Transkranielle Magnetstimulation (TMS) hat sich als ein nützliches Werkzeug bei der Untersuchung der Rolle des motorischen Kortex in artikulatorische Sprachwahrnehmung sein. Dieser Artikel beschreibt, wie man aufnimmt motorisch evozierte Potentiale (MEPs) aus der Lippenmuskulatur und wie man den Motor Lippe Darstellung stören mit repetitiven TMS.
Transkranielle Magnetstimulation (TMS) hat sich als ein nützliches Werkzeug bei der Untersuchung der Rolle des motorischen Kortex in artikulatorische Sprachwahrnehmung sein. Forscher haben Einzelpuls-und repetitive TMS genutzt, um die Lippe Darstellung im motorischen Kortex zu stimulieren. (; Elektromyographie EMG) Die Erregbarkeit der Lippe Motor Vertretung kann durch die Anwendung TMS Einzelimpulse über dieses kortikalen Bereich und Aufzeichnung TMS-induzierte motorisch evozierte Potentiale (MEPs) über Elektroden auf die Lippenmuskulatur befestigt sucht werden. Größere Abgeordneten spiegeln erhöhte kortikale Erregbarkeit. Studien haben während der Rede zu hören als auch beim Betrachten sprachbezogenen Bewegungen gezeigt, dass die Erregbarkeit steigt. TMS kann auch verwendet werden, um die Lippe Motor Darstellung zu stören. Eine 15-Minuten-Folge von Niederfrequenz-Unterschwellen repetitiven Stimulation hat sich gezeigt, Erregbarkeit Motor für eine weitere 15-20 min zu unterdrücken. Das TMS-induzierte Störung der Motor Lippe Darstellung beeinträchtigt nachfolgendenLeistung in anspruchsvollen Aufgaben und Sprachwahrnehmung moduliert auditorischen Cortex-Antworten auf Sprachlaute. Diese Ergebnisse sind im Einklang mit dem Vorschlag, dass die motorischen Kortex trägt zur Sprachwahrnehmung. Dieser Artikel beschreibt, wie die Lippe Darstellung im motorischen Kortex und wie man die entsprechenden Stimulationsintensität für die Durchführung sowohl Einzelpuls-und repetitive TMS Experimente definieren lokalisieren.
Sprachwahrnehmung ist eine anspruchsvolle Fähigkeit, die Kodierung von komplexen und sehr variabel eingehenden akustischen Signalen benötigt. Zwar ist es unstrittig, dass die auditorischen Kortex spielt eine kritische Rolle in der Sprachverarbeitung, ob die Motor Regionen, die die Bewegungen der Artikulatoren (zB Lippen) während der Sprachproduktion steuern auch dazu beitragen, Sprachwahrnehmung bleibt ein Thema der aktiven Forschung und der wissenschaftlichen Debatte 1 – 5. Die Idee, dass der Motor Darstellungen werden in der Sprachwahrnehmung beteiligt ist nicht neu. Nach Libermans Motor Theorie der Sprachwahrnehmung 6,7 der Hörer Rede durch Simulation der "bestimmt artikulatorischen Gesten" des Lautsprechers. TMS hat sich als ein leistungsfähiges Werkzeug bei der Untersuchung der mutmaßlichen Rolle des motorischen Kortex während artikulatorische Sprachwahrnehmung sein (für eine Übersicht siehe 8). Dieser Artikel konzentriert sich auf die Stimulation der Lippe Motordarstellung mit Einzelpuls-undrepetitiven TMS-Techniken.
Einzelpuls-TMS hat sich als äußerst wirksames Mittel, die den Zusammenhang zwischen dem motorischen Cortex und Sprachverarbeitung 10.08 zur Verfügung gestellt. Einzel TMS Impulse an den primären motorischen Kortex (M1) angewendet entlocken motorisch evozierte Potentiale (dh MdEP) in der kontralateralen Zielmuskel, die mit Hilfe der Elektromyographie (EMG) aufgezeichnet werden können. Die Abgeordneten aus den Handmuskeln aufgezeichnet (M. interosseus dorsalis, FDI) Spitzen ca. 24 ms nach dem Puls, während die Abgeordneten von der Lippenmuskulatur aufgenommen (orbicularis oris; OO) Spitze ca. 15 ms nach dem Puls (siehe Abbildung 1). Dies spiegelt Unterschiede in der Entfernung von der Motorkortex auf die Lippen-und Handmuskeln; kortiko-bulbären Weg auf die Lippen kürzer als die cortico-spinalen Weg zu den Händen. Die Intensität der erforderlich ist, um einen Abgeordneten zu entlocken Impuls unterscheidet sich stark über Teilnehmer, wahrscheinlich reflektieren neuroanatomischen Unterschiede und verschieschiede in der Schädeldicke 11. Die Amplitude des MEP ist abhängig vom Funktionszustand des Motorsystems, mit Impulsen von konstanter Intensität Induktion größer MEPs wenn die Zielmuskel kontrahiert Vergleich dazu, wenn sich der Muskel entspannt. MdEP Messungen liefern ein genaues Mittel der Lokalisierung der kortikalen Darstellungen von verschiedenen Muskeln in jedem Teilnehmer sowie die Normalisierung der TMS-Intensität zwischen den Fächern. Diese Methode bietet auch eine direkte Messung (dh MEP Amplitude) der Motor Erregbarkeit in Bezug auf eine unabhängige Variable von Interesse. Zum Beispiel haben Einzelpuls TMS Studien gezeigt, dass die Stimulation der Lippe-Darstellung induziert größer Abgeordneten (dh gesteigerte Erregbarkeit) beim Hören von Sprache und Betrachtungssprachbezogenen Lippenbewegungen 10,12,13. Eine kombinierte PET-und Einzelpuls-TMS-Studie zeigte, dass die Erregbarkeit des motorischen Systems während der Rede auditiven Sprachwahrnehmung wird zum Teil durch Aktivität in der moduliertehinteren linken inferioren frontalen Gyrus 14.
Während Einzelpuls TMS kann Veränderungen in der Erregbarkeit des Motorsystems während Sprachwahrnehmung zeigen sie nicht an, ob der Motor Cortex trägt zur Sprachverarbeitung. Repetitive TMS (rTMS) kann verwendet werden, um eine vorübergehende Störung (dh "eine virtuelle Läsion") in der Motorkortex 15 zu induzieren. Diese "virtuellen Läsion"-Ansatz ermöglicht Untersuchung der Sprachwahrnehmung während kontrollierte, kurzfristige Störungen zu einem Schwerpunktbereich des motorischen Systems. Die "virtuelle Läsionen" von TMS verursacht unterscheiden sich von echten Läsionen bei Patienten, die oft weit verbreitete decken kortikalen Regionen, die zu funktionellen Reorganisation des Gehirns über die Zeit. Patienten-Studien vergleichen typischerweise Verhalten der Patienten zu einer Kontrollgruppe und selten vermitteln Kenntnisse der Leistung vor dem Schlaganfall / Läsion. Durch die Verwendung von rTMS ist es möglich, eines Teilnehmers Fähigkeit, s durchführen zu untersuchenPeech Wahrnehmung Aufgaben mit und ohne Motor Störungen und damit zu prüfen, ob diese Störungen beitragen, um die Leistung.
Unterschwellen niederfrequente rTMS kann verwendet werden, um den Motor Lippe Darstellung vorübergehend zu stören und es wurde verwendet, um die Rolle des motorischen Kortex in artikulatorische Sprachwahrnehmung 16-18 zu untersuchen. In diesen Experimenten wurden monophasische Pulssequenzen verwendet werden, da monophasischen niederfrequente rTMS wurde gezeigt, wirksamer bei der Verringerung kortikalen Erregbarkeit Vergleich zu biphasische rTMS 19 sein. Die Größe der Abgeordneten von den Lippen aufgenommen nach einer 15-Minuten-Folge von Unterschwellen monophasischen TMS-Impulse bei Raten unter 1 Hz, dh Motor Erregbarkeit sinkt angewendet wird unterdrückt 18. Diese rTMS-induzierte Störung beeinträchtigt auch Zuhörer Fähigkeit, wahrnehmen kategorisch akustische continua zwischen zwei Sprachlaute, dass an Stelle der Artikulation (zB unterschied 'ba & #39; vs 'da' und 'pa' vs 'ta'). Das beeinträchtigt die Leistung nach der Unterbrechung der Lippe motorischen Kortex lässt vermuten, dass das motorische System trägt zur Sprachwahrnehmung. Die Unterbrechung der Hand Motor Darstellung hat keinen Effekt auf kategoriale Wahrnehmung von Sprachlauten. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit früheren Befunden zeigt, dass zu prämotorischen Cortex angewendet niederfrequente rTMS beeinträchtigt Leistung in einem phonetischen Diskriminierung Aufgabe bei der Verwendung von Silben in Lärm vorgestellt Vergleich zu einem Farbunterscheidungssteuerungsaufgabe auf Schwierigkeiten, Aufgabenstruktur und Reaktionstyp 20 abgestimmt. Diese Studien zeigen, dass rTMS ist ein äußerst wirksames Mittel zur Erkundung der Gehörmotor-Stromkreise, die sowohl Sprachproduktion und Wahrnehmung unterstützen kann. Niederfrequente rTMS kann auch in Verbindung mit bildgebenden Verfahren verwendet, um dieses Thema weiter zu untersuchen (siehe Diskussion) werden.
Während der letzten zwei Jahrzehnte, TMS hat sich eine weit verbreitete Methode in der kognitiven Neurowissenschaft, weil sie Informationen, die komplementär zu bildgebenden Verfahren ist. Es wurde auch Sprachwissenschaftler vorgesehen mit neuen Werkzeugen zu untersuchen, ob der Motor der Sprachproduktion System könnte in der Sprachwahrnehmung beteiligt werden. Insbesondere stellt TMS ein wichtiges Mittel, experimentell zu testen, ob die neuronalen Schaltkreise, die Artikulations steuern, werden beim Hören, Sprache erleichtert und, ob diese Schaltungen tragen zur Sprachwahrnehmung.
Dieser Artikel beschreibt, wie der Motor Lippe Darstellung kann unter Verwendung von TMS stimuliert werden, und wie die beiden Einzelpuls und repetitive TMS-Techniken wurden verwendet, um die Rolle des motorischen Cortex Sprachwahrnehmung zu untersuchen. Die hier berichteten Studien belegen, dass die motorischen Cortex trägt zur Sprachverarbeitung im menschlichen Gehirn. TMS andere Paradigmen sind auch verwendet worden, um zu untersuchen spEECH Verarbeitung im motorischen System. Dual TMS Impulse über den Motor Lippen-und Zungen Darstellungen vor Gehör Silben geliefert wurde gezeigt, daß die Anerkennung der Lippe und Zungengelenk Silben bzw. 22 zu erleichtern. Ein paired-Spule Paradigma verwendet werden, um effektive Konnektivität zwischen der Lippe und andere Darstellung kortikalen Regionen während der Sprachwahrnehmung 23 zu untersuchen. Es wurde gezeigt, dass die wirksame Verbindung zwischen dem Motor und Lippen Darstellung TPJ und der unteren frontalen Kortex während hört Rede während hören weißes Rauschen verstärkt, aber nicht. Kontinuierliche Theta-Burst Stimulation (cTBS) über die TPJ abgeschafft seine effektive Konnektivität mit dem Motor Lippe Darstellung, was ein weiterer Beweis, dass diese kortikalen Regionen sind funktionell während hören Sprach 23 gekoppelt. Der Vorteil cTBS über niederfrequente rTMS ist, dass ein relativ kurzer Zug cTBS (<em> zB 40 sec) kann eine lang anhaltende Störung des motorischen Kortex (bis zu 60 min) 24 zu erzeugen. Jedoch sind die Wirkungen von cTBS an Kraft Erregbarkeit auf 25 Teilnehmer sehr variabel.
Die Kombination von TMS mit anderen bildgebenden Verfahren, die ganze Aktivität des Gehirns messen kann Einblick in die TMS wirkt neuronalen Prozesse sowohl in der benachbarten und weiter entfernten kortikalen Regionen. Hirnregionen zweifellos miteinander interagieren während Wahrnehmungs und kognitiven Prozessen, und so ist es nicht überraschend, dass eine induzierte "virtuelle Läsion" in einem Bereich des Gehirns würde Funktionieren anderen Gehirnbereichen in demselben Prozess Eingriff modulieren. Um das Verständnis der neuronalen Grundlagen der Sprachwahrnehmung zu fördern, ist es wichtig zu untersuchen, wie die Artikulations motorischen Kortex interagiert mit den auditiven Regionen in der oberen temporalen Kortex während der Rede zu hören und wie diese Wechselwirkungen zur Sprachwahrnehmung. Die Zusammenarbeitmbination von TMS mit bildgebenden Verfahren bietet die Möglichkeit, diese Fragen zu beantworten. Zum Beispiel ist es möglich, Einflüsse der TMS-induzierten Störungen im Artikulationssystem zur Verarbeitung von Sprachsignalen in der oberen temporalen Kortex mit Elektroenzephalographie (EEG) zu untersuchen, Magnetenzephalographie (MEG), funktionelle MRT-und Positronenemissionstomographie (PET). Experimente kombiniert niederfrequente rTMS und EEG zeigen, dass TMS-induzierte Störung in der artikulatorischen motorischen Kortex moduliert automatische Unterscheidung der Rede, aber nicht nicht-Rede, klingt im auditorischen System, die zeigen, dass diese Systeme während der Sprachverarbeitung 16 interagieren. Kombination von rTMS mit MEG ist auch eine leistungsfähige Methode, um den Zeitpunkt der auditiv-Motor 17 Wechselwirkungen zu untersuchen.
Dennoch ist der Zusammenhang zwischen Sprachproduktion und Wahrnehmung immer noch wenig verstanden. TMS kombiniert mit Sprach Aufgaben und zusätzliche bildgebende Verfahren können helfenWissenschaftler, um das Verständnis der neuronalen Grundlagen der Sprachwahrnehmung und Produktion zu verbessern und ob sie sich überlappen.
The authors have nothing to disclose.
RM wurde vom Medical Research Council (Karriereentwicklung Gemeinschaft) unterstützt. JR wurde von der Wellcome Trust (Projektzuschuss zu KEW und RM vergeben) unterstützt. Wir wünschen Jennifer Chesters für ihre Hilfe bei der Herstellung der Video danken.
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 |