La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) s'est avéré être un outil utile pour étudier le rôle de moteur articulatoire cortex dans la perception de la parole. Cet article décrit comment enregistrer les potentiels évoqués moteurs (MPE) dans les muscles des lèvres et la façon de perturber la représentation de la lèvre du moteur en utilisant le TMS répétitives.
La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) s'est avéré être un outil utile pour étudier le rôle de moteur articulatoire cortex dans la perception de la parole. Les chercheurs ont utilisé une impulsion unique et répétitif TMS pour stimuler la représentation de la lèvre dans le cortex moteur. L'excitabilité de la représentation motrice de la lèvre peut être étudiée par l'application d'impulsions de TMS unique sur cette zone corticale et enregistrer moteur induite par TMS-potentiels évoqués (MPE) via des électrodes placées sur les muscles des lèvres (de électromyographie; EMG). Grandes députés reflètent augmentation de l'excitabilité corticale. Des études ont montré que l'excitabilité augmente pendant l'écoute de la parole ainsi que pendant le visionnement des mouvements liés à la parole. TMS peuvent également être utilisés pour perturber la représentation sous forme de moteur à lèvres. Un train de 15 min de basse fréquence inférieure au seuil de stimulation répétée a été montré pour supprimer excitabilité motrice pour une nouvelle 15-20 min. Cette perturbation TMS-induite de la représentation de la lèvre postérieure du moteur altèreperformance dans des tâches exigeantes de perception de la parole et module les réponses auditif-cortex de sons de la parole. Ces résultats sont cohérents avec l'idée que le cortex moteur contribue à la perception de la parole. Cet article décrit comment localiser la représentation de la lèvre dans le cortex moteur et la façon de définir l'intensité de la stimulation appropriée pour réaliser à la fois une impulsion unique et des expériences de TMS répétitives.
perception de la parole est une compétence exigeant qui nécessite un encodage de signaux sonores entrants complexes et très variables. S'il est incontestable que le cortex auditif joue un rôle essentiel dans le traitement de la parole, si les régions motrices qui contrôlent les mouvements des articulateurs (par exemple lèvres) lors de la production de la parole contribuent également à perception de la parole reste un sujet d'enquête et un débat scientifique 1 – 5. L'idée que les représentations motrices sont impliqués dans la perception de la parole n'est pas nouvelle. Selon la théorie de moteur de Liberman de perception de la parole 6,7 l'auditeur perçoit discours en simulant les gestes articulatoires "destinés" du haut-parleur. TMS s'est avéré être un outil puissant pour étudier le rôle putatif du cortex moteur articulatoire pendant la perception de la parole (pour une revue, voir 8). Cet article se concentre sur la stimulation de la représentation motrice de la lèvre en utilisant une impulsion unique ettechniques de TMS répétitives.
Simple impulsion TMS a fourni un moyen très efficace d'enquêter sur le lien entre le cortex moteur et le traitement de la parole 8-10. Impulsions de TMS simples appliquées au cortex moteur primaire (M1) suscitent potentiels évoqués moteurs (c.-à-MPE) dans le muscle cible controlatéral qui peut être enregistrée par électromyographie (EMG). Les députés enregistrées par les muscles de la main (premier interosseux dorsal; IDE) de pointe d'environ 24 ms après l'impulsion, alors que les députés enregistrées dans les muscles des lèvres (orbicularis oris; OO) de pointe d'environ 15 ms après l'impulsion (voir la figure 1). Cela reflète des différences dans la distance du cortex moteur aux lèvres et les muscles de la main; la voie cortico-bulbaire pour les lèvres est plus courte que la voie de cortico-spinal pour les mains. L'intensité de l'impulsion nécessaire pour provoquer un député diffère considérablement entre les participants, ce qui s'explique probablement différences neuroanatomiques et différences dans le crâne epaisseur 11. L'amplitude de la MEP est dépendant de l'état fonctionnel du système de moteur, avec des impulsions d'une intensité constante induire grandes eurodéputés lorsque le muscle cible est contracté par rapport à lorsque le muscle est détendu. Mesures MEP fournissent un moyen précis de localisation des représentations corticales des différents muscles de chaque participant ainsi que la normalisation de l'intensité de TMS entre les sujets. Cette méthode fournit également une mesure directe (MEP amplitude) de l'excitabilité moteur par rapport à une variable indépendante d'intérêt. Par exemple, des études de TMS impulsion unique ont montré que la stimulation de la lèvre-représentation induit députés grandes (augmentation de l'excitabilité) lors de l'écoute de la parole et la visualisation des mouvements de lèvres liés à la parole 10,12,13. Un PET combinée et une impulsion unique de TMS étude ont montré que l'excitabilité du système moteur de la parole au cours auditif perception de la parole est modulé en partie par l'activité dans l'postérieure gauche gyrus frontal inférieur 14.
Alors que pour une impulsion unique TMS peut démontrer les changements dans l'excitabilité du système moteur pendant perception de la parole, il n'indique pas si le cortex moteur contribue au traitement de la parole. TMS répétitives (SMTr) peuvent être utilisés pour induire une perturbation temporaire (c'est à dire "une lésion virtuelle») dans le cortex moteur 15. Cette «lésion virtuelle" approche permet l'étude de la perception de la parole pendant la perturbation contrôlée à court terme à un domaine d'intervention du système de moteur. Les lésions «virtuels» causées par TMS réels diffèrent de lésions chez des patients qui portent souvent les régions corticales généralisées menant à la réorganisation fonctionnelle du cerveau au cours du temps. Études sur des patients comparent habituellement le comportement des patients à un groupe de contrôle et fournissent rarement connaissance de la performance avant le coup / lésion. En utilisant SMTr il est possible d'étudier la capacité d'un participant pour effectuer spar conséquent, les tâches de perception Peech avec et sans perturbations de moteur et, d'examiner si ces perturbations contribuent à la performance.
Sous-seuil SMTr à basse fréquence peuvent être utilisés pour perturber la représentation de la lèvre du moteur temporairement et il a été utilisé pour étudier le rôle de la cortex moteur articulatoire en perception de la parole 16-18. Dans ces expériences, des séquences d'impulsions monophasiques ont été utilisés car il a été démontré monophasiques rTMS à basse fréquence d'être plus efficace dans la diminution de l'excitabilité corticale par rapport à la rTMS biphasiques 19. La taille de députés enregistrées des lèvres diminue après un train de 15 min de sous-seuil impulsions de TMS monophasique appliqués à des taux inférieurs à 1 Hz dire excitabilité motrice est supprimée 18. Cette perturbation induite par SMTr altère également les auditeurs de la capacité de percevoir catégoriquement continua acoustique comprise entre deux sons de la parole qui diffèrent en place d'articulation (par exemple «ba & #39; vs «da» et «pa 'vs' ta '). La performance altéré après interruption de la lèvre de cortex moteur suggère que le système de moteur contribue à la perception de la parole. Perturbation de la représentation motrice de la main n'a pas d'effet sur la perception catégorielle des sons de la parole. Ces résultats sont cohérents avec les résultats précédents montrant que la SMTr à basse fréquence appliquées aux cortex prémoteur altère la performance dans une tâche de discrimination phonétique lors de l'utilisation des syllabes présentées dans le bruit par rapport à une tâche de contrôle de la discrimination de couleur assortie en difficulté, la structure de la tâche et le type de réponse de 20. Ces études démontrent que la SMTr est un moyen extrêmement efficace d'explorer les circuits auditif-moteur qui peuvent soutenir la production de la parole et de la perception. SMTr à basse fréquence peuvent également être utilisés en conjonction avec des techniques de neuro-imagerie pour étudier plus avant cette question (voir Discussion).
Au cours des deux dernières décennies, TMS est devenu une méthode largement utilisée en neurosciences cognitives, car il peut fournir des informations complémentaires à la neuro-imagerie. Il a également permis aux scientifiques de la parole avec de nouveaux outils pour étudier si le système de production de la parole de moteur pourrait être impliqué dans la perception de la parole. Plus précisément, TMS offre un moyen important de tester expérimentalement si les circuits neuronaux qui contrôlent la parole articulation sont facilitées tout en écoutant la parole et, si ces circuits contribuent à la perception de la parole.
Cet article décrit comment la représentation de la lèvre du moteur peut être stimulée en utilisant le TMS, et la façon dont les deux mono-impulsion et les techniques de TMS répétitives ont été utilisées pour étudier le rôle du cortex moteur dans la perception de la parole. Les études rapportées ici fournissent la preuve que le cortex moteur contribue au traitement de la parole dans le cerveau humain. D'autres paradigmes TMS ont également été utilisées pour étudier sptraitement de EECH dans le système de moteur. Deux impulsions TMS fournis sur les lèvres du moteur et de la langue des représentations devant syllabes sonores ont été montré pour faciliter la reconnaissance des lèvres-et syllabes de la langue articulée, respectivement 22. Un paradigme apparié-bobine peut être utilisé pour étudier la connectivité efficace entre la lèvre et la représentation des autres régions corticales pendant perception de la parole 23. Il a été montré que la connectivité efficace entre la représentation de la lèvre du moteur et temporo-pariétal jonction et le cortex frontal inférieur est améliorée lors de l'écoute de la parole, mais pas pendant l'écoute de bruit blanc. Stimulation éclater thêta-continu (CTB) sur la jonction temporo-pariétale aboli sa connectivité efficace avec la représentation de la lèvre de moteur, fournissant une preuve supplémentaire que ces régions corticales sont couplés fonctionnellement pendant l'écoute de la parole 23. L'avantage de CTBS sur SMTr à basse fréquence est que relativement peu de train de la CTB (<em> par exemple 40 sec) peuvent produire une interruption de longue durée dans le cortex moteur (jusqu'à 60 min) 24. Cependant, les effets de la CTB sur excitabilité motrice sont très variables selon les participants 25.
La combinaison de TMS avec d'autres techniques de neuro-imagerie qui mesurent l'activité du cerveau entier peut donner un aperçu de la façon dont TMS affecte les processus neuronaux dans les deux voisins et les régions corticales plus distales. Les régions du cerveau interagissent sans aucun doute un avec l'autre au cours des processus perceptifs et cognitifs, et il est donc surprenant qu'une «lésion virtuelle» induit dans une zone du cerveau serait de moduler le fonctionnement d'autres zones du cerveau engagés dans le même processus. Afin de faire progresser la compréhension de la base neurale de la perception de la parole, il est essentiel d'étudier comment le cortex moteur articulatoire interagit avec les régions auditives du cortex temporal supérieur lors de l'écoute de la parole et la façon dont ces interactions contribuent à la perception de la parole. Le combination de TMS avec des techniques d'imagerie cérébrale fournit un moyen de répondre à ces questions. Par exemple, il est possible d'examiner les influences de perturbations TMS-induites dans le système articulatoire sur le traitement des signaux de parole dans le cortex temporal supérieur en utilisant l'électroencéphalographie (EEG), la magnétoencéphalographie (MEG), l'IRM fonctionnelle et la tomographie par émission de positons (TEP). Expériences combinant SMTr à basse fréquence et EEG montrent que la perturbation induite par TMS dans le cortex moteur articulatoire module discrimination automatique de la parole, mais pas non-discours, des sons dans le système auditif, montrant que ces systèmes interagissent au cours du traitement de la parole 16. Combinaison de rTMS avec MEG est aussi une méthode puissante pour étudier le calendrier des interactions auditif-moteur 17.
Néanmoins, le lien entre la production de la parole et de la perception est encore mal comprise. TMS combinées avec les tâches de la parole et des techniques de neuro-imagerie supplémentaires peuvent aiderscientifiques pour améliorer la compréhension des bases neurales de la perception de la parole et de la production et si elles se chevauchent.
The authors have nothing to disclose.
RM a été soutenue par le Conseil de recherches médicales (développement de carrière de bourse). JR a été soutenue par le Wellcome Trust (de subvention à l'action octroyée à Kew et RM). Nous tenons à remercier Jennifer Chesters pour son aide dans la prise de la vidéo.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
TMS stimulator | Magstim Limited, Wales, U.K. | Magstim BiStim (two MagStim 200s connected) | |
2 TMS coils | Magstim Limited, Wales, U.K. | 70-mm figure-of-eight coil, D70 Alpha | |
Electrodes for recording EMG signal | Covidien llc, MA, USA. | Kendall Neonatal ECG electrodes, 22 mm x 30 mm | |
Electrode box (for EMG recording) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | CED 1902-11/4 Electrode Adaptor | |
Data acquisition unit (for EMG) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | Micro1401-3 | |
Amplifier (for EMG) | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | 1902 | |
Software for EMG recording and analyses | Cambridge Electronic Design Limited, U.K. | Spike2, version 7 |