Ранняя глубокая глухота — это сенсорный дефицит, который сильно влияет на овладение устной речью и восприятие звуков окружающей среды, которые играют важную роль в навигации в повседневной жизни для людей с нормальным слухом. Сохраненный и функциональный слуховой сенсорный путь позволяет нам слышать шаги, когда кто-то приближается вне визуального диапазона, реагировать на встречный трафик, сирены скорой помощи и охранные сигнализации и реагировать на наше собственное имя, когда кто-то нуждается в нашем внимании. Таким образом, прослушивание является жизненно важным чувством для речи, общения, когнитивного развития и своевременного взаимодействия с окружающей средой, включая восприятие потенциальных угроз в своем окружении. На протяжении десятилетий жизнеспособность аудиотактильной замены в качестве альтернативного метода восприятия звука, способного дополнять и облегчать развитие речи у лиц с тяжелыми нарушениями слуха, изучалась с ограниченными результатами 1,2,3. Сенсорная замена направлена на предоставление пользователям экологической информации через сенсорный канал человека, отличный от обычно используемого; было продемонстрировано, что он возможен в различных сенсорных системах 4,5. В частности, аудиотактильное сенсорное замещение достигается, когда кожные механорецепторы могут трансдуцировать физическую энергию звуковых волн, которые составляют слуховую информацию, в паттерны возбуждения нейронов, которые могут быть восприняты и интегрированы с соматосенсорными путями и соматосенсорными корковымиобластями более высокого порядка 6.
Несколько исследований показали, что глубоко глухие люди могут различать музыкальный тембр исключительно через вибротактильное восприятие7 и различать однополых носителей, используя спектральные сигналы сложных вибротактильных стимулов8. Более поздние результаты показали, что глухие люди получили конкретную выгоду от краткой, хорошо структурированной программы обучения аудиотактильному восприятию, поскольку они значительно улучшили свою способность различать различные частоты чистого тона9 и между чистыми тонами с различной временной длительностью10. В этих экспериментах использовались потенциалы, связанные с событиями (ERP), методы связности графов и количественные измерения электроэнцефалограммы (ЭЭГ) для изображения и анализа функциональных механизмов мозга. Тем не менее, нейронная активность, связанная с различением сложных звуков окружающей среды, не была изучена до этой статьи.
ERP оказались полезными для изучения процессов, заблокированных во времени, с невероятным временным разрешением в порядке миллисекунд, при выполнении поведенческих задач, которые включают распределение внимания, рабочую память и выбор ответа11. Как описано Luck, Woodman и Vogel12, ERP по своей сути являются многомерными мерами обработки и поэтому хорошо подходят для отдельного измерения подкомпонентов познания. В эксперименте ERP непрерывная форма сигнала ERP, вызванная представлением стимула, может быть использована для непосредственного наблюдения нейронной активности, которая связана между стимулом и поведенческой реакцией. Другие преимущества метода, такие как его экономическая эффективность и неинвазивный характер, делают его идеальным для изучения точного временного хода когнитивных процессов в клинических популяциях. Кроме того, инструменты ERP, применяемые в конструкции повторяющихся мер, в которой электрическая активность мозга пациентов регистрируется более одного раза для изучения изменений электрической активности после программы обучения или вмешательства, обеспечивают дальнейшее понимание нейронных изменений с течением времени.
Компонент P3, будучи наиболее широко исследованным когнитивным потенциалом13, в настоящее время признан реагирующим на все виды стимулов, большинство из которых, по-видимому, реагируют на стимулы с низкой вероятностью или высокой интенсивностью или значимостью, или те, которые требуют некоторой поведенческой или когнитивной реакции14. Этот компонент также оказался чрезвычайно полезным при оценке общей когнитивной эффективности в клинических моделях15,16. Явным преимуществом оценки изменений в форме сигнала P3 является то, что это легко наблюдаемый нейронный ответ из-за его большей амплитуды по сравнению с другими меньшими компонентами; он имеет характерное центропариетальное топографическое распределение, а также относительно легко обнаруживается при использовании соответствующей экспериментальной конструкции 17,18,19.
В этом контексте целью данного исследования является изучение связанных с обучением электрофизиологических изменений у пациентов с глубокой глухотой после обучения в течение короткого периода времени в вибротактильной звуковой дискриминации. Кроме того, инструменты ERP применяются для отображения функциональной динамики мозга, лежащей в основе временного задействования когнитивных ресурсов, требуемых задачей.