Etablera premotoriska och motoriska cortexs roll i tDCS-underlättad talmotorisk inlärning

Studieöversikt

Grupper av opåverkade deltagare kommer alla att få talmotorisk träning av icke-ord, och sex tDCS-tillstånd kommer att jämföras: anodal tDCS över talmotoriska regioner; katodala tDCS över talmotoriska regioner; anodal tDCS över vänstra frontala regioner; katodiskt tDCS över vänstra frontala regioner; katodstimulering över icke-talmotoriska regioner (anodal redan insamlad); och sken-tDCS (ingen stimulering). Detta kommer att ta upp en grundläggande vetenskaplig fråga om huruvida mekanismen bakom talmotorisk inlärning kräver att premotoriska och motoriska kortikala regioner stimuleras, vilket har konsekvenser för behandling av förvärvad talnedsättning. Det primära utfallsmåttet kommer att vara skillnaden i produktionsnoggrannhet och förändringar i motorisk skärpa (mätt med varaktighet) av ny konsonantklusterproduktion.

Metoder & procedurer Deltagarna kommer till testrummet och proceduren kommer att diskuteras med dem. Detta inkluderar att bekanta dem med tDCS-enheten och förklara hur den fungerar, att återigen säkerställa att de inte uppfyller något av uteslutningskriterierna och förklara de möjliga biverkningarna av övergående stickningar och/eller rodnad under stimuleringen. Vi kommer att förklara att alla lämpliga skydd är på plats. Vi kommer också att förklara studiens singelblinda natur genom att deltagarna kan få antingen aktiv stimulering eller skenstimulering. Förklaringen och själva stimuleringen kommer att utföras av individer som har fått utbildning och certifiering i säker användning av tDCS. Efter att ha fastställt deltagarens behörighet för studien genom att bekanta sig med utrustningen, kommer de att fylla i samtyckesformuläret. Totalt blir det två besök där det första besöket tar cirka 85 minuter och det andra besöket cirka 15-20 minuter.

Talstimuli. Talstimuli är disyllabiska icke-ord som börjar med icke-native infödda konsonantkluster (t.ex. GDEEVOO; FNEEGDWOP). Åtta icke-inhemska kluster kommer att användas, med fyra non-ord för varje kluster som tränas under träningspasset och fyra sparas för retentionstestning. Alla icke-ord kommer att innehålla andra lagliga engelska ljud och sekvenser än det initiala konsonantklustret, men skiljer sig i formen av konsonant-vokal (CV) på stavelserna (t.ex. GDEEVOO /gdivu/ har formen [CCV.CV]; FNEEGDWOP /fnigdw? p/ har formen [CCVC.CCVC]). De auditiva stimulierna har redan spelats in av en fonetiskt tränad rysk-engelska tvåspråkig högtalare med hjälp av en Shure SM-10 huvudmonterad mikrofon kopplad till en Marantz PMD660 digital inspelare. Ljudfilerna skarvades för att lämna 10 ms av tystnad vid början och förskjutning av varje objekt med hjälp av Praat, och stimulusamplituden normaliserades. Ortografiska versioner av nonorden presenterades också för deltagarna för att säkerställa att fel i klusterproduktionen inte uppstod av missuppfattningar.

Uppgiftsprocedur för talmotorisk inlärning. All provning kommer att ske i ett ljuddämpat provrum. Deltagarna kommer att sitta framför en dator och deras produktioner spelades in med en Shure BETA 58A-mikrofon i ett skrivbordsmikrofonstativ kopplat till Marantz PMD660. Denna inställning tillåter deltagaren att ha tDCS-installationen på sin hårbotten under hela inlärningsuppgiften.

Förövning. För att säkerställa att individer förstår uppgiften kommer vi att tillhandahålla två saker i förövningen ("FTAKE" och "FNIP"). Dessa objekt har valts ut eftersom engelska lyssnares uppfattning om dessa kluster vanligtvis är korrekt, vilket gör att vi enkelt kan ge korrekt feedback. Vi kommer att tillhandahålla instruktioner om att exakt producera konsonantkluster för alla. Förövningen tar cirka två minuter.

Öva. Under praktiken kommer deltagarna att producera 4 nonord per kluster (32 nonord med olagliga kluster totalt) sju gånger vardera tillsammans med 62 filler stimuli som inte innehåller kluster. Slumpmässiga stimulanspresentationsorder har genererats och modifierats för att säkerställa att ingen stimulans presenteras två gånger i följd. Föremål kommer att balanseras mellan deltagarna så att hälften av deltagarna kommer att tränas på ena halvan av nonorden och den andra halvan på de andra nonorden. För varje stimulans kommer deltagarna att presenteras med både auditiva och ortografiska versioner samtidigt. Övningssessionen kommer att struktureras för att inkludera en stor mängd övning av de kluster som presenteras slumpmässigt och i olika sammanhang. Ingen online-feedback kommer att ges med tanke på svårigheten att uppfatta exaktheten hos dessa kluster. Hela träningspasset tar cirka 25 minuter.

Bibehållande. Sessionerna för kortvarig retention (R1) och längre tids retention (R2) kommer att vara identiska, med R1 som börjar cirka 30 minuter efter träningens slut, och R2 äger rum i en separat session två dagar senare. För varje kluster kommer deltagarna att producera de fyra tränade nonorden samt fyra nya, otränade nonord som börjar med klustret. Varje stimulans kommer att produceras tre gånger (192 totalt klusterstimuli) under retentionssessionerna, med ytterligare 110 utfyllnadsobjekt som inte innehåller kluster. Stimulierna kommer att randomiseras och presenteras elektroniskt.

tDCS-förfarande. tDCS-elektroderna kommer att placeras på alla deltagare i lämplig konfiguration för deras slumpmässigt tilldelade grupp. Deltagarna kommer att spendera de första 10 minuterna av stimulering med att utföra datoriserade arbetsminnesuppgifter (t.ex. framåt och bakåt siffror och blockspann, alla med tangentbords- eller knappboxsvar), i enlighet med vår tidigare upptäckt att stimulering före talinlärningsuppgiften kan underlätta ytterligare inlärning . En 1x1 Soterix batteridriven strömstimulator levererade ström med hjälp av gummi-kolelektroder (35 cm2) med omgivande saltlösningsindränkta svampar. Elektroderna kommer att placeras baserat på det slumpmässigt tilldelade tillståndet med skenelektrodplacering delad mellan elektrodkonfigurationerna. För deltagare som får aktiv tDCS kommer enheten att leverera 1mA ström i 20 minuter. För sham tDCS kommer strömmen att rampa upp till 1mA under 30 sekunder för att simulera känslan av stimulering, men kommer sedan omedelbart att minska och stängas av. Stimuleringsintensitet och varaktighet valdes baserat på de mest använda parametrarna i litteraturen.

Active/sham ställs in med en enda växel på vår enhet och kommer att göras i förväg av en separat medlem av forskargruppen. Deltagarna kommer att vara blinda för stimulanstillstånd. Deltagarna kommer att tillfrågas vilket tDCS-tillstånd de trodde att de var i dag 2; i en tidigare studie i vårt labb med 80 deltagare hade deltagarna chansen att korrekt identifiera sitt tillstånd (44/80 identifierade korrekt sitt tillstånd, med 22/40 sken och 22/40 aktiva identifierade tillståndet korrekt).

Gruppuppgift.

Baserat på slumpmässiga gruppuppgifter kommer försökspersonerna att slutföra de 35 minuterna efter informerat samtycke enligt följande:

1. Aktiva tDCS-grupper kommer att få aktiva tDCS i ett av villkoren som beskrivs i avsnitt 2.1. i 20 minuter. De första 10 minuterna kommer att involvera icke-språkliga uppgifter, och sedan börjar den talmotoriska uppgiften och varar cirka 25 minuter. Strömmen stoppas automatiskt efter 20 minuter och den talmotoriska inlärningsuppgiften fortsätter.
2. Sham tDCS-grupper kommer att ta emot sham tDCS, med elektroderna påsatta i ett av villkoren som beskrivs i avsnitt 2.1. Stimuleringen rampar upp till 1mA under 30 sekunder och minskar sedan och stängs av. Beteendeuppgifterna är identiska med de aktiva tDCS-grupperna. De första 10 minuterna kommer att involvera icke-språkliga uppgifter, och sedan börjar den talmotoriska uppgiften och varar cirka 25 minuter.

Alla deltagargrupper kommer sedan att ägna sig åt orelaterade kognitiva och språkliga uppgifter under 30 minuter, följt av kortvarig retention och generalisering. Alla deltagare kommer tillbaka två dagar senare för långsiktig retention och generaliseringstestning.

UTFALLSMÅTT

Klustrets noggrannhet. Alla inspelade produktioner som innehåller konsonantkluster kommer att transkriberas med den akustiska vågformen, spektrogrammet och perceptionen. Den vanligaste feltypen vid framställning av dessa kluster är infogningen av en schwa-vokal antingen mellan de två konsonanterna (/gdivu/ -> [gEdivu]) eller före klustret (/gdivu/ -> [Egdivu]). Eftersom dessa infogningar är svåra för engelsktalande att uppfatta, kommer vi att använda akustiska egenskaper för att identifiera närvaron av en vokal. En vokal kommer att identifieras genom närvaron av formantstruktur i spektrogrammet (särskilt högre formanter F2, F3, etc., eftersom dessa inte kan förväxlas med f0) och en motsvarande vokalisk (periodisk) del i den akustiska vågformen. Andra fel som radering av konsonanter (t.ex. /gdivu/ -> [divu]) och substitution (t.ex. /gdivu/ -> [glivu]) kommer att identifieras perceptuellt och verifieras med den akustiska posten. De återstående ljuden i icke-orden (t.ex. [ivu]-delen av /gdivu/) kommer att transkriberas perceptuellt. Klusternoggrannhet återspeglar endast de två första konsonanternas noggrannhet; hela nonords noggrannhet återspeglar hela stimulansen. För varje deltagare kommer poängsättningen att slutföras av en enda kodare som var blind för deltagarens tDCS-tillstånd samt sessionen som varje token kom från. Interbedömarens tillförlitlighet kommer att utvärderas på två sätt. För det första kommer 25 % av deltagarna att kodas helt av två separata individer för att beräkna punkt-till-punkt interter-avtal. För det andra kommer varje /gd/- och /pt/-token från varje högtalare att analyseras för att avgöra om den innehöll epentes av två oberoende kodare när de mäter varaktigheten av burst-to-burst-sekvensen.

Varaktighet från skur till skur. Som ett sekundärt mått på klusterförvärvning kommer vi att undersöka varaktigheten från stoppskuren för den första konsonanten till stoppskuren för den andra konsonanten i /gd/ och /pt/ initiala ord. Vi kommer att inkludera kluster producerade noggrant och med epentes. En minskning av detta mått kommer att spegla deltagare som kommer närmare målartikulationen. Varaktigheten av vokaler efter klustret kommer också att mätas för att inkludera som en faktor i våra analyser som en proxy för talhastighet. Varje /gd/ och /pt/ token kommer att poängsättas av två oberoende kodare för var och en av dessa åtgärder, och de kommer också att kodas för noggrannhet och feltyp. För varje token där måtten skiljde sig med mer än 5 ms, kommer två kodare att granska föremålet igen för att komma överens om måttet. Dessa kommer att vara de slutliga värdena som används i analyserna. Denna process har standardiserats i vårt labb i metoder för varaktighetsmått.