Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Соматосенсорные событиями вызванных потенциалов из кожи Stretch Орофациальные стимуляции

12.9K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/53621

⸱

18 декабря 2015 г.

 ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

В этой статье представлен метод получения соматосенсорных потенциалов, связанных с событиями, после стимуляции орофациального растяжения кожи. Данный метод может быть использован для оценки вклада соматосенсорных афферентов как в производство речи, так и в восприятие речи.

Аннотация

Корковая обработка, связанная с орофациальной соматосенсорной функцией в речи, получила ограниченное экспериментальное внимание из-за трудности обеспечения точной и контролируемой стимуляции. В данной статье представлен метод регистрации соматосенсорных потенциалов, связанных с событиями (ERP), в котором используется новый метод механической стимуляции, включающий деформацию кожи с помощью роботизированного устройства. Контролируемая деформация кожи лица используется для модуляции кинестетических входов через возбуждение кожных механорецепторов. Сочетая соматосенсорную стимуляцию с электроэнцефалографической записью, соматосенсорные вызванные реакции могут быть успешно измерены на уровне коры головного мозга. Соматосенсорную стимуляцию можно сочетать со стимуляцией других сенсорных модальностей для оценки мультисенсорных взаимодействий. Для речи орофациальная стимуляция сочетается со звуковой стимуляцией речи для оценки вклада мультисенсорной обработки, включая эффекты разницы во времени. Возможность точного управления орофациальной соматосенсорной стимуляцией во время восприятия речи и производства речи с помощью записи ERP является важным инструментом, который позволяет по-новому взглянуть на нейронную организацию и нейронные представления для речи.

Введение

Производство Речь зависит как слуховой и соматосенсорной информации. Слуховой и соматосенсорной обратной связи происходят в сочетании с самых ранних вокализации, производимых младенца, и оба участвуют в речи двигателя обучения. Последние результаты показывают, что соматосенсорной процессы способствуют восприятию, а также производства. Например, идентификация звуков речи изменяется, когда роботизированное устройство растягивает кожу лица, как участники слушать звуковые раздражители 1. Воздушные клубы к щеке, которые совпадают со слуховыми стимулами речи изменить восприятия суждения участников 2.

Эти эффекты включают соматосенсорной активацию кожных механорецепторов в ответ на деформацию кожи. Кожа деформируется различными способами во время движения, и кожные механорецепторы, как известно, способствует кинестетической смысле 3,4. Кинестетического роль кожных механорецепторов является демонstrated недавние выводы 5-7, что движение связанных штаммы кожи соответствующим воспринимаются как сгибание или движение расширение в зависимости от характера простирания 6 кожи. В течение обучения речи двигателя, который является повторением конкретного речевого высказывания с сопутствующей лицевой растягивание кожи речи, узоры артикуляторные изменить в адаптивном образом 7. Эти исследования показали, что модуляции растягивание кожи во время действия относится к способу оценки вклада кожных афферентов к кинестетической функции системы сенсомоторной.

Кинестетического функция орофациальных кожных механорецепторов изучали главным образом с использованием психофизиологических методов 7,8 и микроэлектрод перекодирование чувствительных нервов 9,10. Здесь текущий протокол фокусируется на сочетании орофациального соматосенсорной стимуляции, связанной с лицевой деформации кожи и события, связанного потенциал (ПРП) записи. Чтэто процедура имеет точное экспериментальное контроль над руководством и сроках лица деформации кожи с помощью роботизированной устройство с компьютерным управлением. Это позволяет проверить определенные гипотезы о вкладе соматосенсорной к производству речи и восприятия избирательно и точно деформируя кожу лица в широком диапазоне ориентаций в течение как обучения речи двигателя и непосредственно в производстве речи и восприятия. Запись ERP используются для неинвазивного оценить временную модель и времени влияния соматосенсорной стимуляции на орофациальных поведения. Текущий протокол, то можно оценить нейронных коррелятов кинестетической функции и оценить вклад системы соматосенсорной к обоим обработки речи, речи производства и восприятия речи.

Чтобы показать полезность применения стрейч кожа стимуляции к записи ERP, следующий протокол фокусируется на взаимодействии соматосенсорной и слуховой вход в речи рerception. Результаты свидетельствуют потенциальную метод оценки соматосенсорной-слуховой взаимодействия в речи.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

В настоящее время экспериментальный протокол следующим рекомендациям этического поведения в соответствии с Йельского университета комитета Следственного человека.

1. Electroenchephalopgaphy (ЭЭГ) Подготовка

  1. Измерьте размер головы, чтобы определить соответствующий колпачок ЭЭГ.
  2. Определить местоположение вершины, находя среднюю точку между Насьон и затылочного бугра с измерительной ленты.
  3. Поместите крышку ЭЭГ на голове с помощью заранее определенной вершины в качестве Cz. Изучите Ч. вновь после размещения крышку с помощью измерительной ленты, как это сделано в 1.2. Следует отметить, что крышка ЭЭГ оснащен сварочных и размещение 64 электродов (или держателей) основан на модифицированном 10-20 системы с системой подогрева заданными координатами на основе Cz 11.
    Примечание: Этот представитель приложение использует конфигурацию 64 электрода для оценки изменений распределения головы и для анализа исходного кода. Для более простых приложений (связанных с событиями возможных изменений амплитуды и латентности) USIнг меньше электроды можно. Есть два дополнительных электродов для земли в системе ЭЭГ используется здесь. Эти держатели электродов, также включены в крышке.
  4. Применить электрода гель в электродных держателей с использованием одноразового шприца.
  5. Прикрепите электроды ЭЭГ (в том числе земельных электродов) в держатели электродов, соответствующих меток электродов и к электроду владельцев на колпачок электрода.
  6. Очистите поверхность кожи с алкоголем колодки.
    Примечание: электроды для обнаружения движения глаз (электро-окулография), места за кожей выше и ниже правого глаза (вертикальное движение глаз), и латеральнее наружного угла глазной щели из обоих глаз (горизонтальное движение глаз); для соматосенсорной стимуляции бокового кожи полости углом очищается.
  7. Заполните четыре электро-окулография электродов с электродом геля и закрепите электроды двухсторонней ленты на сайты, отмеченных в 1,6 раза.
  8. Закрепите все кабели электродов, используя ремень Velcro. Если гequired, лента кабели к телу участника или других мест, которые не вносят дополнительное электрическое или механический шум.
  9. Расположите участника перед монитором и робота для соматосенсорной стимуляции. Закрепите все кабели электродов снова, как и в 1.8.
  10. Подключите ЭЭГ и электро-окулография электродов (в том числе земельных электродов) в соответствующих связкой, (соответствующий ярлыка и форма разъем) на усилитель коробки системы ЭЭГ.
  11. Убедитесь, что сигналы ЭЭГ артефакт бесплатно и, что значение смещения в приемлемом диапазоне (<50 мкВ или менее). Если шумные сигналы или крупные сдвиги, которые, как правило, свидетельствует о высокой сопротивлением найдены, правильно эти электродные сигналы путем добавления дополнительных гель ЭЭГ и / или репозиционирование волосы, которые непосредственно под электродом.
  12. Вставьте ЭЭГ-совместимые наушники и убедитесь, что уровень звука в удобном диапазоне на основе предмета доклада.
2. Соматосенсорные Стимуляция

Примечание: Текущий протокол применяется растягивание кожи лица с целью соматосенсорной стимуляции. Экспериментальная установка с системой ЭЭГ представлена ​​на Рисунке 1. Детали соматосенсорной стимуляции устройства были описаны в предыдущих исследованиях 1,7,12-14. Вкратце, две небольшие пластиковые выступы (2 см в ширину и 3 см высота) крепятся двухсторонней ленты на коже лица. Вкладки подключены к устройству с помощью роботизированной строку. Робот генерирует систематические нагрузки растяжения кожи в соответствии с экспериментальными конструкций. Протокол для записи ERP установки заключается в следующем:

  1. Поместите голову участника в подголовник, чтобы минимизировать движения головы во время стимуляции. Осторожно снять электродные кабели между головкой и подголовник участника.
  2. Попросите участников провести предохранительный выключатель для робота.
  3. Прикрепите пластиковые вкладки врасположение целевой кожи с помощью двухсторонней ленты для соматосенсорной стимуляции. Для представитель приводит 12,13, в которой целью является боковое кожи полости углом, поместите центр вкладок на Modiolus, несколько мм латеральнее полости углом центре вкладок примерно той же высоты ротовой углом.
  4. Регулировка конфигурацию строка, строка опор и роботом, чтобы избежать электродов ЭЭГ и кабели.
  5. Нанесите несколько лицевых участки кожи (один цикл синусоиды на 3 Гц с максимальным усилием 4 Н), чтобы проверить артефактов за счет стимуляции (как правило, наблюдается в относительно большой амплитудой и низкой частотой по сравнению с электрофизиологического ответа). Если артефакты наблюдаются в сигналах ЭЭГ, вернуться к 2,4.

3. Запись ERP-

  1. Объясните экспериментальную задачу к теме и предоставить практические испытания (один блок = 10 испытаний или меньше), чтобы подтвердить, если предметом недеформированнойrstands задачу ясно.
    Примечание: Экспериментальная задача и стимул презентация для записи ERP являются preprogramed в программном обеспечении для стимула презентации.
    1. В представительной пробы с комбинированной соматосенсорной и слуховой стимуляции 12, применить соматосенсорной стимуляции, связанной с деформацией кожи к боковой кожи в полость углом. Характер участке является синусоида один цикл (3 Гц) с максимальной силой 4 N. Один синтезированная речь высказывания, что на полпути в звуковой континуум 10-ступенчатой ​​между «головой» и «что» используется для слухового раздражения.
    2. Представьте как стимуляции отдельно или в комбинации. В сочетании стимуляции, испытания три наступающие тайминги (90 мс свинца и отставание, и одновременные в соматосенсорной и слуховой приступы: рис 3а).
    3. Случайно презентация пяти стимуляций (соматосенсорной одна, слуховые один и три в сочетании:. Свинец, Simult и лAG). Вары между пробную интервал между 1000 и 2000 мс для того, чтобы избежать привыкания и предвкушение. Экспериментальная задача определить, является ли представленный звук речи, которая является звук, который акустически промежуточным между "головой" и "был", был "голова", нажав клавишу на клавиатуре. В соматосенсорной только условия, в которых нет слуховой стимуляции, участники поручили ответить не "голова".
    4. Запись участник суждения и время реакции от начала стимула к нажатию клавиши, используя программное обеспечение для предъявления стимула. Попросите участника смотреть на точку фиксации на экране дисплея для того, чтобы уменьшить артефакты из-за движения глаз.
    5. Удалить точки фиксации каждые 10 стимуляции в течение короткого перерыва. (Смотрите также другой пример задачи и стимула презентации 12,13)
  2. Запустите программу для записи ERP на 512 Гцотбор проб, который также записывает время начала стимуляции на временной шкале ERP данных. Обратите внимание, что метки времени стимуляции, которая также включает информацию о типе стимуляции, направляются для каждого стимула от программного обеспечения для предъявления стимула. Эти две программы (для записи ERP и для представления стимула) работают на двух отдельных компьютерах, подключенных через параллельный порт.
  3. Установите программное обеспечение для соматосенсорной стимуляции в режим триггера-ждет, а затем начать стимул презентацию активации программного обеспечения для предъявления стимула. Следует отметить, что программное обеспечение для стимуляции соматосенсорной также работает на отдельном компьютере от двух других компьютеров. Запись 100 ФКЗ за состояния.
    Примечание: Пусковой сигнал для стимуляции соматосенсорной получен через аналоговый устройства ввода, который подключен к цифрового устройства вывода в компьютере для сенсорной стимуляции. Одноместный соматосенсорной стимуляции производится за один спусковой крючок.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

В этом разделе представлены репрезентативные связанных с событием потенциалов в ответ на стимулирование соматосенсорной результате деформации лицевого кожи. Экспериментальная установка представлена ​​на рисунке 1. Синусоидальная стимуляция была применена к лицевой отвода кожи в полость углом (рис 3А как ссылки). Сто стрейч испытания были записаны для каждого участника с 12 участниками, испытанных в общей сложности. После удаления испытания с мигает и арт...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Исследования, представленные здесь предоставить доказательства, что именно контролируется соматосенсорной стимуляции, которая производится лицевой деформации кожи индуцирует корковых ССП. Кожные афференты известны как богатый источник кинестетического информации 3,4 в движение конечности человеческого 5,6 и речи движения 7,8,21. Растяжение кожи лица в порядке, который отражает фактическое направление движения во время выступления индуцирует кинестетический смысл, аналогичный соответствую...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным институтом глухоты и других расстройств связи Гранты R21DC013915 и R01DC012502, естественных наук и инженерного исследовательский совет Канады и Европейского исследовательского совета при Седьмой Рамочной Программы Европейского Сообщества (FP7 / 2007-2013 Грант соглашение нет. 339152 ).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Система регистрации ЭЭГBiosemiActiveTwo
Роботизированный децис для растяжения кожиGeomagicPhantom Premium 1.0
ЭЭГ-совместимые наушникиЭтимотические исследованияER3A
Программное обеспечение для визуальной и слуховой стимуляцииНейроповеденческие системыПрезентация
электродного геляParker Laboratories, INCSigna gel
Двухсторонняя лента3M1522
Одноразовый шприцMonoject412 Изогнутый наконечник
Аналоговое входное устройствоNational Instuments PCI-6036E
Измерительное устройствоИзмерительные вычисленияUSB-1208FS

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Соматосенсорные событиями вызванных потенциалов из кожи Stretch Орофациальные стимуляции
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.