Transkranial magnetisk stimulering (TMS) har vist seg å være et nyttig verktøy i å undersøke rollen av artikula motor cortex i taleoppfattelse. Denne artikkelen beskriver hvordan du tar opp motoren fremkalt respons (MEPS) fra leppe muskler og hvordan å forstyrre motor leppe representasjon ved hjelp av gjentatte TMS.
Transkranial magnetisk stimulering (TMS) har vist seg å være et nyttig verktøy i å undersøke rollen av artikula motor cortex i taleoppfattelse. Forskere har brukt single-puls og repeterende TMS å stimulere leppe representasjon i motor cortex. Den oppstemthet av leppen motor representasjon kan undersøkes ved å bruke enkle TMS pulser enn dette cortical området og opptak TMS-indusert motor fremkalt respons (MEPS) via elektroder festet til leppe muskler (elektromyografi, EMG). Større MEPs reflektere økt kortikal eksitabilitet. Studier har vist at excitability øker under lytte til talen, så vel som under visning tale relaterte bevegelser. TMS kan brukes også til å forstyrre leppe motor representasjon. En 15-min tog av lavfrekvent sub-terskel repeterende stimulering har vist seg å undertrykke motor eksitabilitet i ytterligere 15-20 min. Denne TMS-induserte forstyrrelser i motor leppe representasjon svekker følgendeytelse i krevende taleoppfattelse oppgaver og modulerer auditiv-cortex svar til talelyder. Disse funnene er i tråd med forslaget om at motor cortex bidrar til taleoppfattelse. Denne artikkelen beskriver hvordan du kan lokalisere leppe representasjon i motor cortex og hvordan man skal definere riktig stimulering intensitet for å utføre både single-puls og repeterende TMS eksperimenter.
Taleoppfattelse er en krevende ferdighet som krever koding av komplekse og svært variable innkommende lydsignaler. Mens det er ukontroversielt at det auditive cortex spiller en avgjørende rolle i behandling av tale om motor regioner som styrer bevegelsene til articulators (f.eks lepper) under taleproduksjon også bidra til taleoppfattelse er fortsatt et tema for aktiv etterforskning og vitenskapelig debatt 1 – 5. Ideen om at motor representasjoner er involvert i taleoppfattelse er ikke romanen. Ifølge Liberman motor teori om taleoppfattelse 6,7 lytteren oppfatter talen ved å simulere "ment artikulatoriske gester" av høyttaleren. TMS har vist seg å være et kraftig verktøy i å undersøke den antatte rolle artikula motor cortex under taleoppfattelse (for en gjennomgang, se 8). Denne artikkelen fokuserer på stimulering av leppen motor representasjon ved å bruke én-puls ogrepetitive TMS teknikker.
Single-puls TMS har gitt et svært effektivt middel for å undersøke sammenhengen mellom motor cortex og tale prosessering 8-10. Enkelt TMS pulser brukes på den primære motor cortex (M1) framprovosere motor fremkalt respons (dvs. MEPS) i kontralaterale målet muskel som kan tas opp ved hjelp av elektromyografi (EMG). Parlamentsmedlemmer tatt opp fra hånden muskler (første rygg interosseus; FDI) peak ca 24 msek etter pulsen, mens parlamentsmedlemmer registrert fra leppe muskler (orbicularis Oris, OO) peak ca 15 msek etter puls (se figur 1). Dette gjenspeiler forskjeller i avstand fra motor cortex til leppene og hånd muskler; den Cortiço-bulbar veien til leppene er kortere enn den Cortico-spinal veien til hendene. Intensiteten av puls som kreves for å framprovosere en MEP skiller seg mye over deltakere, mest sannsynlig som følge av nevroanatomi forskjeller og forskjellerranser i skallen tykkelse 11. Amplituden til MEP er avhengig av den funksjonelle tilstand av motor-system, med pulser med konstant intensitet som induserer større MEPs når målet muskelen er kontrahert i forhold til når muskelen er avslappet. MEP-målinger gir en nøyaktig måte å lokalisere hjernebark representasjoner av ulike muskler i hver deltaker samt normalisere TMS intensitet mellom fag. Denne metoden tilveiebringer også et direkte mål (dvs. MEP amplitude) av motor eksitabilitet i forhold til en uavhengig variabel av interesse. For eksempel har single-puls TMS studier vist at stimulering av leppe-representasjon induserer større parlamentsmedlemmer (dvs. økt oppstemthet) når du lytter til tale og visning av tale-relaterte leppebevegelsene 10,12,13. En kombinert PET og single-puls TMS studie viste at oppstemthet av talen motor systemet under auditiv taleoppfattelse er modulert i en del av aktiviteten iposterior venstre inferior frontal gyrus 14.
Mens én-puls TMS kan påvise endringer i eksitabilitet av motorsystemet under taleoppfattelse det angir ikke om motor cortex bidrar til taleprosessering. Gjentatte TMS (rTMS) kan brukes til å indusere et midlertidig avbrudd (det vil si "en virtuell lesjon") i motorens cortex 15.. Denne "virtuelle lesjon"-tilnærmingen muliggjør undersøkelse av taleoppfattelse under kontrollerte, kortvarig avbrudd i et midtområde av det motoriske system. Den "virtuelle lesjoner" forårsaket av TMS avvike fra virkelige lesjoner hos pasienter som ofte dekker utbredte kortikale regioner fører til funksjonell reorganisering av hjernen over tid. Pasient undersøkelser vanligvis sammenligne opptreden av pasientene med en kontrollgruppe og sjelden gi kunnskap om ytelsen før slaget / lesjon. Ved å bruke rTMS er det mulig å undersøke en deltakers evne til å utføre sPeech oppfatning oppgaver med og uten motor forstyrrelser, og derfor undersøke om disse forstyrrelsene bidra til ytelse.
Sub-terskel lavfrekvente rTMS kan brukes til å forstyrre motor leppe representasjon midlertidig, og det har blitt brukt til å undersøke hvilken rolle den artikula motor cortex i taleoppfattelse 16-18. I disse eksperimentene, ble monofasiske pulssekvenser som brukes fordi monofasiske lavfrekvente rTMS har vist seg å være mer effektive i å redusere kortikale eksitabilitet i forhold til bifasiske rTMS 19. Størrelsen på parlamentsmedlemmer tatt opp fra leppene avtar etter en 15-min tog av sub-terskel monofasisk TMS pulser anvendt til priser under 1 Hz dvs. motor oppstemthet undertrykkes 18. Dette rTMS-indusert avbrudd svekker også lytterens evne til å kategorisk oppfatter akustisk continua strekker seg mellom to språklyder som skilte seg i stedet for artikulasjon (f.eks 'ba & #39; g. 'da' og 'pa' vs 'ta'). Den svekket ytelse etter avbrudd i leppen motor cortex tyder på at motorsystemet bidrar til taleoppfattelse. Forstyrrelse av hånden motor representasjon har ingen effekt på kategorisk oppfatning av språklyder. Disse funnene er i tråd med tidligere funn som viser at lavfrekvente rTMS gjaldt premotor cortex forringer ytelsen i en fonetisk diskriminering oppgave ved bruk av stavelser som presenteres i støy i forhold til en fargediskriminering kontroll oppgave matchet på vanskelighetsgrad, oppgavestruktur og svartype 20. Disse studiene viser at rTMS er en ekstremt effektiv måte å utforske de auditive-motorkretser som kan støtte både produksjon og persepsjon tale. Lavfrekvente rTMS kan også brukes i forbindelse med bildediagnostiske teknikker for å videre undersøke dette problemet (se diskusjon).
I løpet av de siste to tiårene, har TMS blitt en mye brukt metode i kognitiv nevrovitenskap, fordi det kan gi informasjon som er komplementær til Bildediagnostiske. Det har også gitt tale forskere med nye verktøy for å undersøke om motoren tale produksjonssystemet kan være involvert i taleoppfattelse. Konkret gir TMS et viktig virkemiddel for å teste eksperimentelt om nevrale kretser som kontrollerer tale artikulasjon er tilrettelagt mens du lytter til tale, og hvorvidt disse kretsene bidra til taleoppfattelse.
Denne artikkelen beskrev hvordan motoren leppe representasjon kan stimuleres ved hjelp av TMS, og hvordan både single-puls og repeterende TMS teknikker har blitt brukt til å undersøke rollen av motoren cortex i taleoppfattelse. Studiene som presenteres her gir bevis for at motoren cortex bidrar til tale behandling i den menneskelige hjerne. Andre TMS paradigmer har også blitt brukt til å undersøke spEECH behandlingen i det motoriske system. Dual TMS pulser levert over motor leppe og tunge representasjoner før auditive stavelser har vist seg å lette anerkjennelse av leppe-og tunge artikulert stavelser, henholdsvis 22. En paret-spiral paradigmet kan brukes til å undersøke effektiv tilkobling mellom leppen representasjon og andre kortikale regioner under taleoppfattelse 23. Det ble vist at effektiv tilkobling mellom motor leppe representasjon og Temporo-parietal knutepunkt og underlegne frontal cortex er forbedret i løpet av å lytte til tale, men ikke i løpet av å lytte til hvit støy. Kontinuerlig theta-burst stimulering (CTBS) over Temporo-parietal krysset avskaffet sin effektiv tilkobling med motoren leppe representasjon, noe som gir ytterligere bevis for at disse kortikale regionene er funksjonelt kombinert under lytter til talen 23. Fordelen med CTBS over lav-frekvens rTMS er at en relativt kort tog av CTBS (<em> for eksempel 40 sekunder) kan produsere en lang-varig avbrudd i motorens cortex (opp til 60 min) 24. Men effekten av CTBS på motor oppstemthet er svært variabel tvers deltakerne 25.
Kombinere TMS med andre bildediagnostiske teknikker som måler hele hjerneaktivitet kan gi innsikt i hvordan TMS påvirker nevrale prosesser i både nabo og mer distal kortikale regioner. Hjernen regioner utvilsomt samhandle med hverandre under perseptuelle og kognitive prosesser, og så det er ikke overraskende at en indusert "virtuell lesjon" i en hjerne området ville modulere funksjon av andre hjerneområder engasjert i den samme prosessen. For å fremme forståelse av det nevrale grunnlaget for forståelsen av tale, er det viktig å undersøke hvordan artikula motor cortex samhandler med de auditive regionene i den overlegne temporal cortex under lytte til tale, og hvordan disse interaksjonene bidrar til taleoppfattelse. Den combination av TMS med hjerneavbildningsteknikker gir et middel til å løse disse spørsmålene. For eksempel er det mulig å undersøke påvirkning av TMS-induserte forstyrrelser i det dreibare system for prosessering av talesignaler i den overlegne temporal cortex ved hjelp elektroencefalografi (EEG), magnetoencefalografi (MEG), funksjonell MR og positronemisjonstomografi (PET). Eksperimenter kombinerer lavfrekvente rTMS og EEG viser at TMS-indusert forstyrrelse i artikula motor cortex modulerer automatisk diskriminering av talen, men ikke ikke-tale, lyder i hørselssystemet, som viser at disse systemene fungerer sammen ved taleprosessering 16. Kombinasjon av rTMS med MEG er også en kraftig metode for å undersøke timing av auditiv-motor interaksjoner 17.
Likevel er sammenhengen mellom produksjon og persepsjon tale fortsatt dårlig forstått. TMS kombinert med tale oppgaver og flere bildediagnostiske teknikker kan hjelpeforskere for å bedre forståelsen av de nevrale grunnlaget for forståelsen av tale og produksjon og om de overlapper hverandre.
The authors have nothing to disclose.
RM ble støttet av Medical Research Council (karriereutvikling fellesskap). JR ble støttet av Wellcome Trust (prosjektstipen til KEW og RM). Vi ønsker å takke Jennifer Chesters for hennes hjelp i å lage videoen.
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 |