Etablere rollen til premotoriske og motoriske cortices i tDCS-tilrettelagt talemotorisk læring

Studieoversikt

Grupper av uhemmede deltakere vil alle få talemotorisk trening av nonord, og seks tDCS-tilstander vil bli sammenlignet: anodal tDCS over talemotoriske regioner; katodisk tDCS over talemotoriske regioner; anodal tDCS over venstre frontale områder; katodisk tDCS over venstre frontale regioner; katodisk stimulering over ikke-talemotoriske områder (anodal allerede samlet inn); og sham tDCS (ingen stimulering). Dette vil ta for seg et grunnleggende vitenskapelig spørsmål om hvorvidt mekanismen som ligger til grunn for talemotorisk læring krever at premotoriske og motoriske kortikale regioner stimuleres, noe som har implikasjoner for behandling av ervervet talevansker. Det primære utfallsmålet vil være forskjellen i produksjonsnøyaktighet og endringer i motorisk skarphet (målt med varighet) av ny konsonantklyngeproduksjon.

Metoder og prosedyrer Deltakerne kommer til testrommet og prosedyren vil bli diskutert med dem. Dette vil inkludere å gjøre dem kjent med tDCS-enheten og forklare hvordan den fungerer, nok en gang sikre at de ikke oppfyller noen av eksklusjonskriteriene, og forklare de mulige bivirkningene av forbigående prikking og/eller rødhet under stimuleringen. Vi vil forklare at all passende beskyttelse er på plass. Vi vil også forklare studiens enkeltblinde natur ved at deltakerne kan motta enten aktiv stimulering eller falsk stimulering. Forklaringen og selve stimuleringen vil bli utført av personer som har fått opplæring og sertifisering i sikker bruk av tDCS. Etter å ha fastslått deltakerens kvalifisering for studien gjennom å gjøre seg kjent med utstyret, vil de fylle ut samtykkeskjemaet. Totalt blir det to besøk, hvor det første besøket varer i cirka 85 minutter og det andre besøket varer i cirka 15-20 minutter.

Talestimuli. Talestimuliene er disyllabiske nonord som begynner med ikke-native native konsonantklynger (f.eks. GDEEVOO; FNEEGDWOP). Åtte ikke-innfødte klynger vil bli brukt, med fire nonord for hver klynge som trenes under treningsøkten og fire lagres for testing av retensjonsøkten. Alle nonord vil inneholde juridiske engelske lyder og sekvenser andre enn den opprinnelige konsonantklyngen, men avviker i konsonant-vokal (CV)-formen til stavelsene (f.eks. GDEEVOO /gdivu/ har formen [CCV.CV]; FNEEGDWOP /fnigdw? p/ har formen [CCVC.CCVC]). De auditive stimuli er allerede registrert av en fonetisk trent russisk-engelsk tospråklig høyttaler ved hjelp av en Shure SM-10 hodemontert mikrofon festet til en Marantz PMD660 digital opptaker. Lydfilene ble skjøtet for å gi 10 ms stillhet ved start og forskyvning av hvert element ved bruk av Praat, og stimulusamplituden ble normalisert. Ortografiske versjoner av nonordene ble også presentert for deltakerne for å sikre at feil i klyngeproduksjonen ikke oppsto fra feiloppfatning.

Oppgaveprosedyre for talemotorisk læring. All testing vil foregå i et lyddempet testrom. Deltakerne vil sitte foran en datamaskin og produksjonene deres ble tatt opp med en Shure BETA 58A-mikrofon i et stasjonært mikrofonstativ koblet til Marantz PMD660. Dette oppsettet tillater deltakeren å ha tDCS-oppsettet i hodebunnen gjennom hele læringsoppgaven.

Forøving. For å sikre at enkeltpersoner forstår oppgaven, vil vi gi to elementer i pre-practice ("FTAKE" og "FNIP"). Disse elementene er valgt fordi engelske lytteres oppfatning av disse klyngene vanligvis er nøyaktig, slik at vi enkelt kan gi nøyaktig tilbakemelding. Vi vil gi instruksjoner om nøyaktig produksjon av konsonantklynger for alle. Forøving vil vare i ca. to minutter.

Øve på. Under praksis vil deltakerne produsere 4 nonord per klynge (32 nonord med ulovlige klynger totalt) syv ganger hver sammen med 62 fillerstimuli som ikke inneholder klynger. Tilfeldige stimuluspresentasjonsordrer er generert og modifisert for å sikre at ingen stimulus presenteres to ganger etter hverandre. Elementene vil bli balansert på tvers av deltakerne slik at halvparten av deltakerne blir trent på den ene halvparten av nonordene og den andre halvparten på de andre nonordene. For hver stimulus vil deltakerne bli presentert med både auditive og ortografiske versjoner samtidig. Øvelsen vil være strukturert for å inkludere en stor mengde praksis av klyngene presentert tilfeldig og i varierte sammenhenger. Ingen online tilbakemelding vil bli gitt på grunn av vanskelighetene med å oppfatte nøyaktigheten til disse klyngene. Hele treningsøkten vil vare i ca. 25 minutter.

Bevaring. Øktene for kortvarig oppbevaring (R1) og langtidsoppbevaring (R2) vil være identiske, med R1 som begynner omtrent 30 minutter etter endt trening, og R2 finner sted i en separat økt to dager senere. For hver klynge vil deltakerne produsere de fire trente nonordene samt fire nye, utrente nonord som begynner med klyngen. Hver stimulus vil bli produsert tre ganger (192 totale klyngestimuli) under retensjonsøktene, med ytterligere 110 fyllelementer som ikke inneholder klynger. Stimuliene vil bli randomisert og presentert elektronisk.

tDCS prosedyre. tDCS-elektrodene vil plasseres på alle deltakere i riktig konfigurasjon for deres tilfeldig tildelte gruppe. Deltakerne vil bruke de første 10 minuttene med stimulering til å utføre datastyrte arbeidsminneoppgaver (f.eks. forover og bakover siffer og blokkspenn, alle med tastatur- eller knappeboksresponser), i samsvar med vårt tidligere funn om at stimulering før talelæringsoppgaven kan lette ytterligere læring . En 1x1 Soterix batteridrevet strømstimulator leverte strøm ved hjelp av gummi-karbonelektroder (35 cm2) med omkringliggende saltvannsvåte svamper. Elektrodene vil bli plassert basert på den tilfeldig tilordnede tilstanden med falsk elektrodeplassering delt mellom elektrodekonfigurasjonene. For deltakere som mottar aktiv tDCS, vil enheten levere 1mA strøm i 20 minutter. For sham tDCS vil strømmen rampe opp til 1mA i løpet av 30 sekunder for å simulere følelsen av stimulering, men vil deretter umiddelbart avta og slå av. Stimuleringsintensitet og varighet ble valgt basert på de mest brukte parameterne i litteraturen.

Active/sham settes med en enkelt bryter på enheten vår og gjøres på forhånd av et eget medlem av forskningsteamet. Deltakerne vil være blinde for stimuleringstilstand. Deltakerne vil bli spurt om hvilken tDCS-tilstand de trodde de var i på dag 2; i en tidligere studie i laboratoriet vårt med 80 deltakere, hadde deltakerne en sjanse til å identifisere tilstanden sin nøyaktig (44/80 identifiserte tilstanden korrekt, med 22/40 sham og 22/40 aktive som nøyaktig identifiserte tilstanden).

Gruppeoppdrag.

Basert på tilfeldig gruppeoppgave, vil fagene fullføre de 35 minuttene etter informert samtykke som følger:

1. Aktive tDCS-grupper vil motta aktive tDCS i en av betingelsene skissert i avsnitt 2.1. i 20 minutter. De første 10 minuttene vil innebære ikke-språklige oppgaver, og deretter starter den talemotoriske oppgaven, og varer ca. 25 minutter. Strømmen stopper automatisk etter 20 minutter, og den talemotoriske læringsoppgaven fortsetter.
2. Sham tDCS-grupper vil motta sham tDCS, med elektrodene satt på i en av betingelsene skissert i avsnitt 2.1. Stimuleringen ramper opp til 1mA i løpet av 30 sekunder og avtar deretter og slås av. Atferdsoppgavene er identiske med de aktive tDCS-gruppene. De første 10 minuttene vil innebære ikke-språklige oppgaver, og deretter starter den talemotoriske oppgaven, og varer ca. 25 minutter.

Alle deltakergruppene vil deretter engasjere seg i urelaterte kognitive og språklige oppgaver i 30 minutter, etterfulgt av kortvarig oppbevaring og generalisering. Alle deltakere vil returnere to dager senere for langsiktig retensjon og generaliseringstesting.

UTFALLSMÅL

Klyngenøyaktighet. Alle innspilte produksjoner som inneholder konsonantklynger vil bli transkribert ved å bruke den akustiske bølgeformen, spektrogrammet og persepsjonen. Den vanligste feiltypen ved å produsere disse klyngene er innsetting av en schwa-vokal enten mellom de to konsonantene (/gdivu/ -> [gEdivu]) eller før klyngen (/gdivu/ -> [Egdivu]). Fordi disse innsettingene er vanskelige for engelsktalende å oppfatte, vil vi bruke akustiske egenskaper for å identifisere tilstedeværelsen av en vokal. En vokal vil bli identifisert ved tilstedeværelsen av formantstruktur i spektrogrammet (spesielt høyere formanter F2, F3, etc., da disse ikke kan forveksles med f0) og en tilsvarende vokalisk (periodisk) del i den akustiske bølgeformen. Andre feil som konsonantsletting (f.eks. /gdivu/ -> [divu]) og substitusjon (f.eks. /gdivu/ -> [glivu]) vil bli identifisert perseptuelt og verifisert med den akustiske posten. De resterende lydene i nonordene (f.eks. [ivu]-delen av /gdivu/) vil bli transkribert perseptuelt. Klyngenøyaktighet gjenspeiler bare nøyaktigheten til de to første konsonantene; hele nonord-nøyaktigheten gjenspeiler hele stimulansen. For hver deltaker vil poengsummen fullføres av en enkelt koder som ble blindet for tDCS-tilstanden til deltakeren samt økten som hvert token kom fra. Interrater-pålitelighet vil evalueres på to måter. For det første vil 25 % av deltakerne bli kodet fullstendig av to separate individer for å beregne punkt-til-punkt interterrater-avtale. For det andre vil hvert /gd/- og /pt/-token fra hver høyttaler bli analysert for å avgjøre om det inneholdt epentese av to uavhengige kodere når de måler varigheten av burst-to-burst-sekvensen.

Burst-to-burst-varighet. Som et sekundært mål på klyngeinnsamling vil vi undersøke varigheten fra stopputbruddet til den første konsonanten til stopputbruddet til den andre konsonanten i /gd/ og /pt/ innledende ord. Vi vil inkludere klynger produsert nøyaktig og med epentese. En nedgang i dette tiltaket vil reflektere deltakerne som kommer nærmere målartikulasjonen. Varigheten av vokaler som følger klyngen vil også bli målt for å inkludere som en faktor i våre analyser som en proxy for talehastighet. Hvert /gd/- og /pt/-token vil bli skåret av to uavhengige kodere for hvert av disse målene, og de vil også bli kodet for nøyaktighet og feiltype. For hver token der målene var forskjellig med mer enn 5 ms, vil to kodere undersøke elementet på nytt for å bli enige om målingen. Dette vil være de endelige verdiene som brukes i analysene. Denne prosessen har blitt standardisert i laboratoriet vårt i tilnærminger til varighetsmål.