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Article de méthode

Potentiels liées aux événements somato-sensorielles de la peau Orofacial stretch Stimulation

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DOI :

10.3791/53621

⸱

18 décembre 2015

 ,  , 
1Haskins Laboratories, 2Speech and Cognition Department, Gipsa-lab, CNRS, 3Univ. Grenoble-Alpes, 4Department of Psychology, McGill University, 5School of Communication Science and Disorders, McGill University

Dans cet article

Résumé

Cet article présente une méthode permettant d’obtenir des potentiels liés à des événements somatosensoriels suite à une stimulation par étirement cutané orofacial. La méthode actuelle peut être utilisée pour évaluer la contribution des afférences somatosensorielles à la production et à la perception de la parole.

Résumé

Le traitement cortical associé à la fonction somatosensorielle orofaciale dans la parole a reçu une attention expérimentale limitée en raison de la difficulté de fournir une stimulation précise et contrôlée. Cet article présente une technique d’enregistrement des potentiels liés aux événements somatosensoriels (ERP) qui utilise une nouvelle méthode de stimulation mécanique impliquant une déformation de la peau à l’aide d’un dispositif robotique. La déformation contrôlée de la peau du visage est utilisée pour moduler les entrées kinesthésiques par l’excitation des mécanorécepteurs cutanés. En combinant la stimulation somatosensorielle avec l’enregistrement électroencéphalographique, les réponses évoquées somatosensorielles peuvent être mesurées avec succès au niveau du cortex. La stimulation somatosensorielle peut être combinée à la stimulation d’autres modalités sensorielles pour évaluer les interactions multisensorielles. Pour la parole, la stimulation orofaciale est combinée à la stimulation sonore de la parole pour évaluer la contribution du traitement multisensoriel, y compris les effets des différences de temps. La capacité de contrôler avec précision la stimulation somatosensorielle orofaciale pendant la perception et la production de la parole avec l’enregistrement ERP est un outil important qui fournit de nouvelles informations sur l’organisation neuronale et les représentations neuronales de la parole.

Introduction

La production de la parole dépend à la fois de l'information auditive et somatosensoriel. La auditif et somatosensoriel rétroaction se produisent en combinaison dès les premières vocalisations produites par un enfant et les deux sont impliqués dans l'apprentissage moteur de la parole. Des résultats récents suggèrent que les processus somato-sensorielles contribuent à la perception ainsi que la production. Par exemple, l'identification des sons de la parole est modifiée lorsque un dispositif robotique étire la peau du visage en tant que participants écoutent à des stimuli auditifs 1. Bouffées d'air à la joue qui coïncident avec des stimuli de la parole auditifs modifient 2 jugements de perception des participants.

Ces effets somato impliquent l'activation des mécanorécepteurs cutanés en réponse à la déformation de la peau. La peau est déformé de diverses manières pendant le mouvement, et mécanorécepteurs cutanés sont connus pour contribuer à kinesthésique sens 3,4. Le rôle kinesthésique des mécanorécepteurs cutanés est démontré par les résultats récents 5-7 que les souches relatives aux mouvements peau sont correctement perçues comme flexion ou motion prolongation en fonction du motif de l'étirement de la peau 6. Au cours de la formation de moteur de la parole, qui est la répétition d'énoncé de parole spécifique avec la parole d'étirement de la peau du visage concomitante, modèles articulatoires changent de manière adaptative 7. Ces études indiquent que la modulation étirement de la peau au cours de l'action fournit une méthode pour évaluer la contribution des afférences cutanées à la fonction kinesthésique du système sensori-moteur.

La fonction kinesthésique des mécanorécepteurs cutanés orofaciaux a été étudiée principalement en utilisant des méthodes psychophysiologiques 7,8 et microélectrodes recodage des nerfs sensoriels 9,10. Ici, le protocole actuel se concentre sur la combinaison de la stimulation somatosensoriel oro-faciale associée à la déformation de la peau du visage et événement lié (ERP) d'enregistrement potentiel. Thest la procédure expérimentale a le contrôle précis de la direction et le calendrier de la déformation du visage de la peau en utilisant un dispositif robotique contrôlée par ordinateur. Cela nous permet de tester des hypothèses spécifiques au sujet de la contribution somatosensoriel à la production de la parole et de la perception par sélectivement et précisément déformer la peau du visage dans un large éventail d'orientations à la fois pendant l'apprentissage moteur de la parole et directement dans la production de la parole et de la perception. Enregistrement ERP sont utilisés pour évaluer de manière non invasive la structure temporelle et le calendrier de l'influence de la stimulation somatosensoriel sur les comportements orofaciaux. Le protocole actuel peut alors évaluer les corrélats neuraux de la fonction kinesthésique et d'évaluer la contribution du système somatosensoriel à la fois le traitement de la parole, la production de la parole et de perception de la parole.

Pour montrer l'utilité de l'application de la stimulation d'étirement de la peau à l'enregistrement de l'ERP, le protocole suivant se concentre sur l'interaction de somatosensoriel et entrée auditive dans le discours pa perception. Les résultats mettent en évidence une méthode pour évaluer le potentiel d'interaction somatosensoriel-auditif dans le discours.

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Protocole

Le protocole expérimental actuel suit les lignes directrices en matière d'éthique, selon le Comité d'enquête humaine Université de Yale.

1. Electroenchephalopgaphy (EEG) Préparation

  1. Mesurer la taille de la tête pour déterminer le bouchon EEG appropriée.
  2. Identifier l'emplacement du sommet en trouvant le point médian entre nasion et inion avec un ruban à mesurer.
  3. Placez le capuchon sur la tête EEG utilisant le sommet pré-déterminé que Cz. Examinez Cz à nouveau après avoir placé le bouchon en utilisant un ruban à mesurer que fait en 1.2. Notez que le bouchon EEG est équipé de porte-électrodes et le placement des électrodes 64 (ou les détenteurs) est basé sur un système 10-20 modifié avec système de coordonnées pré-spécifiée sur la base Cz 11.
    Remarque: Cette application utilise une configuration représentant 64 de l'électrode pour évaluer les changements de distribution du cuir chevelu et pour l'analyse de la source. Pour les applications plus simples (changements potentiels liés à l'événement de l'amplitude et la latence) using moins d'électrodes sont possibles. Il y a deux électrodes de masse supplémentaires dans le système EEG utilisée ici. Ces porte-électrodes sont également inclus dans le capuchon.
  4. Appliquer le gel d'électrode dans les porte-électrodes à l'aide d'une seringue jetable.
  5. Fixez électrodes EEG (y compris les électrodes de masse) dans les électrodes détenteurs correspondant aux étiquettes des électrodes et les porteurs d'électrodes sur le capuchon de l'électrode.
  6. Nettoyer la surface de la peau avec des tampons d'alcool.
    Remarque: Pour les électrodes pour détecter le mouvement des yeux (électro-oculographie), les emplacements de la peau sont au-dessus et au-dessous de l'oeil droit (de mouvement oculaire vertical), et en dehors de la canthus externe des yeux les deux (de mouvement oculaire horizontal); pour la stimulation somatosensoriel latéral de la peau à l'angle orale est nettoyé.
  7. Remplissez les quatre électrodes électro-oculographie avec le gel de l'électrode et de sécuriser les électrodes avec du ruban adhésif double-face sur les sites mentionnés au point 1.6.
  8. Fixez tous les câbles d'électrode en utilisant une bande Velcro. Si rbligatoire, CASSETTE les câbles au corps de participant ou les autres endroits qui ne sont pas d'introduire de bruit électrique ou mécanique supplémentaire.
  9. Placez le participant en face de l'écran et le robot pour la stimulation somatosensoriel. Fixer tous les câbles d'électrodes à nouveau comme en 1.8.
  10. Branchez l'EEG et des électrodes électro-oculographie (y compris les électrodes de masse) dans les connecteurs appropriés (étiquette correspondante et la forme de connecteur) sur la boîte de l'amplificateur du système EEG.
  11. Vérifiez que les signaux EEG sont sans artefacts et que la valeur de décalage est dans une fourchette acceptable (<50 mV ou plus petit). Si les signaux bruyants ou de grands décalages qui sont généralement indicatif de haute impédance sont trouvés, corriger ces signaux d'électrode en ajoutant gel de EEG supplémentaires et / ou le repositionnement de cheveux qui est directement sous l'électrode.
  12. Insérez les écouteurs EEG-compatibles et de confirmer que le niveau sonore est dans une gamme confortable fondé sur le rapport de l'objet.
2. Somatosensoriel Stimulation

Remarque: Le protocole actuel applique visage étirement de la peau dans le but de stimulation somatosensoriel. Le montage expérimental avec le système EEG est représenté sur la figure 1. Les détails du dispositif de stimulation somato-sensoriel ont été décrits dans les études précédentes 1,7,12-14. En bref, deux petites languettes en plastique (2 cm de large et 3 cm de hauteur) sont attachés avec du ruban adhésif double face pour la peau du visage. Les onglets sont connectés au dispositif robotique avec de la ficelle. Le robot génère systématiques charges d'étirement de la peau selon les modèles expérimentaux. Le protocole de configuration pour l'enregistrement ERP est la suivante:

  1. Placez la tête du participant à l'appui-tête afin de minimiser les mouvements de la tête lors de la stimulation. Retirez soigneusement les câbles d'électrode entre la tête et l'appui-tête du participant.
  2. Demandez au participant de maintenir l'interrupteur de sécurité pour le robot.
  3. Fixez languettes en plastique àl'emplacement de la peau cible en utilisant un adhésif double face pour la stimulation somatosensoriel. Pour les résultats les représentant 12,13, dans lequel la cible est le latéral de la peau à l'angle orale, placer le centre des onglets sur le modiolus, quelques mm latéralement à l'angle orale avec le centre des languettes à environ la même hauteur de l'angle orale.
  4. Ajuster la configuration de la chaîne, des supports de chaîne et le robot afin d'éviter des électrodes EEG et des câbles.
  5. Appliquez quelques tronçons de la peau du visage (sinusoïde un cycle à 3 Hz avec une force maximale de 4 N) pour vérifier les artefacts dus à la stimulation (généralement observé que relativement grande amplitude et de fréquence inférieure par rapport à la réponse électrophysiologique). Si les artefacts sont observées dans les signaux EEG, revenir à 2,4.

3. ERP Enregistrement

  1. Expliquer la tâche expérimentale du sujet et fournir des essais pratiques (un bloc = 10 essais ou moins) pour confirmer si le sujet understands clairement la tâche.
    Note: La tâche expérimentale et la présentation du stimulus pour l'enregistrement ERP sont préprogrammée dans les logiciels pour la présentation du stimulus.
    1. Dans le test représentatif avec somatosensoriel combinée stimulation auditive et 12, appliquer la stimulation somatosensoriel associée à la déformation de la peau à la partie latérale de la peau à l'angle orale. Le motif d'étirement est une sinusoïde un cycle (3 Hz) avec une force maximale de 4 N. Un seul d'énoncé de parole synthétisée qui est à mi-chemin dans un continuum sonore en 10 étapes entre la "tête" et "avait" est utilisée pour la stimulation auditive.
    2. Présenter deux stimulations séparément ou en combinaison. Dans la stimulation combinée, trois essais timings apparition (90 ms de plomb et de lag, et simultanées en somato-sensorielles et auditives onsets: voir la figure 3A).
    3. Aléatoire la présentation de cinq stimulations (somatosensoriel seul, auditif seul et trois combinés:. Plomb, Simult et lag). Variez l'intervalle entre les essais entre 1000 et 2000 msec afin d'éviter l'anticipation et l'accoutumance. La tâche expérimentale est de déterminer si le son de discours présenté, qui est le son qui est acoustiquement intermédiaire entre «tête» et «eu», était «tête» en appuyant sur ​​une touche sur un clavier. Dans la seule condition somatosensoriel, dans lequel il a pas de stimulation auditive, les participants sont priés de répondre à pas "la tête".
    4. Jugements de participants record et le temps de réaction du début du stimulus à la presse clé en utilisant le logiciel pour la présentation du stimulus. Demandez au participant de contempler un point sur l'écran d'affichage de fixation, afin de réduire les artefacts dus à des mouvements oculaires.
    5. Retirez le point de fixation tous les 10 stimulations pour une courte pause. (Voir aussi autre exemple de tâche et relance présentation 12,13)
  2. Démarrez le logiciel pour l'enregistrement ERP à 512 Hzéchantillonnage, qui enregistre également le temps début de la stimulation dans la chronologie des données de l'ERP. On notera que les horodatages de la stimulation, qui comprend également des informations sur le type de la stimulation, sont envoyés pour chaque stimulus de logiciel pour la présentation du stimulus. Les deux programmes (pour l'enregistrement de l'ERP et pour la présentation de relance) sont en cours d'exécution sur deux PC distincts qui sont connectés via un port parallèle.
  3. Régler le logiciel pour la stimulation somatosensoriel à mode de déclenchement en attente et ensuite commencer la présentation du stimulus en activant le logiciel de présentation du stimulus. Notez que le logiciel pour la stimulation somatosensoriel est également exécuté sur un ordinateur distinct des deux autres ordinateurs. Enregistrez 100 ERPs par condition.
    Remarque: un signal de déclenchement pour la stimulation somatosensoriel est reçu à travers un dispositif d'entrée analogique qui est connecté à un dispositif de sortie numérique à l'ordinateur de stimulation sensorielle. Stimulation somatosensoriel unique est produit par un déclencheur.

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Résultats

Cette section présente les potentiels liées aux événements représentatifs en réponse à la stimulation somatosensoriel résultant de la déformation de la peau du visage. Le montage expérimental est représenté sur la figure 1. Stimulation sinusoïdale a été appliquée sur la peau du visage latéral à l'angle orale (voir la figure 3A comme référence). Cent essais extensibles ont été enregistrés pour chaque participant avec ...

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Discussion

Les études rapportées ici fournissent la preuve que la stimulation somatosensoriel contrôlée avec précision qui est produite par la déformation de la peau induit visage ERP corticales. Afférences cutanées sont connus comme une riche source d'information kinesthésique 3,4 dans les mouvements des membres et de la parole humaine 5,6 mouvement 7,8,21. L'étirement de la peau du visage d'une manière qui reflète la direction de mouvement réel pendant parler induit un sens kinesthési...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par l'Institut national sur la surdité et d'autres troubles de la communication subventions R21DC013915 et R01DC012502, les sciences naturelles et en génie du Canada et le Conseil européen de la recherche en vertu de septième programme-cadre de la Communauté européenne (FP7 / 2007-2013 Accord de Don pas 339152. ).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Système d’enregistrement EEGBiosemiActiveTwo
Décice robotique pour l’étirement de la peauGeomagicPhantom Premium 1.0
Écouteurs compatibles EEGétymotiqueER3A
Logiciel pour la stimulation visuelle et auditiveSystèmes neurocomportementauxPrésentation
Gel d’électrodesParker Laboratories, INCSigna gel
Ruban adhésif double face3M1522
Seringue jetableMonoject412 Embout
Dispositif d’entrée analogiqueNational Instuments  ;PCI-6036E
Périphérique de sortie numériqueCalcul de mesureUSB-1208FS
Recherche incurvé

Références

  1. Ito, T., Tiede, M., Ostry, D. J. Somatosensory function in speech perception. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 1245-1248 (2009).
  2. Gick, B., Derrick, D. Aero-tactile integration in speech perception. Nature. 462, 502-504 (2009).
  3. McCloskey, D. I. Kinesthetic sensibility. Physiol Rev. 58, 763-820 (1978).
  4. Proske, U., Gandevia, S. C. The kinaesthetic senses. J Physiol. 587, 4139-4146 (2009).
  5. Collins, D. F., Prochazka, A. Movement illusions evoked by ensemble cutaneous input from the dorsum of the human hand. J Physiol. 496 (Pt 3), 857-871 (1996).
  6. Edin, B. B., Johansson, N. Skin strain patterns provide kinaesthetic information to the human central nervous system. J Physiol. 487 (Pt 1), 243-251 (1995).
  7. Ito, T., Ostry, D. J. Somatosensory contribution to motor learning due to facial skin deformation. J Neurophysiol. 104, 1230-1238 (2010).
  8. Connor, N. P., Abbs, J. H. Movement-related skin strain associated with goal-oriented lip actions. Exp Brain Res. 123, 235-241 (1998).
  9. Johansson, R. S., Trulsson, M., Olsson, K. Â, Abbs, J. H. Mechanoreceptive afferent activity in the infraorbital nerve in man during speech and chewing movements. Exp Brain Res. 72, 209-214 (1988).
  10. Nordin, M., Hagbarth, K. E. Mechanoreceptive units in the human infra-orbital nerve. Acta Physiol Scand. 135, 149-161 (1989).
  11. Guideline thirteen: guidelines for standard electrode position nomenclature. American Electroencephalographic Society. Journal of clinical neurophysiology : official publication of the American Electroencephalographic Society. 11, 111-113 (1994).
  12. Ito, T., Gracco, V. L., Ostry, D. J. Temporal factors affecting somatosensory-auditory interactions in speech processing. Frontiers in psychology. 5, 1198(2014).
  13. Ito, T., Johns, A. R., Ostry, D. J. Left lateralized enhancement of orofacial somatosensory processing due to speech sounds. J Speech Lang Hear Res. 56, S1875-S1881 (2013).
  14. Ito, T., Ostry, D. J. Speech sounds alter facial skin sensation. J Neurophysiol. 107, 442-447 (2012).
  15. Kenton, B., et al. Peripheral fiber correlates to noxious thermal stimulation in humans. Neuroscience letters. 17, 301-306 (1980).
  16. Larson, C. R., Folkins, J. W., McClean, M. D., Muller, E. M. Sensitivity of the human perioral reflex to parameters of mechanical stretch. Brain Res. 146, 159-164 (1978).
  17. Möttönen, R., Järveläinen, J., Sams, M., Hari, R. Viewing speech modulates activity in the left SI mouth cortex. Neuroimage. 24, 731-737 (2005).
  18. Soustiel, J. F., Feinsod, M., Hafner, H. Short latency trigeminal evoked potentials: normative data and clinical correlations. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 80, 119-125 (1991).
  19. Martin, B. A., Tremblay, K. L., Korczak, P. Speech evoked potentials: from the laboratory to the clinic. Ear and hearing. 29, 285-313 (2008).
  20. Perrin, F., Bertrand, O., Pernier, J. Scalp current density mapping: value and estimation from potential data. IEEE Trans Biomed Eng. 34, 283-288 (1987).
  21. Ito, T., Gomi, H. Cutaneous mechanoreceptors contribute to the generation of a cortical reflex in speech. Neuroreport. 18, 907-910 (2007).
  22. Onton, J., Westerfield, M., Townsend, J., Makeig, S. Imaging human EEG dynamics using independent component analysis. Neurosci Biobehav Rev. 30, 808-822 (2006).
  23. Larsson, L. E., Prevec, T. S. Somato-sensory response to mechanical stimulation as recorded in the human EEG. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 28, 162-172 (1970).
  24. Johansson, R. S., Trulsson, M., Olsson, K. Â, Westberg, K. G. Mechanoreceptor activity from the human face and oral mucosa. Exp Brain Res. 72, 204-208 (1988).
  25. Diehl, R. L., Lotto, A. J., Holt, L. L. Speech perception. Annu Rev Psychol. 55, 149-179 (2004).
  26. Liberman, A. M., Mattingly, I. G. The motor theory of speech perception revised. Cognition. 21, 1-36 (1985).
  27. Schwartz, J. L., Basirat, A., Menard, L., Sato, M. The Perception-for-Action-Control Theory (PACT): A perceptuo-motor theory of speech perception. J Neurolinguist. 25, 336-354 (2012).
  28. Rizzolatti, G., Craighero, L. The mirror-neuron system. Annu Rev Neurosci. 27, 169-192 (2004).
  29. Rizzolatti, G., Fabbri-Destro, M. The mirror system and its role in social cognition. Curr Opin Neurobiol. 18, 179-184 (2008).
  30. D'Ausilio, A., et al. The motor somatotopy of speech perception. Curr Biol. 19, 381-385 (2009).
  31. Fadiga, L., Craighero, L., Buccino, G., Rizzolatti, G. Speech listening specifically modulates the excitability of tongue muscles: a TMS study. Eur J Neurosci. 15, 399-402 (2002).
  32. Meister, I. G., Wilson, S. M., Deblieck, C., Wu, A. D., Iacoboni, M. The essential role of premotor cortex in speech perception. Curr Biol. 17, 1692-1696 (2007).
  33. Möttönen, R., Watkins, K. E. Motor representations of articulators contribute to categorical perception of speech sounds. J Neurosci. 29, 9819-9825 (2009).
  34. Watkins, K. E., Strafella, A. P., Paus, T. Seeing and hearing speech excites the motor system involved in speech production. Neuropsychologia. 41, 989-994 (2003).
  35. Wilson, S. M., Saygin, A. P., Sereno, M. I., Iacoboni, M. Listening to speech activates motor areas involved in speech production. Nat Neurosci. 7, 701-702 (2004).

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