本方案旨在通过应用事件相关电位技术,研究重度聋哑受试者在接受短期听觉-触觉感觉替代训练后,与学习相关的潜在电生理变化。
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本方案旨在通过应用事件相关电位技术,研究重度聋哑受试者在接受短期听觉-触觉感觉替代训练后,与学习相关的潜在电生理变化。
本文探讨了基于脑电图的方法在年轻重度聋(PD)参与者中评估听觉-触觉替代训练效果的应用,旨在分析与振动触觉复杂声音辨别相关的神经机制。大脑电活动反映了动态的神经变化,事件相关电位(ERPs)具有高时间精度,已被证实对于研究涉及注意力和工作记忆的行为任务中与时间锁定的神经过程具有关键作用。
本方案旨在研究帕金森病(PD)受试者在执行持续性操作任务(CPT)时的电生理活动,任务中采用复杂声音刺激,包括五种不同的动物声音,通过佩戴在右手食指上的便携式刺激系统传递。采用重复测量设计,在为期15天的短期训练计划(共五次,每次1小时)前后,分别在标准条件下进行脑电图(EEG)记录,随后进行离线伪迹校正和片段平均处理,以获得个体及总平均波形。行为学结果显示,训练后受试者对目标刺激的辨别能力显著提高,并出现更明显的类P3中央顶区正向波形。本方案中,事件相关电位(ERPs)有助于进一步理解PD受试者在复杂声音的听觉-触觉辨别过程中与学习相关的神经变化。
早期重度耳聋是一种感觉功能障碍,会严重影响口语能力的获得以及对环境声音的感知,而这些环境声音在正常听力者日常生活中起着至关重要的作用。保留且功能正常的听觉感觉通路使我们能够在视线范围外听到有人接近的脚步声、对迎面而来的车辆、救护车警报声和安全警报做出反应,并在他人需要我们注意时回应自己的名字。因此,听觉对于言语、交流、认知发育以及与环境进行及时互动至关重要,包括感知周围环境中潜在威胁的能力。几十年来,研究者一直在探索听觉-触觉感觉替代作为一种替代性声音感知方法的可行性,希望其能辅助重度听力障碍个体的语言发育,但迄今成果有限1,2,3。感觉替代旨在通过不同于常规感觉通道的其他人类感觉通路向使用者传递环境信息,已有研究表明这种跨感觉系统的替代在不同感官系统之间是可行的4,5。具体而言,听觉-触觉感觉替代是指皮肤机械感受器能够将构成听觉信息的声波物理能量转化为神经兴奋模式,这些模式可被感知,并与体感通路及高级体感皮层区域整合6。
多项研究已表明,重度聋人仅通过振动触觉感知即可区分音乐音色7,并能利用复杂振动触觉刺激的频谱线索区分同性别说话者8。近期的研究发现进一步表明,聋人通过短暂而结构良好的听觉-触觉感知训练项目可获得显著益处,其区分不同纯音频率9以及不同时间持续长度纯音的能力均得到显著提升10。这些实验采用事件相关电位(ERPs)、图论连接方法以及定量脑电图(EEG)测量技术来描绘和分析大脑功能机制。然而,在本文之前,尚无研究探讨与复杂环境声音辨别相关的神经活动。
事件相关电位(ERPs)已被证明在研究与时间锁定的认知过程方面具有重要价值,其时间分辨率极高,可达毫秒级别,适用于涉及注意分配、工作记忆和反应选择的行为任务11。正如Luck、Woodman和Vogel12所述,ERPs本质上是多维度的加工测量指标,因此非常适合用于独立测量认知的各个子成分。在ERP实验中,由刺激呈现所诱发的连续ERP波形可用于直接观察介于刺激与行为反应之间的神经活动。该技术的其他优势,例如成本效益高和非侵入性,使其成为研究临床人群认知过程精确时间进程的理想工具。此外,在重复测量设计中应用ERP技术,即对患者进行多次记录其脑电活动,以研究训练项目或干预措施后电生理活动的变化,能够进一步揭示随时间推移的神经变化。
P3组分是最为广泛研究的认知电位13,目前被认为可对各种刺激产生反应,尤其明显地对低概率、高强度或高显著性的刺激,或需要某种行为或认知反应的刺激产生响应14。该组分在临床模型中评估总体认知效率方面也被证明极为有用15,16。评估P3波形变化的一个显著优势在于,由于其振幅较其他较小的成分更大,因而是一种易于观察的神经反应;它具有典型的中央-顶叶拓扑分布特征,并且通过适当实验设计也相对容易诱发17,18,19。
在此背景下,本研究旨在探讨重度聋患者经过短期振动触觉声音辨别训练后与学习相关的脑电生理变化。此外,应用事件相关电位(ERP)工具来描绘任务所要求的认知资源暂时性参与背后的脑功能动态变化。
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该研究经神经科学研究所伦理委员会(ET062010-88,瓜达拉哈拉大学)审查并批准,确保所有程序均按照《赫尔辛基宣言》的规定进行。所有参与者均自愿同意参加,并签署了书面知情同意书(未成年人由其父母签署知情同意书)。
1. 实验设计
2. 受试者选择
3. 训练前脑电图记录阶段
4. 听觉-触觉感觉替代训练方案
5. 训练后脑电图记录阶段
6. 脑电图分析
注意:脑电图采集步骤使用脑电图记录软件完成,脑电图处理步骤则使用独立的脑电图分析软件完成。
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为说明如何通过评估17名帕金森病(PD)个体(平均年龄 = 18.5岁;标准差 = 7.2岁;8名女性和11名男性)在听觉-触觉感觉替代辨别训练前后P3成分的变化来衡量该训练的效果,我们绘制了多个图示以展示事件相关电位(ERP)波形。ERP图示结果显示,在训练后,针对目标刺激出现了一个更为显著的类似P3的中央顶区正向波形。在训练前条件下,ERP表明目标刺激(T)与非目标刺激(NT)条件的区分不如训练后条件清晰。因此,结果提示为期五次的训练方案对与复杂声音刺激辨别相关的神经反应产生了影响。 图3 显示了预训练的总体平均结果,以及 图 4 展示了训练后的总平均结果,反映了本研究的主要发现。 图5 显示了使用5 Hz低通数字滤波器绘制时,这些ERP波形的变化情况。 事后 滤波显著降低了主要由个体差异引入的噪声,同时保留了本研究关注的P3波形中与训练相关的变化。
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利用ERP工具,我们设计了一项方案,用于观察和评估区分不同纯音振动触觉表征的振动触觉辨别能力的逐步发展过程。我们先前的研究已证明,振动触觉刺激是一种适用于重度聋人个体的可行听觉感知替代方法。然而,由于自然声音相较于纯音更为复杂,对语言声音辨别潜力的探索仍需单独进行。
作为朝此方向迈出的第一步,本实验方案重点关注事件相关电位(ERP)成分在时空上的表现,以进一步理解帕金森病(PD)受试者在复杂声音的听觉-触觉辨别学习过程中相关的神经变化。尽管目前对于P3成分在决策过程中的确切功能作用尚未达成统一共识,但我们的结果表明,P3反映了一种由工作记忆引导的目标识别机制21,这类分类过程可通过多次训练实践进行调整,属于目标导向学习策略的一部分。本实验中观察到的P3波形支持这样一种观点:该成分可能追踪的是识别过程本身,而非由刺激识别完成所诱发22。行为学与电生理学结果均表明,一旦个体接受了适当训练,自然的复杂声音(如本实验所用)可通过振动触觉辨别过程进行识别与区分。然而,我们也审慎考虑了若干局限性,尤...
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我们确认,本出版物不存在任何已知的利益冲突,且本研究未获得可能影响其结果的重大经济支持。
我们感谢所有参与者及其家人,以及使本工作得以实现的各机构,特别是哈利斯科聋人协会、哈利斯科聋人体育文化休闲协会、包容性教育协会(A.C.)和第七预科学校。我们还感谢桑德拉·马尔克斯对本项目的贡献。本研究由 SEP-CONACYT-221809 基金、SEP-PRODEP 511-6/2020-8586-UDG-PTC-1594 基金以及神经科学研究所(墨西哥哈利斯特大学)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Audacity | Audacity 团队 | audacityteam.org | 免费、开源、跨平台的音频编辑软件 |
| 听力计 | 共振 | r17a | |
| 脑电图分析软件 | 神经元的 ,S.A. | ||
| 脑电图记录软件 | 神经元的 ,S.A. | ||
| 电容 | Electro-cap International, Inc. | E1-M | 带有19个有源电极、可调节绑带和胸带的帽状装置 |
| 电泳凝胶 | Electro-cap International, Inc. | ||
| 外接电脑扬声器 | |||
| Freesound | 音乐技术组 | freesound.org | 知识共享许可声音数据库 |
| 钩面与毛面搭扣 | 魔术贴 | ||
| IBM SPSS(社会科学统计软件包) | IBM | ||
| 单个电极 | Cadwell | 金牌杯,60 英寸 | |
| MEDICID-5 | Neuronic, S.A. | 脑电图记录设备(包括放大器和计算机)。 | |
| Nuprep | 韦弗及其团队 | 心电图 &和脑电图用研磨性皮肤准备凝胶 | |
| 带触摸屏的便携式计算机 | 戴尔 | ||
| SEVITAC-D | 阿根廷卡马科中心。Luis Campos 专利(2002年)。 | http://sevitac-d.com.ar/ | 便携式刺激器系统佩戴于食指指尖,由一片微小的柔性塑料膜组成,膜的表面积为78.5 mm²,可通过模拟信号传输响应声压波而产生振动。其声音频率范围为10 Hz至10 kHz。 |
| 刺激呈现软件 Mindtracer | Neuronics, S.A. | ||
| 刺激计算机显示器和键盘 | |||
| 平板电脑 | 联想 | ||
| Ten20 传导性神经诊断电极膏 | 韦弗公司 |
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