Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) obszarów Wernickego i Broki w badaniach nad uczeniem się języków obcych i przyswajaniem słów

Podsumowanie

Tutaj opisujemy protokół korzystania z przezczaszkowej stymulacji prądem stałym w eksperymentach psycho- i neurolingwistycznych mających na celu zbadanie, w naturalistyczny, ale w pełni kontrolowany sposób, roli obszarów korowych ludzkiego mózgu w uczeniu się słów oraz kompleksowy zestaw procedur behawioralnych do oceny wyników.

Streszczenie

Język jest bardzo ważną, ale słabo poznaną funkcją ludzkiego mózgu. Podczas gdy badania nad wzorcami aktywacji mózgu podczas rozumienia języka są obfite, często krytycznie brakuje dowodów przyczynowych na zaangażowanie obszarów mózgu w określoną funkcję językową, nie tylko ze względu na unikalną ludzką naturę tej zdolności i niedobór narzędzi neurofizjologicznych do nieinwazyjnego badania związków przyczynowych w ludzkim mózgu. W ostatnich latach obserwuje się gwałtowny wzrost wykorzystania przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) ludzkiego mózgu, łatwej, niedrogiej i bezpiecznej nieinwazyjnej techniki, która może modulować stan stymulowanego obszaru mózgu (przypuszczalnie poprzez przesunięcie progów pobudzenia/hamowania), umożliwiając badanie jego szczególnego wkładu w określone funkcje. Chociaż koncentruje się głównie na kontroli motorycznej, stosowanie tDCS staje się coraz bardziej powszechne zarówno w podstawowych, jak i klinicznych badaniach nad wyższymi funkcjami poznawczymi, w tym językiem, ale procedury jego stosowania pozostają zmienne. W tym miejscu opisujemy zastosowanie tDCS w psycholingwistycznym eksperymencie uczenia się słów. Przedstawiamy techniki i procedury stosowania stymulacji katodowej i anodowej podstawowych obszarów językowych Broki i Wernickego w lewej półkuli mózgu człowieka, opisujemy procedury tworzenia zrównoważonych zestawów bodźców psycholingwistycznych, kontrolowany, ale naturalistyczny reżim uczenia się oraz kompleksowy zestaw technik oceny efektów uczenia się i efektów tDCS. Jako przykład zastosowania tDCS pokazujemy, że stymulacja katodowa obszaru Wernickego przed sesją uczenia się może wpływać na efektywność uczenia się słów. Wpływ ten jest zarówno obecny bezpośrednio po uczeniu się, jak i, co ważne, utrzymuje się przez dłuższy czas po ustąpieniu fizycznych efektów stymulacji, co sugeruje, że tDCS może mieć długoterminowy wpływ na pamięć i reprezentacje językowe w ludzkim mózgu.

Wprowadzenie

Neurobiologiczne mechanizmy funkcjonowania ludzkiego języka są nadal słabo poznane. Ta wyjątkowa cecha neurokognitywna, będąca podstawą naszych zdolności komunikacyjnych, odgrywa szczególnie ważną rolę w naszym życiu osobistym i społeczno-gospodarczym. Wszelkie deficyty wpływające na mowę i język są niszczące dla osób cierpiących na nie i kosztowne dla społeczeństwa. Jednocześnie w klinice procedury leczenia deficytów mowy (takich jak afazja) pozostają nieoptymalne, między innymi ze względu na słabe zrozumienie związanych z tym mechanizmów neurobiologicznych¹. W badaniach naukowych niedawne pojawienie się i szybki rozwój metod neuroobrazowania ....

Protokół

Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez lokalną komisję etyki badań Uniwersytetu Państwowego w Sankt Petersburgu, po uzyskaniu zgody od wszystkich uczestników.

UWAGA: Wszyscy uczestnicy muszą podpisać świadomą zgodę i wypełnić kwestionariusz, aby potwierdzić brak jakichkolwiek przeciwwskazań do stymulacji tDCS (patrz Technika i Rozważania w Stosowaniu Przezczaszkowej Stymulacji Prądem Stałym o Wysokiej Rozdzielczości 4 x 1 (HD-tDCS) autorstwa Willamara i współpracowników¹²) oraz w celu zgromadzenia innych danych istotnych dla badania, takich jak ostrość wzroku, dane demograficzne, doświadczenie językowe i ręcz....

Wyniki

Choć dane analizowano pod kątem konkretnego zestawu zadań, należy podkreślić, że opracowany zestaw testów oraz paradygmat można dostosować do wielu różnych eksperymentów psycholingwistycznych. Wyniki analizowano pod kątem wskaźników dokładności (liczba poprawnych odpowiedzi) oraz czasu reakcji (RT), stosując nieparametryczny test znaków Wilcoxona oraz test U Manna-Whitneya w porównaniach między grupami (warunki stymulacji katodowej i pozorowanej). Istotne różnice dla zadań w obrębie każde.......

Dyskusja

Wyniki wskazują na kilka ważnych punktów, które należy wziąć pod uwagę podczas prowadzenia badań psycholingwistycznych w ogóle, a w szczególności badań neurolingwistycznych tDCS. Stymulacja kory językowej (czego przykładem jest obszar Wernickego) wytwarza złożony wzorzec wyników behawioralnych. W przeciwieństwie do techniki TMS, w której możliwe jest całkowite zakłócenie przetwarzania mowy (np. tzw. protokół "aresztowania mowy")²¹, metoda ta umożliwia możliwie bardziej złożony, stopniowany i subte.......