vil avsløre det tilsvarende nettverket, mens mellom fagene, dets utviklingsbane. Hypotesen for dette eksperimentet er at nettverket som ligger til grunn for audiovisuell persepsjon vil bestå av kortikale områder som forbinder utbredte regioner inkludert dorsolaterale regioner av frontal cortex. Når det gjelder utviklingen, og basert på det faktum at atferdsmessig multisensorisk integrasjon fortsetter å forbedres i sunn aldring, antas det at nettverket vil bli reorganisert og viser økt tetthet og effektivitet etter hvert som alderen skrider frem.

Det andre målet med MUSICPLAST er å utforske i dybden plastisiteten til det kortikale nettverket som ligger til grunn for audiovisuell oppfatning i den sunne menneskelige hjernen, som indusert via en datamaskin levert kortsiktig musikalsk leseopplæring. Før og etter trening med høy tetthet EEG, atferdsmessige og nevropsykologiske målinger vil bli brukt for å realisere dette målet etter samme stimuleringsparadigme som for det tidligere nevnte målet. Hypotesen for dette eksperimentet er at nettverket som ligger til grunn for den audiovisuelle oppfatningen vil bli reorganisert og viser økt global tetthet og effektivitet, større tilkobling mellom temporale og frontopolare regioner og en gradvis nedgang i mengden av plastisitet som et resultat av aldersøkningen.

Det tredje målet med MUSICPLAST er å evaluere effektiviteten til den foreslåtte datastyrte musikkleseopplæringsprotokollen som et verktøy som vil fremme fordelaktige nevroplastiske endringer i patologiske populasjoner og spesifikt dyslektiske ungdommer og eldre. Før og etter trening med høy tetthet EEG, atferdsmessige og nevropsykologiske målinger vil bli brukt for å realisere dette målet etter samme stimuleringsparadigme som for de tidligere nevnte målene. Hypotesen for dette eksperimentet er at nettverket som ligger til grunn for den audiovisuelle oppfatningen vil bli fordelaktig omorganisert på grunn av treningen som viser økt global tetthet og effektivitet, større tilkobling mellom temporale og frontopolare regioner og at disse endringene vil bli ledsaget av forbedringer i den tilsvarende atferdsmessige og nevropsykologiske evaluering.

Forskningsdesign og metodikk Deltakere

En prøvestørrelsesanalyse ble utført via G-Power basert på data fra en tidligere relevant studie av PI og indikerte at ønsket prøvestørrelse for å nå en potens på 0,8 og et tosidig signifikansnivå på a = 0,05 er 13 forsøkspersoner i hver gruppe. For å ta høyde for mulig frafall, vil MUSICPLAST inkludere 20 forsøkspersoner i hver gruppe [ungdom (n = 20), unge voksne (n = 20), eldre (n = 20) og kontroller (n = 20)]. Studien vil bli utført i henhold til Helsinki-erklæringen med hensyn til deltakelse av mennesker i forskning.

EEG og atferdsmålinger

Før treningen begynner og etter at den er fullført, vil deltakerne bli utsatt for 2 elektroencefalografiske målinger. Opptakene vil bli utført i et elektromagnetisk skjermet rom plassert i Medical Physics Laboratory of AUTH ved bruk av et Nihon Kohden EEG-1200-system med 128 aktive elektroder. Den første målingen vil være av aktivitet i hviletilstand, noe som tillater en nettverksanalyse av kortikal tilkobling i hviletilstand, mens den andre vil registrere hendelsespotensialer via et multisensorisk oddball-paradigme som er passende justert for audiovisuell persepsjon, ettersom det inkorporerer audiovisuelle, auditive og visuelle uoverensstemmelser i ett. løpe. Dette paradigmet har blitt foreslått og vellykket brukt i en serie studier av PI, og det tillater både en spatiotemporal analyse av den kortikale aktiviteten så vel som en funksjonell tilkoblingsanalyse.

Samtidig med EEG-målingene vil forsøkspersonene reagere atferdsmessig via knappetrykk på en audiovisuell kongruensoppgave der de må vurdere om bildene som presenteres samsvarer med tonene de hører basert på regelen "jo høyere tonehøyde - jo høyere posisjonen til sirkelen". Denne målingen vil tillate atferdsevaluering av diskrimineringsnøyaktigheten til kongruente og inkongruente audiovisuelle stimuli.

Før treningen begynner og etter at den er fullført, vil deltakerne bli utsatt for en nevropsykologisk evaluering, som vil bestå av et batteri som inkluderer følgende tester:

Alle fag:

Stroop Test Trail A og B Digit Span Test Performance Subtest av Wechsler Intelligence Scale Children III eller Wechsler Adult Intelligence Scale i henhold til alder.

Kun eldre:

Mini Mental State Examination (MMSE) Montreal Cognitive Assessment (MoCA) Geriatric Depression Scale

Kun dyslektikere:

Ord- og nonordlesing Ord- og nonordstaving Fonologisk evne

Intervensjon - MUSICPLAST treningsprotokoll

Hvert emne vil motta 20 økter med datastyrt opplæring basert på en forenklet musikklesing i løpet av en periode på 4 uker. Opplæringen vil bli gitt via smarttelefon eller nettbrett. Søknaden vil registrere en loggfil for hver treningsøkt, som vil vare i 20 minutter, og loggfilen vil være direkte tilgjengelig for forskeren, slik at han/henne kan følge den rettidige deltakelsen og engasjementet til faget. Stimuliene som brukes i treningsprotokollen vil bli konstruert etter de samme prinsippene som de audiovisuelle stimulusmønstrene som brukes i EEG-opptakene: et visuelt bilde vil vise en sirkel på toppen av en bakgrunn med 5 horisontale linjer. Mønstrenes varighet vil ha en gjennomsnittlig varighet på 10 sekunder.

Plasseringen av sirkelen innenfor de fem linjene vil enten følge regelen "jo høyere tonehøyde, desto høyere plassering av sirkelen", eller det vil bryte med regelen ovenfor. Denne regelen ble i prinsippet fulgt også i tidligere studier utført av PI med positive resultater angående den induserte nevroplastisiteten. De visuelle bildene vil kun representere frekvensen av tonehøyden og ikke det rytmiske mønsteret. Deltakeren må svare på slutten av hver prøveversjon via et knappetrykk om det audiovisuelle innspillet bekreftet eller brøt med regelen ovenfor. Et tilbakemeldingsbilde av et smilende ansikt for de riktige svarene eller et ikke-smilende ansikt for de feil svarene vil bli gitt for hver prøveversjon. Protokollen vil være av justert vanskelighetsgrad, ha 5 vanskelighetsgrader som vil være basert på 2 forskjellige faktorer: presentasjonshastigheten og vanskelighetsgraden til det musikalske mønsteret. I motsetning til EEG-målingsprosedyren, hvor de melodiske mønstrene vil være ukjente for forsøkspersonene, vil de melodiske mønstrene som brukes i treningen bestå av korte, men identifiserbare deler av kjente musikalske stykker for å engasjere deltakerne og for å provosere frem emosjonell respons . Treningen vil bli forbedret sammenlignet med tilsvarende tidligere studier av PI ved å gi tilbakemelding og ved bruk av kjente musikalske stykker som vil indusere en emosjonell respons til deltakerne.

EEG-dataanalyse og statistiske prosedyrer

EEG-dataene som samles inn, vil bli forhåndsbehandlet med programvaren Brain Electrical Source Analysis (BESA research, versjon 6, Megis Software, Heidelberg, Tyskland). De registrerte dataene vil bli separert i epoker på 1000 ms inkludert et pre-stimulusintervall på 200 ms. Epoker vil bli grunnlinjekorrigert ved å bruke intervallet fra -100 til 0 ms. Strømtetthetsrekonstruksjoner (CDR) vil bli beregnet på de nevrale responsene til hvert individ og hver tilstand ved å bruke sLORETA-metoden55 som levert av BESA. The Matlab ® (The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, USA.) verktøykasse HERMES56 vil bli brukt for å beregne tilstøtende matrisen fra voxel-tidsserien. Verktøykassen Network Based Statistic (NBS) vil bli brukt til å identifisere statistisk signifikante sammenhenger i grafene, ved å bruke en generell lineær modelltilnærming. For den statistiske analysen av dataene vil en 2 × 2 × 2 × 2 blandet modell ANOVA-design bli fulgt, med 3 innen fagfaktorer: tilstand (kongruent og inkongruent), modalitet (audiovisuelt, auditivt og visuelt) og tid (pre- og etterutdanning) og ett mellom fag: (aldersgruppe). Signifikansnivået vil bli satt til p < 0,05 korrigert for flere sammenligninger via Family Wise Error-korrigering.