הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

פוטנציאל הקשור לאירוע החושית מעור Orofacial למתוח גירוי

12.9K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/53621

⸱

18 בדצמבר 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

במאמר זה

סיכום

מאמר זה מציג שיטה להשגת פוטנציאלים הקשורים לאירועים סומטוסנסוריים בעקבות גירוי מתיחה של עור הפה והפנים. ניתן להשתמש בשיטה הנוכחית כדי להעריך את התרומה של מוליכים סומטוסנסוריים הן להפקת הדיבור והן לתפיסת הדיבור.

תקציר

עיבוד קליפת המוח הקשור לתפקוד סומטוסנסורי של הפה והפנים בדיבור זכה לתשומת לב ניסויית מוגבלת בשל הקושי לספק גירוי מדויק ומבוקר. מאמר זה מציג טכניקה לרישום פוטנציאלים הקשורים לאירועים סומטוסנסוריים (ERP) המשתמשת בשיטת גירוי מכני חדשה הכוללת עיוות עור באמצעות מכשיר רובוטי. עיוות מבוקר של עור הפנים משמש לוויסות תשומות קינסתטיות באמצעות עירור של קולטנים מכניים עוריים. על ידי שילוב של גירוי סומטוסנסורי עם הקלטה אלקטרואנצפלוגרפית, ניתן למדוד בהצלחה תגובות מעוררות סומטוסנסוריות ברמת קליפת המוח. ניתן לשלב גירוי סומטוסנסורי עם גירוי של שיטות חושיות אחרות כדי להעריך אינטראקציות רב חושיות. עבור דיבור, גירוי פה ופנים משולב עם גירוי צליל דיבור כדי להעריך את התרומה של עיבוד רב חושי כולל ההשפעות של הבדלי תזמון. היכולת לשלוט במדויק בגירוי סומטוסנסורי אורו-פנים במהלך תפיסת דיבור והפקת דיבור באמצעות הקלטת ERP היא כלי חשוב המספק תובנה חדשה לגבי הארגון העצבי וייצוגים עצביים לדיבור.

מבוא

הפקת דיבור תלויה בשני מידע השמיעתי וחושי. שמיעתי והמשוב החושית להתרחש בשילוב מהקולות המוקדמים המיוצרים על ידי תינוק ושניהם מעורבים בלמידה מוטורית דיבור. התוצאות אחרונות מצביעות על כך שתהליכים החושית תורמים לתפיסה, כמו גם ייצור. לדוגמא, זיהוי של צלילי דיבור משתנה כאשר מכשיר רובוטי מותח את עור הפנים כמשתתפים להקשיב לגירויים שמיעתיים 1. פחזניות אוויר ללחי שיעלה בקנה אחד עם גירויים שמיעתיים דיבור לשנות פסקי דין תפיסתי משתתפי 2.

אפקטים החושית אלה כרוכים בהפעלה המכאנית עורית בתגובה לעיוות עור. העור מעוות בדרכים שונות במהלך תנועה, ומכאני עורית ידוע לתרום לתחושת 3,4 תנועתית. התפקיד של תנועתית מכאנית עורית הוא שדstrated ידי הממצאים האחרונים 5-7 שזני עור הקשורים לתנועה נתפסים כראוי ככיפוף או תנועת הארכה בהתאם לדפוס של העור למתוח 6. במהלך אימון מוטורי דיבור, שהוא חזרה על אמירת דיבור ספציפית עם דיבור מתיחת עור פנים במקביל, דפוסי חיתוכית לשנות באופן מסתגל 7. מחקרים אלו מצביעים על כך שויסות מתיחת עור במהלך פעולה מספקת שיטה להערכת התרומה של afferents עורית לפונקצית תנועתית של המערכת הסנסורית.

פונקצית תנועתית של מכאניים עורית orofacial נחקרה בעיקר בשיטות פסיכו 7,8 וmicroelectrode קידוד מחדש מעצבים תחושתיים 9,10. כאן, הפרוטוקול הנוכחי מתמקד בשילוב של גירוי החושית orofacial הקשורים עיוות עור פנים ואירוע הקשור הקלטה פוטנציאלית (ERP). היש הוא הליך ניסיוני שליטה מדויקת על הכיוון והעיתוי של עיוות עור פנים באמצעות מכשיר רובוטי מבוקר מחשב. זה מאפשר לנו לבחון את ההשערות ספציפיות על התרומה החושית להפקת דיבור ותפיסה סלקטיבית ובדיוק עיוות עור פנים במגוון רחב של אוריינטציות במהלך שתי הלמידה המוטורית דיבור וישירות בהפקת דיבור ותפיסה. הקלטת ERP משמש כדי להעריך את הדפוס ועיתוי הזמני של ההשפעה של גירוי החושית על התנהגויות orofacial noninvasively. הפרוטוקול הנוכחי אז יכול להעריך את הקושרת העצבית של פונקצית תנועתית ולהעריך את התרומה של המערכת החושית לתפיסת שני עיבוד הדיבור, הפקת דיבור ודיבור.

כדי להראות את התועלת של היישום של גירוי למתוח את העור להקלטת ERP, הפרוטוקול הבא מתמקד באינטראקציה של החושית וקלט שמיעתי בעמ הדיבורerception. התוצאות להדגיש שיטת פוטנציאל להעריך אינטראקציה החושית-שמיעתית בדיבור.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

פרוטוקול הניסוי הנוכחי כדלקמן ההנחיות של התנהגות אתית על פי ועדת חקירת אדם אוניברסיטת ייל.

1. Electroenchephalopgaphy (EEG) הכנה

  1. למדוד את גודל ראש כדי לקבוע את כובע EEG המתאים.
  2. לזהות את מיקומו של הקודקוד על ידי מציאת נקודת האמצע בין nasion וinion עם סרט מדידה.
  3. מניחים את כובע EEG על הראש באמצעות הקודקוד שנקבע מראש כCz. בדוק Cz שוב לאחר הצבת הכובע באמצעות סרט מדידה כפי שנעשה ב1.2. שים לב שכובע EEG מצויד במחזיקי אלקטרודה ואת המיקום של 64 אלקטרודות (או הבעלים) מבוסס על מערכת 10-20 שונה עם מערכת קואורדינטות מוגדרות מראש המבוססת על 11 Cz.
    הערה: יישום זה משתמש נציג תצורת 64 אלקטרודה להעריך שינויי הפצת קרקפת ולניתוח מקור. עבור יישומים פשוטים (שינויים פוטנציאליים הקשורות לאירוע במשרעת והשהיה) USIng פחות אלקטרודות אפשריות. ישנם שתי אלקטרודות נוספות לקרקע במערכת ה- EEG משמשת כאן. אלה מחזיקי אלקטרודה כלולים גם בכובע.
  4. החל ג'ל האלקטרודה במחזיקי אלקטרודה באמצעות מזרק חד פעמי.
  5. צרף אלקטרודות EEG (כולל אלקטרודות קרקע) למחזיקי אלקטרודות התוויות של אלקטרודות ולמחזיקי אלקטרודה בכובע אלקטרודה התאמה.
  6. נקה את משטח העור עם כריות אלכוהול.
    הערה: אלקטרודות לאיתור תנועת העין (אלקטרו-oculography), מיקומי העור הם מעל ומתחת לעין ימין (תנועת עיניים אנכית), ורוחב לcanthus החיצוני של העיניים שניהם (תנועת עיניים אופקית); לגירוי החושית לרוחב העור לזווית הפה הוא ניקה.
  7. מלא את ארבע אלקטרודות אלקטרו-oculography עם ג'ל האלקטרודה ולאבטח את האלקטרודות עם קלטת דו צדדית לאתרים שצוינו ב1.6.
  8. לאבטח את כל כבלי האלקטרודה באמצעות רצועת סקוטש. אם r equired, הדבק את הכבלים לגופו של המשתתף או המקומות האחרים שלא להציג את כל רעש חשמלי או מכאני נוסף.
  9. מקם את המשתתף בחזית הצג והרובוט לגירוי החושית. לאבטח את כל כבלי אלקטרודה שוב כמו ב1.8.
  10. חבר את ה- EEG ואלקטרודות אלקטרו-oculography (כולל אלקטרודות הקרקע) לconnecters המתאים (תווית מתאימה וצורת connecter) בתיבת המגבר של מערכת ה- EEG.
  11. בדוק שאותות EEG חופשיים חפץ ושערך הקיזוז הוא בטווח סביר (<50 μV או קטן יותר). אם אותות רועשים או קיזוז גדול שהם בדרך כלל מעידים על עכבה גבוהה נמצאים, נכון אותות אלקטרודה אלה על ידי הוספת ג'ל EEG נוסף ו / או מיקום מחדש שיער שהוא ישירות תחת אלקטרודה.
  12. הכנס את אוזניות EEG תואמות ולאשר כי רמת הצליל היא בטווח נוח מבוססת על דו"ח נושא.

class = "jove_title"> 2. החושית גירוי

הערה: הפרוטוקול הנוכחי חל מתיחת עור פנים לצורך הגירוי החושית. ההתקנה הניסיונית עם מערכת EEG מיוצגת באיור 1. הפרטים של מכשיר הגירוי החושית תוארו במחקרים הקודמים 1,7,12-14. בקצרה, שתי כרטיסיות קטנות מפלסטיק (2 סנטימטרים רוחב וגובה 3 סנטימטרים) מחוברות עם קלטת דו צדדית לעור הפנים. הכרטיסיות מחוברות למכשיר רובוטי באמצעות מחרוזת. הרובוט יוצר עומסי מתיחת עור שיטתיים לפי עיצובים ניסיוניים. התקנת הפרוטוקול להקלטת ERP הוא כדלקמן:

  1. מניחים את ראשו של המשתתף במשענת הראש כדי למזער תנועת הראש במהלך גירוי. מוציא בזהירות את כבלי אלקטרודה בין ראשו של המשתתף ומשענת הראש.
  2. שאל את המשתתף להחזיק את מתג הבטיחות לרובוט.
  3. צרף לשוניות פלסטיק למיקום עור היעד באמצעות קלטת דו צדדית לגירוי החושית. לנציגי תוצאות 12,13, שבו המטרה היא רוחב העור לזווית הפה, למקם את מרכז הלשוניות כבִּישׁוֹר, כמה מ"מ לרוחב זווית הפה עם מרכז הכרטיסיות בערך באותו הגובה של זווית הפה.
  4. התאם את התצורה של המחרוזת, מחרוזת תומכת והרובוט כדי למנוע אלקטרודות EEG וכבלים.
  5. החל מתיחות כמה עור פנים (סינוסואידה מחזור אחד ב 3 הרץ עם כוח מרבי של 4 N) כדי לבדוק חפצים בשל הגירוי (בדרך כלל כפי שנצפה משרעת גדולות יחסית ותדירות נמוכה יותר בהשוואה לתגובת אלקטרו). אם חפצים הם נצפו באותות EEG, לחזור ל -2.4.

הקלטת 3. ERP

  1. הסבר את המשימה הניסיונית לנושא ולספק ניסויים בפועל (בלוק אחד = 10 ניסויים או פחות) כדי לאשר אם הנושא understands המשימה ברורה.
    הערה: המשימה הניסיונית ומצגת גירוי להקלטת ERP הן preprogramed בתוכנה להצגת גירוי.
    1. במבחן הנציג עם החושית בשילוב וגירוי שמיעתי 12, להחיל את הגירוי החושית הקשורים עיוות עור לרוחב העור לזווית הפה. הדפוס של מתיחה הוא סינוסואידה מחזור אחד (3 הרץ) עם כוח מרבי של 4 נ אמירת דיבור מסונתז יחידה שהיא באמצע הדרך ברצף צליל 10-צעד בין "ראש" ו- "ש" משמש לגירוי שמיעתי.
    2. להציג שני הגירויים בנפרד או בשילוב. בגירוי המשולב, שלושה תזמוני מבחן תחילת (90 אלפיות שנייה ועופרת פיגור, ובו זמנית בonsets החושית והשמיעה: ראו איור 3 א).
    3. אקראי המצגת של חמישה גירויים (החושית לבד, לבד שמיעתי ושלושה בשילוב:. להוביל, simult וlAG). להשתנות המרווח בין המשפט בין 1,000 ל -2,000 אלפיות שניים כדי להימנע מציפייה והתרגלות. המשימה הניסיונית היא לזהות אם הקול הציג הנאום, שהוא הקול שהוא ביניים אקוסטית בין "הראש" ו- "היה לי ', היה" ראש "על ידי לחיצה על מקש במקלדת. במצב לבד החושית, שבי אין גירוי שמיעתי, המשתתפים הורו לענות לא "ראש".
    4. פסקי דין רשומות משתתף וזמן תגובה מהופעת הגירוי לעיתונות המפתח באמצעות התוכנה להצגת גירוי. שאל את המשתתף להביט נקודת קיבעון על מסך התצוגה על מנת לצמצם חפצים בשל עין-תנועה.
    5. הסר את נקודת הקיבעון כל 10 גירויים להפסקה קצרה. (ראה דוגמא גם אחרת של הצגת משימה וגירוי 12,13)
  2. הפעל את התוכנה להקלטת ERP ב512 הרץדגימה, שגם רושמת את זמן תחילת הגירוי בציר הזמן של נתוני ERP. שים לב שחותם בגירוי, הכולל גם את המידע על הסוג של הגירוי הזמן, נשלחים לכל גירוי מהתוכנה להצגת גירוי. שתי התוכניות (להקלטת ERP ולמצגת הגירוי) פועלות בשני מחשבים נפרדים שמחוברים דרך יציאת מקבילית.
  3. הגדר את התוכנה לגירוי החושית למצב המתנה-הדק ולאחר מכן להתחיל מצגת גירוי על ידי הפעלת התוכנה להצגת גירוי. שים לב שהתוכנה לגירוי החושית היא גם פועלת על מחשב נפרד משני מחשבים האחרים. למצב השיא ERPs 100.
    הערה: אות הטריגר לגירוי החושית מתקבלת באמצעות התקן קלט אנלוגי המחובר להתקן פלט דיגיטלי במחשב לגירוי חושי. גירוי החושית יחיד מיוצר להדק אחד.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

חלק זה מציג פוטנציאל הקשור לאירוע נציג בתגובה לגירוי החושית הנובע מעיוות עור פנים. ההתקנה הניסיונית מיוצגת באיור 1. גירוי סינוסי היה מוחל על עור פנים לרוחב לזווית הפה (ראה איור 3 א כהתייחסות). מאה ניסויי מתיחה נרשמו לכל משתתף עם 12 משתתפים נבדקו בסך הכל. לאחר הסרת הניסויים עם מהבהב וחפצי תנועת העין מחובר על בסיס אותות אלקטרו-oculography האופקי ואנכיים (מעל 150 ± μV), יותר מ -85% מניסויים היו בממוצע. אותות EEG סוננו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

המחקרים דיווחו כאן מספקים ראיות לכך שגירוי החושית מבוקר בדיוק כי הוא מיוצר על ידי עיוות עור פנים גורם ERPs קליפת המוח. afferents עורית ידועות כמקור עשיר של מידע תנועתית 3,4 בתנועת איבר אנושית 5,6 ודיבור תנועה 7,8,21. מתיחת עור הפנים באופן שמשקף את כיוון התנועה בפועל בדיבור גורמת תחושה תנועתית דומה לתנועה המקבילה. השיטה הנוכחית משלבת הקלטות מתיחת העור וERP מבוקרות בדיוק יכולה לשמש כדי לחקור את הבסיס העצבי של תפקוד orofacial במהלך מגוון רחב של התנהגו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי לחירשות והפרעות תקשורת אחרות מענקי R21DC013915 וR01DC012502, מדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה והמועצה האירופית למחקר בתכנית של הקהילה האירופית מסגרת השביעית (FP7 / 2,007-2,013 גרנט הסכם לא. 339,152 ).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מערכת הקלטת EEGBiosemiActiveTwo
Robotic decice למתיחת העורGeomagicPhantom Premium 1.0
אוזניות תואמות EEG מחקראטימוטיER3A
תוכנה לגירוי חזותי ושמיעתימצגתמערכות נוירו-התנהגותיות
ג'ל אלקטרודותמעבדות פרקר, INCסיגנה ג'ל
קלטת דו צדדית3M1522
מזרק חד פעמימונואז'קט412 קצה
מעוקל מכשיר קלט אנלוגימוסדות לאומיים PCI-6036E
התקן פלט Degitalמחשוב מדידהUSB-1208FS

מקורות

  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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

EEG
פוטנציאל הקשור לאירוע החושית מעור Orofacial למתוח גירוי
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.