Neuroplasticitet hos multisensoriska kortikala områden inducerade av musikalisk träning: en translationell metod (MusicPlast) (MusicPlast)

Mål och forskningsfrågor

Det första målet med MUSICPLAST är att på djupet utforska utvecklingen av audiovisuell perception i den friska mänskliga hjärnan och i detalj beskriva motsvarande kortikala nätverk som är involverade. EEG-mätningar med hög densitet (128 kanaler) kommer att användas för att förverkliga detta mål efter ett stimuleringsprotokoll som innehåller auditiva, visuella och audiovisuella korrespondenser i ett enhetligt multisensoriskt udda paradigm. Beteendemässig och neuropsykologisk utvärdering av försökspersonernas multisensoriska perceptuella förmågor kommer att utföras för att uppnå en helhetsförståelse av fenomenet. Jämförelsen inom ämnen av de olika förhållandena kommer att avslöja motsvarande nätverk, medan ämnen mellan ämnen, dess utvecklingsbana. Hypotesen för detta experiment är att nätverket som ligger bakom audiovisuell uppfattning kommer att bestå av kortikala områden som förbinder utbredda regioner inklusive dorsolaterala regioner i frontalbarken. När det gäller dess utveckling, och baserat på det faktum att beteendemässig multisensorisk integration fortsätter att förbättras i hälsosamt åldrande, antas det att nätverket kommer att omorganiseras och visar ökad täthet och effektivitet allt eftersom åldern fortskrider.

Det andra målet med MUSICPLAST är att på djupet utforska plasticiteten i det kortikala nätverket som ligger bakom audiovisuell uppfattning i den friska mänskliga hjärnan, som inducerad via en dator tillhandahållen kortvarig musikalisk lästräning. För och efter träning med hög densitet EEG, beteendemässiga och neuropsykologiska mätningar kommer att användas för att förverkliga detta mål enligt samma stimuleringsparadigm som för det tidigare nämnda målet. Hypotesen för detta experiment är att nätverket som ligger bakom den audiovisuella uppfattningen kommer att omorganiseras och visar ökad global täthet och effektivitet, större förbindelser mellan temporala och frontopolära regioner och en gradvis minskning av mängden plasticitet som ett resultat av åldersökningen.

Det tredje målet med MUSICPLAST är att utvärdera effektiviteten av det föreslagna datoriserade träningsprotokollet för musikläsning som ett verktyg som kommer att främja fördelaktiga neuroplastiska förändringar i patologiska populationer och specifikt dylektiska ungdomar och äldre. För och efter träning med hög densitet EEG, beteendemässiga och neuropsykologiska mätningar kommer att användas för att förverkliga detta mål enligt samma stimuleringsparadigm som för de tidigare nämnda målen. Hypotesen för detta experiment är att nätverket som ligger bakom den audiovisuella uppfattningen kommer att omorganiseras på ett fördelaktigt sätt på grund av att utbildningen visar ökad global täthet och effektivitet, större anslutning mellan temporala och frontopolära regioner och att dessa förändringar kommer att åtföljas av förbättringar i motsvarande beteendemässiga och neuropsykologiska utvärdering.

Forskningsdesign och metodik Deltagare

En provstorleksanalys utfördes via G-Power baserat på data från en tidigare relevant studie av PI och indikerade att den önskade provstorleken för att nå en potens av 0,8 och en dubbelsidig signifikansnivå på a = 0,05 är 13 försökspersoner i varje grupp. För att ta hänsyn till eventuella avhopp kommer MUSICPLAST att inkludera 20 försökspersoner i varje grupp [ungdomar (n=20), unga vuxna (n=20), äldre (n=20) och kontroller (n=20)]. Studien kommer att genomföras enligt Helsingforsdeklarationen när det gäller mänskliga försökspersoners deltagande i forskning.

EEG och beteendemätningar

Innan träningens början och efter avslutad träning kommer deltagarna att utsättas för 2 elektroencefalografiska mätningar. Inspelningarna kommer att utföras i ett elektromagnetiskt avskärmat rum beläget i Medical Physics Laboratory of AUTH med hjälp av ett Nihon Kohden EEG-1200-system med 128 aktiva elektroder. Den första mätningen kommer att vara av aktivitet i vilotillstånd, vilket möjliggör en nätverksanalys av kortikal anslutning i vilotillstånd, medan den andra kommer att registrera händelsepotentialer via ett multisensoriskt udda paradigm som är lämpligt justerat för audiovisuell perception, eftersom det innehåller audiovisuella, auditiva och visuella felmatchningar inom en springa. Detta paradigm har föreslagits och framgångsrikt tillämpats i en serie studier av PI och det tillåter både en spatiotemporal analys av den kortikala aktiviteten såväl som en funktionell anslutningsanalys.

Parallellt med EEG-mätningarna kommer försökspersonerna att reagera beteendemässigt via knapptryckningar på en audiovisuell kongruensuppgift där de måste utvärdera om de presenterade bilderna motsvarar de toner de hör baserat på regeln "ju högre tonhöjd - desto högre cirkelns position". Denna mätning kommer att möjliggöra beteendeutvärdering av diskrimineringsnoggrannheten hos kongruenta och inkongruenta audiovisuella stimuli.

Före början av utbildningen och efter dess slutförande kommer deltagarna att utsättas för en neuropsykologisk utvärdering, som kommer att bestå av ett batteri med följande tester:

Alla ämnen:

Stroop Test Trail A och B Digit Span Test Performance Subtest av Wechsler Intelligence Scale Children III eller Wechsler Adult Intelligence Scale beroende på ålder.

Endast äldre:

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

Endast dylektiker:

Ord- och nonordläsning Ord- och nonordstavning Fonologisk förmåga

Intervention - MUSICPLAST träningsprotokoll

Varje ämne kommer att få 20 pass av den datoriserade utbildningen baserad på en förenklad musikläsning inom en period av 4 veckor. Utbildningen kommer att ges via en smartphone eller surfplatta. Ansökan kommer att registrera en loggfil för varje träningspass, som kommer att pågå i 20 minuter och loggfilen kommer att vara direkt tillgänglig för forskaren, så att han/hon kan följa ämnets deltagande och engagemang i rätt tid. De stimuli som används i träningsprotokollet kommer att konstrueras enligt samma principer som de audiovisuella stimulansmönster som används i EEG-inspelningarna: en visuell bild kommer att visa en cirkel ovanpå en bakgrund med 5 horisontella linjer. Varaktigheten av mönstren kommer att vara av en genomsnittlig varaktighet av 10 sekunder.

Cirkelns position inom de fem linjerna kommer antingen att följa regeln "ju högre tonhöjden är, desto högre är cirkelns position" eller så kommer den att bryta mot regeln ovan. Denna regel följdes i princip även i tidigare studier utförda av PI med positiva resultat avseende den inducerade neuroplasticiteten. De visuella bilderna kommer bara att representera tonhöjdens frekvens och inte det rytmiska mönstret. Deltagaren måste svara i slutet av varje provversion via en knapptryckning om den audiovisuella ingången bekräftade eller bröt mot den ovan presenterade regeln. En återkopplingsbild av ett leende ansikte för de korrekta svaren eller ett ansikte som inte ler för de felaktiga svaren kommer att tillhandahållas för varje försök. Protokollet kommer att vara av anpassad svårighetsgrad och ha 5 svårighetsgrader som kommer att baseras på 2 olika faktorer: presentationshastigheten och svårighetsgraden för det musikaliska mönstret. I motsats till EEG-mätproceduren, under vilken de melodiska mönstren kommer att vara okända för försökspersonerna, kommer de melodiska mönstren som används i träningen att bestå av korta men identifierbara delar av kända musikstycken för att engagera deltagarna och för att provocera fram känslomässig respons . Träningen kommer att förbättras i jämförelse med motsvarande tidigare studier av PI genom att ge feedback och genom att använda kända musikstycken som kommer att inducera en känslomässig respons hos deltagarna.

EEG-dataanalys och statistiska procedurer

EEG-data som samlas in kommer att förbehandlas med programvaran Brain Electrical Source Analysis (BESA research, version 6, Megis Software, Heidelberg, Tyskland). De inspelade data kommer att separeras i epoker på 1000 ms inklusive ett förstimulusintervall på 200 ms. Epoker kommer att baslinjekorrigeras med intervallet från -100 till 0 ms. Strömdensitetsrekonstruktioner (CDR) kommer att beräknas på de neurala svaren hos varje individ och varje tillstånd med hjälp av sLORETA-metoden55 som tillhandahålls av BESA. The Matlab ® (The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, USA.) verktygslåda HERMES56 kommer att användas för att beräkna närliggande matris från voxel-tidsserien. Verktygslådan Network Based Statistic (NBS) kommer att användas för att statistiskt identifiera signifikanta samband i graferna, med hjälp av en allmän linjär modell. För den statistiska analysen av data kommer en 2 × 2 × 2 × 2 blandad modell ANOVA-design att följas, med 3 inom ämnesfaktorer: tillstånd (kongruent och inkongruent), modalitet (audiovisuell, auditiv och visuell) och tid (före- och efterutbildning) och ett mellan ämnen: (åldersgrupp). Signifikansnivån kommer att sättas till p < 0,05 korrigerad för flera jämförelser via Family Wise Error-korrigering.