Somatosensorischen Ereignis-korrelierte Potenziale von Orofaziale Haut Stretch Stimulation

Sprachproduktion hängt sowohl von auditiven und somatosensorischen Informationen. Die auditiven und somatosensorischen Feedback treten in Kombination von den ersten Laute von einem Säugling produziert und beide sind in der Rede motorischen Lernens beteiligt. Jüngste Ergebnisse deuten darauf hin, dass somatosensorische Prozesse tragen zur Wahrnehmung sowie Produktion. So klingt die Identifikation der Sprache verändert, wenn ein Roboter-Vorrichtung erstreckt sich die Gesichtshaut als Teilnehmer hören auf akustische Reize ^1. Air Puffs an der Wange, die mit auditiven Sprachreizen überein verändern Wahrnehmungsurteile Teilnehmer ^2.

Diese somatosensorischen Effekte beinhalten die Aktivierung von kutanen Mechanorezeptoren in Reaktion auf Hautverformung. Die Haut wird auf verschiedene Weisen während der Bewegung verformt und kutane Mechanoreceptoren führen bekanntlich zu kinästhetische Sinne ^3,4 beizutragen. Der kinästhetische Rolle der kutanen Mechanorezeptoren ist demondurch die jüngsten Feststellungen ^5-7, dass die Bewegung bedingte Hautstämme werden in geeigneter Weise, wie Beugung oder Streckung Bewegung je nach dem Muster der Haut Stretch ⁶ wahrgenommen strated. Im Laufe der Sprechmotorik Ausbildung, die die Wiederholung von bestimmten Sprachäußerung mit begleitender Gesichtshaut Dehnungs Rede ist, ändern Artikulationsmuster adaptiv ^7. Diese Studien zeigen, dass die Modulation der Haut Stretch während der Aktion ist ein Verfahren zur Bewertung des Beitrags der kutanen Afferenzen auf die kinästhetische Funktion des sensomotorischen Systems.

Der kinästhetische Funktion der orofazialen kutanen Mechanorezeptoren wurde vor allem mit psychophysiologischen Methoden ^7,8 und Mikroelektroden-Umkodierung von sensorischen Nerven ^9,10 sucht. Hier konzentriert sich das aktuelle Protokoll auf der Kombination von orofazialen somatosensorischen Stimulation mit Gesichtshaut Verformung und ereignisbezogenen Potenzial (ERP) Aufnahme verbunden. Thist Vorgehensweise hat genaue experimentelle Kontrolle über die Richtung und den Zeitpunkt der Gesichtshaut Verformung mit Hilfe eines computergesteuerten Robotervorrichtung. Dies erlaubt uns, spezifische Hypothesen über die somatosensorischen Beitrag zur Sprachproduktion und Wahrnehmung durch selektive und präzise Verformungsgesichtshaut in einer Vielzahl von Orientierungen sowohl während der Rede motorischen Lernens zu testen und direkt bei der Sprachproduktion und Wahrnehmung. ERP Aufzeichnung werden zur nichtinvasiven Auswertung der zeitlichen Muster und Zeitpunkt der Einfluß der somatosensorischen Stimulation auf orofacial Verhaltensweisen. Das aktuelle Protokoll kann dann die neuronalen Korrelate der kinästhetische Funktion auszuwerten und zu bewerten den Beitrag des somatosensorischen Systems sowohl für Sprachverarbeitung, Sprachproduktion und Sprachwahrnehmung.

Um die Nützlichkeit der Anwendung von Hautdehnungs Stimulation ERP Aufnahme zeigen, konzentriert sich die folgende Protokoll auf der Wechselwirkung von somatosensorischen und auditive Eingabe in Rede perception. Die Ergebnisse zeigen eine potenzielle Methode zur somatosensorischen-auditive Interaktion in der Rede zu bewerten.

Die aktuelle experimentelle Protokoll folgt den Richtlinien für ethisches Verhalten nach der Yale University Menschenuntersuchungsausschuss.

1. Electroenchephalopgaphy (EEG) Herstellung

1. Messen Sie die Kopfgröße, um die entsprechende EEG-Haube zu bestimmen.
2. Identifizieren Sie die Lage der Scheitelpunkt von der Suche nach der Mitte zwischen Nasion und Inion mit einem Maßband.
3. Legen Sie die EEG-Haube auf dem Kopf mit dem vorher festgelegten Scheitelpunkt als Cz. Untersuchen Cz wieder, nachdem Sie den Deckel, indem Sie ein Maßband wie in 1.2 getan. Man beachte, daß das EEG Kappe ist mit Elektrodenhalterungen ausgestattet ist, und die Platzierung der Elektroden 64 (oder Halter) auf einem modifizierten 10-20-System mit im Voraus festgelegten Koordinatensystem mit Cz ¹¹ basiert.
   Hinweis: Diese repräsentative Anwendung eine 64-Elektroden-Konfiguration, um die Kopfhaut Verteilung Änderungen und zur Quellenanalyse. Für einfachere Anwendungen (ereignisbezogene möglichen Veränderungen in der Amplitude und Latenz) using weniger Elektroden sind möglich. Es gibt zwei zusätzliche Elektroden zum Boden in der hier verwendeten EEG-System. Diese Elektrodenhalter werden auch in der Kappe enthalten.
4. Bewerben Elektroden-Gel in den Elektrodenhalter mit einer Einwegspritze.
5. Befestigen EEG-Elektroden (einschließlich Masseelektroden) in den Elektroden Halter passend zu den Markierungen der Elektroden und der Elektrodenhalter auf der Elektrodenkappe.
6. Reinigen Sie die Oberfläche der Haut mit Alkohol-Pads.
   Anmerkung: Für Elektroden zum Erfassen Augenbewegung (elektro Okulographie) sind die Haut Stellen oberhalb und unterhalb des rechten Auges (vertikale Augenbewegung) und lateral von der äußeren Augenwinkel der beiden Augen (horizontale Augenbewegung); für somatosensorische Stimulation die Haut seitlich der Mundwinkel wird gereinigt.
7. Füllen Sie die vier elektro Okulographie Elektroden mit der Elektroden-Gel und sichern Sie die Elektroden mit doppelseitigem Klebeband auf die Standorte in 1.6 festgestellt.
8. Sichern Sie alle Elektrodenkabel mit einem Klettverschluss. Wenn required, kleben Sie die Kabel an Körper Teilnehmers oder die anderen Standorte, die keine zusätzliche elektrische oder mechanische Rauschen einführen.
9. Positionieren Sie den Teilnehmer vor dem Monitor und den Roboter zur somatosensorischen Stimulation. Sichern Sie alle Elektrodenkabel wieder wie in 1.8.
10. Schließen Sie das EEG und elektro Okulographie Elektroden (einschließlich der Masseelektroden) in die entsprechenden Verbindungsstücke (passenden Etikett und connecter Form) am Verstärker Feld des EEG-Systems.
11. Überprüfen Sie, dass die EEG-Signale artefaktfreie und dass der Offset-Wert in einem akzeptablen Bereich (<50 & mgr; V oder kleiner) ist sind. Wenn verrauschte Signale oder große Offsets, die normalerweise anzeigt hochohmig sind gefunden werden, diese richtige Elektrodensignale durch Hinzufügen zusätzlicher EEG-Gel und / oder Neupositionierung Haare, die direkt unter der Elektrode.
12. Legen Sie die EEG-kompatible Kopfhörer und bestätigen, dass der Schallpegel in einem angenehmen Bereich basierend auf Thema Bericht.

Dieser Abschnitt stellt repräsentative Ereignis-korrelierte Potenziale in Reaktion auf somatosensorische Stimulation von Gesichtshaut Verformung resultieren. Der experimentelle Aufbau ist in Abbildung 1 dargestellt. Sinusoidal Stimulierung wurde auf die Gesichtshaut seitlich der Mundwinkel (siehe 3A als Referenz) aufgetragen. Einhundert Dehnungsversuche wurden für jeden Teilnehmer mit 12 Teilnehmern in insgesamt getestet aufgezeichnet. Nach dem Entfernen der Studien mit blinkt und Augenbewegungsartefakte offline auf der Basis der horizontalen und vertikalen elektro Okulographie Signale (über ± 150 & mgr; V), mehr als 85% der Versuche wurden gemittelt. EEG-Signale wurden mit einem 0,5 bis 50 Hz Bandpassfilters gefiltert und dem Durchschnittswert für alle Elektroden erneut referenziert. 2 zeigt die durchschnittliche somatosensorischen ERP von ausgewählten repräsentativen Elektroden. In frontalen Regionen, wurden negative Spitzenpotentiale bei 100-200 ms po induziertest Reizbeginn von einem positiven Potential bei 200-300 ms gefolgt. Die größte Reaktion wurde in der Mittellinie Elektroden beobachtet. Anders als die früheren Studien mit somatosensorischen ERP 15-18, gibt es keine früheren Latenz (<100 ms) Potentiale. Dieses zeitliche Muster ist ziemlich ähnlich wie die typischen N1-P2-Sequenz folgenden Hörstimulation 19. Im Vergleich zwischen dem entsprechenden Paar von Elektroden in der linken und rechten Hemisphäre ist die zeitliche Muster sehr ähnlich wahrscheinlich aufgrund der bilateralen Stimulation.

Abbildung 1. Versuchsaufbau. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2. ereigniskorrelierte Potenziale inReaktion auf die durch die Gesichtshaut Dehnungs hergestellt somatosensorischen Stimulation. Die ERPs wurden aus repräsentativen Elektroden erhalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Das erste Ergebnis zeigt, wie der Zeitpunkt der Stimulation beeinflusst multisensorische Interaktion während der Sprachverarbeitung 12. In dieser Studie wurden die Nervenreaktion Wechselwirkungen durch den Vergleich ERPs mit somatosensorischen-auditorischen Reizes paarweise mit der algebraischen Summe der ERPs zu den unisensory Reize gesondert dargestellt erhalten gefunden. Das Muster der auditiv-somatosensorische Reize sind in 3A dargestellt. 3B zeigt das Muster der Ereignis-korrelierte Potenziale in Reaktion auf somatosensorische-auditorischen Reizes Paare (rote Linie). Die schwarze Linie Vertrets die Summe der Einzel unisensory auditiven und somatosensorischen ERPs. Die drei Platten entsprechen der Zeitverzögerung zwischen zwei Konjunktur Onsets: 90 msec Führung des somatosensorischen Beginn (links), gleichzeitige (Zentrum) und 90 ms lag (rechts). Wenn somatosensorischen Stimulation wurde 90 ms vor dem Gehör Einsetzen dargestellt, gibt es einen Unterschied zwischen gepaarten und summiert Reaktionen (die links in der Figur 3B). Dieses Zusammenwirkung mit der Zeit als eine Funktion der Zeitverzögerung zwischen der somatosensorischen und akustischen Eingänge verringert (siehe die Änderung zwischen den beiden gestrichelten Linien in Figur 3B). Die Ergebnisse zeigen, dass der somatosensorischen-akustischen Inter dynamisch mit dem Zeitpunkt der Anregung modifiziert.

Abbildung 3. Ereignis-korrelierte Potenziale spiegeln eine somatosensorischen-Gehör Interaction im Rahmen der Sprachwahrnehmung. Diese Abbildung wurde von Ito modifiziert worden, et al. 12 (A) zeitliche Muster des somatosensorischen und auditive Reize. (B) Ereignis-korrelierte Potenziale für kombinierte somatosensorischen und auditive Stimulation in drei Zeitbedingungen (Blei, gleichzeitige und lag) an der Elektrode Pz. Die rote Linie stellt zeichneten Antworten auf gepaart ERPs. Die gestrichelte Linie ist die Summe der somatosensorischen und auditive ERPs. Die vertikalen gestrichelten Linien definieren Sie ein Intervall von 160 bis 220 ms nach somatosensorischen Einsetzen in denen Unterschiede zwischen "Paar" und "Summe" Reaktionen werden bewertet. Pfeile stellen Gehör Beginn. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Das nächste Ergebnis zeigt, daß die Amplitude der somatosensorischen ERP Increases in Antwort auf das Hören Sprach 13. Das Muster der somatosensorischen Stimulation ist die gleiche wie oben erwähnt. Figur 4 zeigt somatosensorischen ERP, die in die Offline-Analyse in die Kopfhaut Stromdichte 20 umgewandelt werden, an den Elektroden (FC3, FC5, C3) über den linken sensomotorischen Bereich. Somatosensorischen Ereignis-korrelierte Potenziale wurden aufgezeichnet, während die Teilnehmer hören Rede in Anwesenheit von kontinuierlichen Hintergrundgeräusche. Untersucht wurden vier Hintergrundbedingungen: Rede, nicht-Sprachlaute, Pink-Noise und leise 13. Die Ergebnisse zeigen die Amplitude der somatosensorischen Ereignis-korrelierte Potenziale beim Hören auf Sprachlaute war signifikant höher als die anderen drei Bedingungen. Es gab keinen signifikanten Unterschied in der Amplitude für die drei anderen Bedingungen. 4B zeigt normalisierten Peakamplituden in den unterschiedlichen Bedingungen. Das Ergebnis zeigt, dass das Hören von Sprachlauten verändert die somatosensorische Verarbeitung associ ated mit Gesichtshaut Verformung.

Abbildung 4. Verbesserung der somatosensorischen Ereignis-korrelierte Potenziale aufgrund von Sprachlauten. Die ERPs wurden unter vier Hintergrund-Sound Bedingungen (Stille, Rosa Rauschen, Sprache und Nicht-Sprache) aufgezeichnet. Diese Abbildung wurde von Ito et al modifiziert worden ist. 13 (A) Die zeitliche Muster der somatosensorischen Ereignis-korrelierte Potenziale im Bereich oberhalb linken Motor und prämotorischen Kortex. Jede Farbe entspricht einer anderen Hintergrundschall Zustand. Die ERPs umgewandelt wurden, um die Stromdichte 20 Kopfhaut. (B) Unterschiede in der Z-Score Größen mit dem ersten Höhepunkt des somatosensorischen ERPs verbunden. Fehlerbalken sind Standardfehler für die Teilnehmer. Jede Farbe entspricht verschiedenen Hintergrundsound Bedingungen wie in Panel-A.com / files / ftp_upload / 53.621 / 53621fig4large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Die Autoren haben nichts offenzulegen.