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Articolo metodologico

Potenziali evento-correlati somatosensoriali da Pelle Orofacial Stretch Stimolazione

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DOI:

10.3791/53621

⸱

18 dicembre 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

In questo articolo

Sommario

Questo articolo introduce un metodo per ottenere potenziali somatosensoriali correlati agli eventi dopo la stimolazione orofacciale dello stiramento cutaneo. Il metodo attuale può essere utilizzato per valutare il contributo delle afferenze somatosensoriali sia alla produzione che alla percezione del linguaggio.

Abstract

L'elaborazione corticale associata alla funzione somatosensoriale orofacciale nel linguaggio ha ricevuto un'attenzione sperimentale limitata a causa della difficoltà di fornire una stimolazione precisa e controllata. Questo articolo introduce una tecnica per la registrazione dei potenziali somatosensoriali correlati agli eventi (ERP) che utilizza un nuovo metodo di stimolazione meccanica che coinvolge la deformazione della pelle utilizzando un dispositivo robotico. La deformazione controllata della pelle del viso viene utilizzata per modulare gli input cinestetici attraverso l'eccitazione dei meccanocettori cutanei. Combinando la stimolazione somatosensoriale con la registrazione elettroencefalografica, le risposte evocate somatosensoriali possono essere misurate con successo a livello della corteccia. La stimolazione somatosensoriale può essere combinata con la stimolazione di altre modalità sensoriali per valutare le interazioni multisensoriali. Per il linguaggio, la stimolazione orofacciale è combinata con la stimolazione del suono del parlato per valutare il contributo dell'elaborazione multisensoriale, compresi gli effetti delle differenze di temporizzazione. La capacità di controllare con precisione la stimolazione somatosensoriale orofacciale durante la percezione del parlato e la produzione del parlato con la registrazione ERP è uno strumento importante che fornisce nuove informazioni sull'organizzazione neurale e sulle rappresentazioni neurali del parlato.

Introduzione

Produzione linguistica dipende sia informazioni uditive e somatosensoriale. Il uditivo e feedback somatosensoriale si verificano in combinazione dalle prime vocalizzazioni prodotte da un bambino ed entrambi sono coinvolti nell'apprendimento motorio discorso. Recenti risultati suggeriscono che i processi somatosensoriale contribuiscono alla percezione così come la produzione. Per esempio, l'identificazione del discorso suoni è alterata quando un dispositivo robotico tende la pelle del viso come partecipanti ascoltano stimoli uditivi 1. Sbuffi d'aria alla guancia che coincidono con gli stimoli uditivi discorso alterano giudizi percettivi dei partecipanti 2.

Questi effetti somatosensoriale coinvolgono l'attivazione dei meccanocettori cutanee in risposta alla deformazione della pelle. La pelle è deformato in vari modi durante il movimento, e meccanocettori cutanei sono noti per contribuire al senso cinestetico 3,4. Il ruolo cinestetica di meccanocettori cutanee è demonestrare dalle recenti acquisizioni 5-7 che i ceppi di pelle-correlate al movimento siano adeguatamente percepiti come flessione o estensione del movimento a seconda del modello di stiramento della pelle 6. Nel corso della formazione motore discorso, che è la ripetizione di specifica espressione discorso con concomitante facciale discorso tratto pelle, schemi articolatori cambiano in maniera adattiva 7. Questi studi indicano che la modulazione tratto pelle durante l'azione fornisce un metodo per valutare il contributo delle afferenze cutanee alla funzione cinestetica del sistema sensomotorio.

La funzione cinestetica di meccanocettori cutanee oro-facciale è stato studiato per lo più con metodi psicofisiologici 7,8 e microelettrodi ricodificazione da nervi sensoriali 9,10. Qui, il protocollo attuale si concentra sulla combinazione di oro-facciale stimolazione somatosensoriale associata a deformazione pelle del viso e evento relativo potenziale (ERP) di registrazione. Thè procedura ha preciso controllo sperimentale sulla direzione e la tempistica di deformazione pelle del viso utilizzando un dispositivo robotico controllato dal computer. Questo ci permette di testare ipotesi specifiche circa il contributo somatosensoriale di produzione del discorso e la percezione selettivamente e precisamente deformare la pelle del viso in una vasta gamma di orientamenti sia durante l'apprendimento motorio discorso e direttamente in produzione del linguaggio e percezione. Registrazione ERP vengono utilizzati per valutare in modo non invasivo il pattern temporale e la tempistica della influenza di stimolazione somatosensoriale sui comportamenti orofacciali. Il protocollo corrente quindi in grado di valutare i correlati neurali della funzione cinestetica e valutare il contributo del sistema somatosensoriale sia tecnologie vocali, la produzione di parola e discorso percezione.

Per mostrare l'utilità dell'applicazione della stimolazione tratto pelle alla registrazione ERP, il seguente protocollo concentra sull'interazione di somatosensoriale e ingresso uditivo in discorso perception. I risultati evidenziano un potenziale metodo per valutare l'interazione somatosensoriale-uditiva in discorso.

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Protocollo

Il protocollo sperimentale attuale segue le linee guida di condotta etica secondo la commissione d'inchiesta Umana Università di Yale.

1. Electroenchephalopgaphy (EEG) Preparazione

  1. Misurare le dimensioni della testa per determinare il tappo EEG appropriata.
  2. Identificare la posizione del vertice trovando il punto medio tra nasion e inion con un nastro di misurazione.
  3. Mettere il tappo EEG sulla testa con il vertice predeterminato come Cz. Esaminare nuovamente Cz dopo aver posizionato il tappo utilizzando un nastro di misurazione, come fatto in 1.2. Si noti che il tappo EEG è dotato di portaelettrodi e il posizionamento degli elettrodi 64 (o supporti) si basa su un sistema modificato 10-20 con sistema di coordinate pre-specificato in base Cz 11.
    Nota: Questa applicazione rappresentante utilizza una configurazione a 64 elettrodi per valutare i cambiamenti del cuoio capelluto di distribuzione e per l'analisi fonte. Per le applicazioni più semplici (potenziali cambiamenti evento-correlati in ampiezza e latenza) all'USIng meno elettrodi sono possibili. Ci sono due elettrodi aggiuntivi per terra del sistema EEG utilizzato qui. Quei porta elettrodi sono inclusi anche nel tappo.
  4. Applicare gel dell'elettrodo portaelettrodi utilizzando una siringa monouso.
  5. Collegare elettrodi EEG (compresi elettrodi terra) nei supporti elettrodi corrispondenti le etichette degli elettrodi e ai detentori elettrodi sul tappo dell'elettrodo.
  6. Pulire la superficie della pelle con tamponi imbevuti di alcool.
    Nota: Per gli elettrodi per il rilevamento del movimento degli occhi (elettro-oculografia), le posizioni della pelle sono sopra e sotto l'occhio destro (movimento degli occhi verticale), e lateralmente al canto esterno degli occhi entrambi (movimento degli occhi orizzontale); per la stimolazione somatosensoriale la pelle laterale all'angolo orale viene pulita.
  7. Riempire i quattro elettrodi elettro-oculografia con il gel dell'elettrodo e fissare gli elettrodi con nastro biadesivo ai siti noti in 1.6.
  8. Fissare tutti i cavi degli elettrodi con un cinturino in velcro. Se r, facoltativo, nastro i cavi al corpo del partecipante o degli altri luoghi che non introducono alcun rumore elettrico o meccanico addizionale.
  9. Posizionare il partecipante di fronte al monitor e il robot per la stimolazione somatosensoriale. Fissare di nuovo tutti i cavi degli elettrodi come in 1.8.
  10. Collegare l'EEG e gli elettrodi elettro-oculografia (compresi gli elettrodi a terra) nei connettori appropriati (etichetta di corrispondenza e di forma connettore) sulla scatola amplificatore del sistema EEG.
  11. Verificare che i segnali EEG sono artefatti libero e che il valore di offset si trova in un intervallo accettabile (<50 mV o più piccolo). Se vengono rilevati segnali rumorosi o grandi spostamenti che di solito sono indicativi di alta impedenza, correggere quei segnali di elettrodo con l'aggiunta di gel EEG supplementari e / o riposizionare i capelli che è direttamente sotto l'elettrodo.
  12. Inserire gli auricolari compatibili con EEG e verificare che il livello sonoro è in un intervallo confortevole sulla base della relazione soggetto.
2. Somatosensoriale Stimolazione

Nota: L'attuale protocollo si applica tratto pelle del viso al fine di stimolazione somatosensoriale. L'apparato sperimentale con il sistema EEG è rappresentato in figura 1. I dettagli del dispositivo di stimolazione somatosensoriale sono stati descritti negli studi precedenti 1,7,12-14. In breve, due piccole linguette di plastica (larghe 2 cm e 3 cm di altezza) sono attaccati con nastro biadesivo per la pelle del viso. Le linguette sono collegati al dispositivo robotico con spago. Il robot genera carichi sistematici tratto pelle secondo i disegni sperimentali. Il protocollo di configurazione per la registrazione ERP è il seguente:

  1. Posizionare la testa del partecipante nel poggiatesta per ridurre al minimo il movimento della testa durante la stimolazione. Rimuovere accuratamente i cavi degli elettrodi tra la testa del partecipante e poggiatesta.
  2. Chiedere al partecipante di tenere premuto l'interruttore di sicurezza per il robot.
  3. Allegare linguette di plastica perla posizione pelle destinazione utilizzando del nastro biadesivo per la stimolazione somatosensoriale. Per il rappresentante traduce 12,13, in cui il bersaglio è la pelle lateralmente all'angolo orale, posizionare il centro delle linguette sul modiolus, alcuni mm lateralmente all'angolo orale con il centro delle linguette approssimativamente alla stessa altezza dell'angolo orale.
  4. Regolare la configurazione della stringa, supporti stringa e il robot per evitare elettrodi EEG e cavi.
  5. Applicare alcuni tratti della pelle del viso (un ciclo sinusoide a 3 Hz con una forza massima di 4 N) per controllare artefatti dovuti alla stimolazione (generalmente osservata come relativamente grande ampiezza e frequenza inferiore rispetto alla risposta elettrofisiologica). Se si osservano gli artefatti nei segnali EEG, tornare al 2.4.

3. ERP Registrazione

  1. Spiegare il compito sperimentale al soggetto e fornire prove pratiche (un blocco = 10 prove o meno) per confermare se il soggetto understands il compito chiaramente.
    Nota: L'attività sperimentale e presentazione dello stimolo per la registrazione ERP sono preprogrammato in software per la presentazione dello stimolo.
    1. Nel test con rappresentante combinato somatosensoriale e stimolazione uditiva 12, applicare la stimolazione somatosensoriale associata deformazione pelle a pelle laterale all'angolo orale. Il pattern di tratto è una sinusoide un ciclo (3 Hz) con una forza massima di 4 N. A solo enunciato sintesi vocale che è a metà in un continuum sonoro 10-passo tra "testa" e "aveva" viene utilizzato per la stimolazione uditiva.
    2. Presenti due stimolazioni separatamente o in combinazione. Nella stimolazione combinata, prova tre tempi insorgenza (90 piombo msec e lag, e simultanee in somatosensoriali e uditivi insorgenze: si veda la Figura 3A).
    3. Randomize la presentazione di cinque stimolazioni (somatosensoriale da solo, uditiva solo e tre combinato:. Piombo, simult e lag). Variare l'inter-trial intervallo tra 1.000 e 2.000 msec in modo da evitare l'anticipazione e assuefazione. Il compito sperimentale è quello di identificare se il suono vocale presentato, che è il suono che è acusticamente intermedia tra "testa" e "aveva ', era" capo "premendo un tasto sulla tastiera. Nella condizione solo somatosensoriale, in cui c'è stimolazione uditiva, i partecipanti sono istruiti a rispondere non "testa".
    4. I giudizi dei partecipanti record e il tempo di reazione fin dall'inizio stimolo alla pressione di un tasto con il software per la presentazione dello stimolo. Chiedere al partecipante a guardare un punto di fissazione sullo schermo in modo da ridurre gli artefatti dovuti a movimenti oculari.
    5. Rimuovere il punto di fissazione ogni 10 stimoli per una breve pausa. (Vedi anche altro esempio di compiti e di stimolo presentazione 12,13)
  2. Avviare il software per la registrazione ERP a 512 Hzcampionamento, che registra anche il tempo di inizio della stimolazione nella timeline di dati ERP. Si noti che i timestamp della stimolazione, che comprende anche le informazioni sul tipo di stimolazione, vengono inviati per ogni stimolo dal software per presentazione dello stimolo. I due programmi (per la registrazione ERP e per la presentazione dello stimolo) sono in esecuzione su due PC distinti che sono collegati tramite una porta parallela.
  3. Impostare il software per la stimolazione somatosensoriale alla modalità-trigger attesa e quindi avviare la presentazione dello stimolo attivando il software per presentazione dello stimolo. Si noti che il software per la stimolazione somatosensoriale è in corso anche su un PC separato dagli altri due PC. Record 100 ERP per condizione.
    Nota: un segnale di trigger per la stimolazione somatosensoriale ricevuto attraverso un dispositivo di ingresso analogico collegato ad un dispositivo di uscita digitale nel PC per la stimolazione sensoriale. Stimolazione somatosensoriale singolo è prodotto per un trigger.

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Risultati

Questa sezione presenta potenziali evento-correlati di rappresentanza in risposta alla stimolazione somatosensoriale derivante dalla deformazione della pelle del viso. L'apparato sperimentale è rappresentato in figura 1. Stimolazione sinusoidale è stato applicato alla pelle del viso laterale all'angolo orale (Vedi figura 3A come riferimento). Un centinaio di prove tratto sono state registrate per ogni partecipante con 12 partecip...

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Discussione

Gli studi qui riportati dimostrano che la stimolazione somatosensoriale controllato con precisione che viene prodotto dalla deformazione della pelle del viso provoca ERP corticali. Afferenze cutanee sono conosciuti come una ricca fonte di informazioni cinestetica 3,4 nel movimento degli arti umani e 5,6 discorso movimento 7,8,21. Stretching la pelle del viso in modo da riflettere la direzione movimento reale durante parlare induce un senso cinestetico simile al movimento corrispondente. ...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato sostenuto dal National Institute on Deafness e altri disturbi della comunicazione Grants R21DC013915 e R01DC012502, le scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada e del Consiglio europeo della ricerca nell'ambito del Settimo programma quadro della Comunità Europea (FP7 / 2007-2013 convenzione di sovvenzione n. 339.152 ).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
sistema di registrazione EEGBiosemiActiveTwo
Decice robotico per l'allungamento della pelleAuricolari compatibili con EEG GeomagicPhantom Premium 1.0
Ricerca etimoticaER3A
Software per la stimolazione visiva e uditivaSistemi neurocomportamentaliPresentazione Elettrodo
gelParker Laboratories, INCSigna gel
Nastro biadesivo3M1522
Siringa monousoMonoject412 Punta curva
Dispositivo di input analogiconazionali PCI-6036E
Dispositivo di uscita DegitalCalcolo di misuraUSB-1208FS
Strumenti

Riferimenti

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