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방법 논문

구강 안면 피부 스트레치 자극에서 체성 감각 이벤트 관련 우수

12.9K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/53621

⸱

2015년 12월 18일

 ,  , 
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

이 논문에서

요약

이 논문은 구강 안면 피부 스트레치 자극 후 체성 감각 이벤트 관련 전위를 얻는 방법을 소개합니다. 현재의 방법은 음성 생성과 음성 지각 모두에 대한 체성 감각 구심성의 기여도를 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

초록

언어에서 구강 안면 체성 감각 기능과 관련된 피질 처리는 정확하고 통제된 자극을 제공하기 어렵기 때문에 제한된 실험적 관심을 받았습니다. 이 기사에서는 로봇 장치를 사용하여 피부 변형을 포함하는 새로운 기계적 자극 방법을 사용하여 체성 감각 이벤트 관련 전위(ERP)를 기록하는 기술을 소개합니다. 안면 피부의 제어된 변형은 피부 기계수용체의 흥분을 통해 운동감각적 입력을 조절하는 데 사용됩니다. 체성 감각 자극과 뇌파 기록을 결합함으로써, 체성 감각 유발 반응은 피질 수준에서 성공적으로 측정될 수 있습니다. 체성 감각 자극은 다중 감각 상호 작용을 평가하기 위해 다른 감각 양식의 자극과 결합될 수 있습니다. 언어의 경우, 구강 안면 자극은 음성 자극과 결합되어 타이밍 차이의 영향을 포함한 다중 감각 처리의 기여도를 평가합니다. ERP 녹음을 통해 음성 인식 및 음성 생성 시 구강 안면 체성 감각 자극을 정확하게 제어하는 기능은 음성의 신경 조직 및 신경 표현에 대한 새로운 통찰력을 제공하는 중요한 도구입니다.

서론

음성 생산은 모두 청각과 체성 감각 정보에 따라 달라집니다. 청각과 체성 감각 피드백은 유아에 의해 생성 된 최초의 발성에서 조합에서 발생하는 모두는 음성 운동 학습에 참여하고 있습니다. 최근 결과 체성 감각 프로세스 인식뿐만 아니라 생산에 기여하는 것이 좋습니다. 로봇 장치가 참가자 청각 자극에 1을 청취으로 얼굴 피부를 뻗어 예를 들어, 음성의 식별이 변경되는 소리. 청각 언어 자극과 일치 뺨에 에어 퍼프 참가자들의인지 판단 (2) 변경.

이러한 효과는 피부 체성 변형에 응답하여 피부 기계적 수용기의 활성화를 수반한다. 피부가 움직이는 동안 다양한 방식으로 변형되고, 피부 근 감각 기계적 수용기는 감각 3,4에 기여하는 것으로 알려져있다. 피부 기계적 수용기의 운동 감각 역할은 악마운동과 관련된 피부 변형이 적절하게 굴곡 또는 확장 움직임 피부 스트레치 (6)의 패턴에 따라로 인식되어 최근 연구 결과 5-7로 strated. 동반 얼굴 피부 스트레치 연설 특정 음성 발언의 반복이다 음성 모터 훈련의 과정 동안, 조음 패턴 적응 방법 7로 변경합니다. 이러한 연구 작업 동안 피부 스트레칭를 변조하는 시스템의 감각 기능 피부 근 감각 구 심성 신경의 기여도를 평가하기위한 방법을 제공하는 것을 나타낸다.

구강 안면 피부 기계적 수용기의 운동 감각 기능은 감각 신경 9,10에서 레코딩 정신 생리 학적 방법 7,8과 미세 전극을 사용하여 주로 연구되고있다. 여기서, 현재 프로토콜은 얼굴 피부 변형 및 이벤트 관련 전위 (ERP)의 기록과 관련된 구강 안면 체성 감각 자극의 결합에 초점을 맞추고있다. 목인 절차는 컴퓨터로 제어되는 로봇 장치를 이용하여 얼굴 피부 변형의 방향과 타이밍을 정밀하게 제어 실험을 갖는다. 이것은 우리가 선택적으로 정확하게 모두 음성 운동 학습시 방향의 넓은 범위에서 얼굴 피부를 변형시켜 음성 생산 및 인식과 체성 감각 기여에 대한 특정 가설을 테스트하고 직접 음성 생산 및 인식을 할 수 있습니다. ERP 기록을 비 침습적으로 구강 안면 동작에 체성 감각 자극의 영향의 시간적 패턴과 타이밍을 평가하는 데 사용된다. 현재 프로토콜은 근 감각 신경 기능의 상관 관계를 평가하고 모두 음성 처리, 음성 제조 및 음성 인식과 체성 시스템의 기여를 평가할 수있다.

ERP 기록에 피부 스트레칭 자극 애플리케이션의 유용성을 보여주기 위해, 다음의 프로토콜은 음성 P에서 체성 청각 입력의 상호 작용에 중점erception. 결과는 연설에서 체성 감각 - 청각의 상호 작용을 평가하기위한 잠재적 인 방법을 강조 표시합니다.

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프로토콜

현재 실험 프로토콜은 예일 대학 인간 조사위원회에 따라 윤리적 행위의 지침을 따른다.

1. Electroenchephalopgaphy (EEG) 준비

  1. 적절한 뇌파 캡을 결정하기 위해 머리 크기를 측정한다.
  2. 측정 테이프 nasion 및 inion 사이의 중간 점을 찾아 정점의 위치를​​ 확인합니다.
  3. Cz에로 사전 결정된 정점을 사용하여 머리에 뇌파 캡을 놓습니다. 1.2에서 수행으로 측정하는 테이프를 사용하여 캡을 배치 한 후 다시 Cz에를 검사합니다. EEG 캡 전극 홀더를 구비하고, 전극 (64) (또는 홀더)의 배치는도 11에 기초하여 Cz를 미리 지정된 좌표 시스템으로 변형 10-20 시스템 기준입니다.
    주 :이 대표적인 어플리케이션 두피 분포의 변화를 평가하기 위해 64의 전극 구성을 사용하여 소스 및 분석. 간단한 응용 프로그램 (진폭과 대기 시간에 이벤트 관련 잠재적 인 변경)의 경우 USING 적은 전극이 가능합니다. 여기에 사용 된 뇌파 시스템의 땅에 대한 두 개의 추가 전극이 있습니다. 그 전극 홀더는 캡에 포함되어 있습니다.
  4. 일회용 주사기를 사용하여 전극 홀더에 전극 젤을 적용합니다.
  5. 전극 및 전극 모자에 전극 홀더에 라벨과 일치하는 전극 홀더에 (접지 전극 포함) 뇌파 전극을 연결합니다.
  6. 알코올 패드 피부 표면을 청소한다.
    주 : 양안의 외 안각 (수평 안구 운동)에 눈 움직임 (전기 oculography), 피부의 위치는, 상술과 우안 (수직 안구 운동) 이하, 횡을 검출하기위한 전극 용; 체 감각 자극에 대한 구강 각도 피부 측이 세정된다.
  7. 전극 젤 네 개의 전기 oculography 전극을 입력하고 1.6에 언급 된 사이트에 양면 테이프로 전극을 고정합니다.
  8. 벨크로 스트랩을 사용하여 모든 전극 케이블을 고정합니다. R 경우equired는 참가자의 신체에 케이블이나 추가 전기적 또는 기계적 소음을 소개하지 않는 다른 위치를 테이프.
  9. 모니터 앞의 참가자와 체성 감각 자극에 대한 로봇을 배치합니다. 1.8에서와 같이 다시 모든 전극 케이블을 고정합니다.
  10. 뇌파 시스템의 앰프 상자의 뇌파와 적절한 컨넥터로 (접지 전극 포함) 전기 oculography 전극 (일치하는 레이블 및 커넥터 모양)을 연결합니다.
  11. 뇌파 신호가 무료 유물 및 오프셋 값이 허용 범위 (<50 μV 이하)로되어 있는지 확인하십시오. 일반적으로 높은 임피던스를 나타내는입니다 잡음 신호 나 큰 오프셋이 발견되면 정확한 추가 뇌파 젤을 추가 및 / 또는 전극 바로 아래에 머리를 재배치하여 그 전극 신호.
  12. 뇌파 호환 이어폰을 삽입하고 사운드 레벨이 주제 보고서를 기반으로 편안한 범위에 있는지 확인합니다.
2. 체성 감각 자극

주 : 현재 프로토콜 체성 감각 자극의 목적으로 얼굴 피부 스트레칭을인가한다. EEG 시스템 실험 장치는도 1에 표시된다. 체성 감각 자극 장치의 상세는 이전 연구 1,7,12-14에 기재되어있다. 간단히 말해서, 두 개의 작은 플라스틱 탭 (2cm 폭 3cm 높이)는 얼굴 피부에 양면 테이프로 부착되어있다. 탭은 문자열을 사용하여 로봇 장치에 접속된다. 로봇은 실험적인 디자인에 따라 체계적인 피부 스트레칭 부하를 생성합니다. 다음과 같이 ERP 녹화 설정 프로토콜은 다음과 같습니다

  1. 자극시 헤드의 움직임을 최소화하기 위해, 헤드 레스트의 참가자의 머리를 배치했다. 신중하게 참가자의 머리와 헤드 레스트 사이의 전극 케이블을 제거합니다.
  2. 로봇의 안전 스위치를 개최 참가자를 요청합니다.
  3. 에 플라스틱 탭을 부착체 감각 자극 양면 테이프를 이용하여 대상의 피부 위치. 담당자가 대상이 구강 각도로 피부의 측면 인 12, 13을, 결과를 modiolus의 탭의 중심을 배치, 몇 mm의 약 탭의 중심과 같은 높이와 구강 각도 측 방향 구강 각도.
  4. EEG 전극 및 케이블을 피하기 위해 문자열, 문자열 지원하며 로봇의 구성을 조정한다.
  5. 때문에 (일반적으로 전기 생리 반응과 비교하여 상대적으로 큰 진폭과 낮은 주파수로 관찰) 자극 유물 확인하기 위해 (4 N의 최대 힘 3 Hz에서 한 사이클의 정현파) 몇 얼굴 피부 뻗어을 적용합니다. 유물은 뇌파 신호를 관찰하는 경우, 2.4으로 돌아갑니다.

3. ERP 녹화

  1. (한 블록 = 10 시련 이하) 확인 대상으로 실험적인 작업을 설명하고 연습 시험을 제공 할 경우 대상 운데분명히 작업 rstands.
    참고 : ERP 기록에 대한 실험 작업과 자극의 발표는 자극 프리젠 테이션 소프트웨어 preprogramed 있습니다.
    1. 결합 체성 감각 및 청각 자극 (12)와 대표 시험에서, 구강 각도로 피부의 측면에 피부 변형과 관련된 체성 감각 자극을 적용합니다. 신축성 패턴 4 N. 청각 자극에 사용되는 "한", "헤드"사이 10 단계 사운드 연속체에서의 중간 인 단일 합성 스피치 발성의 최대 힘과 1 사이클 정현파 (3 Hz에서)이다.
    2. 개별적으로 또는 조합을 모두 자극을 제시. 결합 된 자극에서, 테스트 세 개시 타이밍 (체성 감각 및 청각 온셋 90 밀리 납과 지연, 동시는 : 그림 3A 참조).
    3. . 납, simult과 L : 청각 혼자 세 결합, 혼자 다섯 자극의 제시 (체성 감각을 무작위AG). 기대 및 습관화을 피하기 위해 1,000 2,000 밀리 초 사이의 상호 재판 간격을 변화. 실험적인 작업은 키보드의 키를 눌러 "헤드"간의 음향 중간이고 소리 제시 음성 사운드 "헤드" '했다가되었다 "여부를 식별하는 것이다. 체성 단독 상태에서 존재하는 더 청각 자극은 참가자가 없습니다 "머리"를 응답하도록 지시, 없다.
    4. 기록 참가자 판단과 자극 프리젠 테이션 소프트웨어를 사용하여 키를 눌러에 자극 발병에서 반응 시간. 눈의 움직임으로 인한 아티팩트를 감소시키기 위하여 상기 디스플레이 스크린의 고정 지점을 바라 참가자하자.
    5. 짧은 휴식에 들어 고정 지점마다 10 자극을 제거합니다. (작업 및 자극 프리젠 테이션 12,13의 다른 예를 참조하십시오)
  2. 512 Hz에서의 ERP 녹음 소프트웨어를 시작합니다또한 ERP 데이터의 타임 라인에서 자극의 개시 시간을 기록 샘플링. 또한, 자극의 유형에 대한 정보를 포함하는 자극의 타임 스탬프, 자극 프레젠테이션 소프트웨어로부터 각 자극에 대해 전송 참고. (ERP 기록 및 자극 프레 젠 테이션을위한) 두 프로그램은 병렬 포트를 통해 연결되어있는 두 개의 별도의 PC에서 실행되고 있습니다.
  3. 트리거 대기 모드로 체성 감각 자극에 대한 소프트웨어를 설정하고 자극 프리젠 테이션 소프트웨어를 활성화하여 자극 프리젠 테이션을 시작합니다. 체성 감각 자극에 대한 소프트웨어는 또한 다른 두의 PC에서 별도의 PC에서 실행되고 있습니다. 조건에 따라 기록 (100) ERPS.
    주 : 체성 감각 자극에 대한 트리거 신호는 감각 자극 PC에 디지털 출력 장치에 연결되어, 아날로그 입력 장치를 통해 수신된다. 단일 체성 감각 자극은 하나의 트리거 당 생산된다.

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결과

이 섹션은 얼굴 피부 변형으로 인한 체성 감각 자극에 응답 대표 사건 관련 전위를 제공합니다. 실험 장치는도 1에 표시된다. 정현파 자극 경구 각도 (기준으로도 3a 참조) 얼굴 피부 측에 적용 하였다. 백 스트레치 시험은 총 시험 12 참가자들과 각 참가자를 남겼습니다. 오프라인 수평 및 수직 oculography 전기 신호에 기초하여 깜박 안구 운동 아티팩트 시험을 제거한 후 (± 150 μV 초과), 실험 85 % 이상을 평균 하였다. EEG 신호 0.5-50 Hz의 대역 통과 필터로 여과하고, 모든 전극들에 걸쳐 평균을 다시 참조 하였다. (2) 대표 전극으로부터 선택된 평균 체성 감각 ERP를 나타낸다. 정면 지역에서 최고 음의 전위는 100 ~ 200 밀리 포에서 유도 하였다세인트 자극은 200 ~ 300 밀리 초에 긍정적 인 잠재력 다음...

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토론

여기에보고 된 연구는 얼굴 피부의 변형에 의해 생산되는 정밀하게 제어 체성 감각 자극이 대뇌 피질의 ERPS을 유도하는 증거를 제공합니다. 피부의 구 심성은 인간의 사지 운동 5, 6 및 음성 운동 7,8,21에서 운동 감각 정보 3,4의 풍부한 소스로 알려져있다. 말하기 동안 실제 이동 방향을 반영하는 방식으로 얼굴 피부를 스트레칭 운동에 대응하는 근 감각 유사한 감각을 유도한다. 정확하게 제어 피부 스트레칭 및 ERP 녹음을 조합 현재 방법은 스피치의 동작 중에 다양한 구강 안면 신경 기능의 기초를 조사하는데 사용될 수있다.

기계적 자극과 동시에 EEG 기록을 사용하면, 아티펙트에 대한 지속적인 신호를 모니터하는 것이 중요하다. 문자열이 뇌파 전극과 케이블 가까이에있는 피부를 스트레칭하는 데 사용하기 때문에 특히, 전기의 가능성이알 모션 유물은 뇌파 신호에 유도된다. 이 유물은 전기 생리 반응과 비교하기 때문에 상...

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공개 사항

저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

이 작품은 청각 장애 및 기타 의사 소통 장애 보조금 R21DC013915과 R01DC012502, 자연 과학 및 캐나다의 공학 연구위원회와 유럽 공동체의 일곱 번째 프레임 워크 프로그램 (FP7 / 2,007에서 2,013 사이 그랜트 계약없이 아래 유럽 연구위원회에 국립 연구소에 의해 지원되었다. 339152 ).

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
EEG 기록 시스템BiosemiActiveTwo
피부 스트레칭을 위한 로봇 디시스GeomagicPhantom Premium 1.0
EEG 호환 이어폰원 연구ER3A
시각 및 청각 자극을 위한 소프트웨어신경 행동 시스템프레젠테이션
전극 젤Parker Laboratories, INCSigna gel
양면 테이프3M1522
일회용 주사기Monoject412 곡선 팁
아날로그 입력 장치National Instuments PCI-6036E
디지털 출력 장치측정 컴퓨팅USB-1208FS
어

참고문헌

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