Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

הערכה של אימון החלפה חושית אודיו-מישושית במשתתפים עם חירשות עמוקה באמצעות טכניקת הפוטנציאל הקשורה לאירוע

Published: September 7, 2022 doi: 10.3791/64266
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 1
1Instituto de Neurociencias, Universidad de Guadalajara, 2Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo

Summary

פרוטוקול זה נועד לחקור את השינויים האלקטרופיזיולוגיים הבסיסיים הקשורים ללמידה אצל נבדקים עם חירשות עמוקה לאחר תקופת אימון קצרה בהחלפה חושית אודיו-מישושית על ידי יישום טכניקת הפוטנציאל הקשורה לאירוע.

Abstract

מאמר זה בוחן את היישום של שיטות מבוססות אלקטרואנצפלוגרם כדי להעריך את ההשפעות של אימון תחליפי שמע-מישוש במשתתפים צעירים, חירשים לחלוטין (PD), במטרה לנתח את המנגנונים העצביים הקשורים לאפליית צלילים מורכבים וירוטקטילים. פעילות מוחית חשמלית משקפת שינויים עצביים דינמיים, והדיוק הזמני של פוטנציאלים הקשורים לאירועים (ERPs) הוכח כמפתח בחקר תהליכים נעולים בזמן תוך ביצוע משימות התנהגותיות המערבות קשב וזיכרון עבודה.

הפרוטוקול הנוכחי תוכנן לחקור פעילות אלקטרופיזיולוגית בנבדקי PD בזמן שהם ביצעו מטלת ביצועים רציפה (CPT) באמצעות גירויים בעלי צליל מורכב, המורכבים מחמישה צלילי בעלי חיים שונים המועברים באמצעות מערכת גירוי ניידת הנלבשת על האצבע המורה הימנית. כתכנון מדידות חוזרות, הקלטות אלקטרואנצפלוגרם (EEG) בתנאים סטנדרטיים בוצעו לפני ואחרי תוכנית אימונים קצרה (חמישה מפגשים של שעה במשך 15 יום), ולאחר מכן תיקון חפצים לא מקוונים וממוצע תקופה, כדי לקבל צורות גל בודדות וממוצעות. תוצאות התנהגותיות מראות שיפור משמעותי באפליה וצורת גל חיובית צנטרופריטלית חזקה יותר דמוית P3 לגירויי המטרה לאחר אימון. בפרוטוקול זה, ERPs תורמים להבנה נוספת של שינויים עצביים הקשורים ללמידה בנושאי PD הקשורים להבחנה שמעית-מישושית של צלילים מורכבים.

Introduction

חירשות עמוקה מוקדמת היא ליקוי חושי המשפיע מאוד על רכישת שפה אוראלית ועל תפיסת צלילים סביבתיים הממלאים תפקיד חיוני בניווט בחיי היומיום עבור אנשים עם שמיעה תקינה. מסלול חושי שמיעתי שמור ופונקציונלי מאפשר לנו לשמוע צעדים כאשר מישהו מתקרב מחוץ לטווח הראייה, להגיב לתנועה מתקרבת, סירנות אמבולנס ואזעקות אבטחה, ולהגיב לשמנו כאשר מישהו זקוק לתשומת הלב שלנו. אודישן הוא, אם כן, חוש חיוני לדיבור, תקשורת, התפתחות קוגניטיבית ואינטראקציה בזמן עם הסביבה, כולל תפיסת איומים פוטנציאליים בסביבתו של האדם. במשך עשרות שנים, הכדאיות של החלפת שמע-מישוש כשיטת תפיסת צליל חלופית עם פוטנציאל להשלים ולהקל על התפתחות שפה אצל אנשים לקויי שמיעה קשים נחקרה עם תוצאות מוגבלות 1,2,3. החלפה חושית נועדה לספק למשתמשים מידע סביבתי באמצעות ערוץ חושי אנושי שונה מזה המשמש בדרך כלל; זה הוכח כאפשרי במערכות חושיות שונות 4,5. באופן ספציפי, החלפה חושית שמע-מישושית מושגת כאשר מכנורצפטורים בעור יכולים להמיר את האנרגיה הפיזית של גלי קול המרכיבים מידע שמיעתי לדפוסי עירור עצביים שניתן לתפוס ולשלב עם המסלולים הסומטוסנסוריים ואזורי קליפת המוח הסומטוסנסוריים מסדר גבוה יותר6.

מספר מחקרים הראו כי אנשים חירשים עמוקים יכולים להבחין בגוון מוזיקלי אך ורק באמצעות תפיסה וירוטקטילית7 ולהפלות בין דוברים חד-מיניים באמצעות רמזים ספקטרליים של גירויים וירוטקטיליים מורכבים8. ממצאים עדכניים יותר הראו כי אנשים חירשים הפיקו תועלת קונקרטית מתוכנית הכשרה קצרה ומובנית היטב של תפיסה קולית-מישושית, שכן הם שיפרו באופן משמעותי את יכולתם להבחין בין תדרים שונים של צלילים טהורים9 ובין צלילים טהורים עם משך זמן שונה10. ניסויים אלה השתמשו בפוטנציאלים הקשורים לאירועים (ERPs), בשיטות קישוריות גרפים ובמדידות אלקטרואנצפלוגרם כמותיות (EEG) כדי לתאר ולנתח מנגנונים מוחיים תפקודיים. עם זאת, הפעילות העצבית הקשורה להבחנה של צלילים סביבתיים מורכבים לא נבדקה לפני מאמר זה.

ERPs הוכיחו את עצמם כיעילים לחקר תהליכים נעולים בזמן, עם רזולוציית זמן מדהימה בסדר גודל של אלפיות השנייה, תוך ביצוע משימות התנהגותיות הכוללות הקצאת קשב, זיכרון עבודה ובחירת תגובה11. כפי שתואר על ידי לאק, וודמן ווגל12, ERPs הם אמצעי עיבוד רב-ממדיים במהותם ולכן מתאימים היטב למדידה נפרדת של תת-המרכיבים של קוגניציה. בניסוי ERP, ניתן להשתמש בצורת הגל הרציפה של ERP הנוצרת על ידי הצגת גירוי כדי לצפות ישירות בפעילות עצבית המשולבת בין הגירוי לתגובה ההתנהגותית. יתרונות אחרים של הטכניקה, כגון עלות-תועלת ואופיה הלא פולשני, הופכים אותה להתאמה מושלמת לחקר מהלך הזמן המדויק של תהליכים קוגניטיביים באוכלוסיות קליניות. יתר על כן, כלי ERP המיושמים בתכנון מדידות חוזרות, שבו פעילות המוח החשמלית של המטופלים נרשמת יותר מפעם אחת כדי לחקור שינויים בפעילות החשמלית לאחר תוכנית אימון או התערבות, מספקים תובנה נוספת לגבי שינויים עצביים לאורך זמן.

רכיב ה- P3, בהיותו הפוטנציאל הקוגניטיבי הנחקר ביותר13, מוכר כיום כמגיב לכל מיני גירויים, ככל הנראה לגירויים בעלי הסתברות נמוכה, או בעוצמה או במשמעות גבוהה, או כאלה הדורשים תגובה התנהגותית או קוגניטיבית כלשהי14. מרכיב זה הוכח גם כיעיל ביותר בהערכת יעילות קוגנטיבית כללית במודלים קליניים15,16. יתרון ברור בהערכת שינויים בצורת הגל P3 הוא שמדובר בתגובה עצבית הניתנת לצפייה בקלות בגלל המשרעת הגדולה יותר שלה בהשוואה לרכיבים קטנים אחרים; יש לו התפלגות טופוגרפית צנטרופריטלית אופיינית והוא גם קל יחסית לעורר באמצעות התכנון הניסויי המתאים17,18,19.

בהקשר זה, מטרת מחקר זה היא לחקור את השינויים האלקטרופיזיולוגיים הקשורים ללמידה בחולים עם חירשות עמוקה לאחר אימון במשך תקופה קצרה בהבחנה בין צלילים רטטניים. בנוסף, כלי ERP מיושמים כדי לתאר את הדינמיקה המוחית התפקודית העומדת בבסיס המעורבות הזמנית של המשאבים הקוגניטיביים הנדרשים על ידי המשימה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

המחקר נבדק ואושר על ידי ועדת האתיקה של המכון למדעי המוח (ET062010-88, Universidad de Guadalajara), והבטיח שכל ההליכים נערכו בהתאם להצהרת הלסינקי. כל המשתתפים הסכימו להשתתף מרצונם החופשי ונתנו הסכמה מדעת בכתב (כאשר קטינים, ההורים חתמו על טופסי הסכמה).

1. תכנון ניסיוני

  1. הכנת גירוי
    1. חפש במאגרי צלילים מורשים של Creative Commons כדי לבחור קבוצה של צלילי בעלי חיים בפורמט .wav. הגירויים במחקר זה כללו חמישה קולות שונים של בעלי חיים: נביחות כלבים, נביחות פרות, ציד סוסים, נביעות חמורים וחצוצרות פילים.
      הערה: גירויי הקול שבהם נעשה שימוש כאן נבחרו בעבר כאוסף של צלילים עבור תוכנית אימוני האפליה הרטטנית במחקרים הקודמים שלנו 9,10.
    2. ערוך את קבצי הקול באמצעות עורך אודיו חופשי בקוד פתוח כדי לתקנן את עוצמת ואורך הגירויים ל -1500 אלפיות השנייה. עבור פרוטוקול זה, תקן בקנה מידה ליניארי מ 0 עד 8000 הרץ, ברווח של 20 dB, ובטווח של 80 dB בהתבסס על הפרמטרים שנקבעו במחקרים הקודמים 9,10 באמצעות אותה מערכת גירוי וירוטקטילי.
    3. שמור את קבצי האודיו המעוצבים בפורמט צף של 32 סיביות עם קצב פרויקט של 48,000 הרץ.
  2. הגדרת פרדיגמה בתוכנת הצגת אלקטרופיזיולוגיה
    1. תכנן משימת ביצוע רציף (CPT) באמצעות תוכנה ניסיונית לתכנון והצגת גירויים, תוך הקצאת הגירויים לאחד משני התנאים: (א) גירוי מטרה (T) (נביחות כלבים ב-20% מהניסויים) ו-(ב) גירויים שאינם מטרה (NT) (ארבעת צלילי החיות הנותרים עבור 80% האחרים).
      הערה: כל תנאי סומן באותו קוד כדי לסנכרן סימני הצגת גירוי בעת תכנות פרוטוקול EEG בתוכנת ההקלטה.
    2. בנה הצגת גירוי פסאודו-אקראית באמצעות פלטפורמת התוכנה שבה חמשת צלילי החיות (כלב, פרה, סוס, חמור ופיל) מוצגים כל אחד 20% מהזמן. בדקו שגירוי המטרה (נביחות כלבים) לעולם אינו מתרחש יותר מפעמיים ברצף.
    3. ציין את מרווח הזמן הבין-גירוי הרצוי (ISI) ואת זמן התגובה הכולל, ובחר את מקשי התגובה שישמשו לאיסוף אוטומטי של נתונים התנהגותיים עבור תגובות גירוי מטרה (T). כאן, רשימה קבועה של 2000 ms ISI עבור 150 ניסויים והתגובה הנכונה לגירויי T תוכנתה באמצעות מקש הבקרה השמאלי במקלדת מחשב סטנדרטית. המשתתפים קיבלו חלון זמן של 3500 מילישניות לתגובה התנהגותית (החל מהצגת גירוי).

2. בחירת משתתף

  1. גייסו משתתפים פוטנציאליים עם אבחון מעמיק של ליקוי שמיעה תחושתי עצבי ואספו נתונים דמוגרפיים, כולל גיל, מין, העדפת ידיים והיסטוריה חינוכית.
  2. לערוך ראיונות קליניים מובנים למחצה כדי לסנן את המשתתפים על ההיסטוריה האישית או המשפחתית של מחלה פסיכיאטרית, נוירולוגית או נוירודגנרטיבית ולאסוף מידע הנוגע להיסטוריה הקלינית של חירשות: גיל ההתפרצות, האטיולוגיה והיסטוריית השימוש במכשירי שמיעה, כמו גם מצב התקשורת המועדף עליהם (אוראלי, ידני או דו-לשוני).
  3. ערכו בדיקות אודיולוגיות (ספי שמיעה של אוויר בגוון טהור) באמצעות אודיומטר כדי לאשר את חומרת ליקוי השמיעה.
    1. בחדר מוחלש, שבו ישירות מול המשתתף והניחו עליהן אוזניות כראוי.
    2. הנחו את המשתתפים להרים את היד הדומיננטית שלהם כדי לאותת בכל פעם שהם יכולים לשמוע את הצליל המוצג דרך האוזניות.
    3. החל מרמות עוצמה של 20 dB עד 110 dB, מציגות צליל טהור בשש אוקטבות בסדר העולה הבא: 250, 500, 1000, 2000, 4000 ו- 8000 הרץ, החל מאוזן שמאל וחזרה על אותם צעדים עבור האוזן הימנית.
      1. חשב את ממוצע הטון הטהור (PTA) של המטופל על-ידי ממוצע ספי השמיעה ב- 500, 1000, 2000 ו- 4000 הרץ עבור כל אוזן. קריטריוני ההכללה של חומרת ליקוי שמיעה במחקר הם ממוצע טון טהור דו-צדדי (PTA) הגדול מ-90 dB.
      2. בחר משתתפים על סמך קריטריוני הזכאות. קריטריוני ההכללה כוללים גם היסטוריה אישית או משפחתית של מחלה פסיכיאטרית, נוירולוגית או ניוונית של מערכת העצבים וחירשות דו-צדדית עמוקה לא סינדרומית, טרום-לשונית. לקבל הסכמה מדעת ולהסביר את נהלי הניסוי למשתתפים.
        הערה: כל הטפסים, השאלונים וההוראות ששימשו במחקר תורגמו לשפת הסימנים המקסיקנית (MSL) על ידי מתורגמן MSL מקצועי והוצגו בפורמט וידאו באמצעות מחשב לוח. בנוסף, מתורגמן MSL היה נוכח במהלך כל הליכי המחקר.

3. אימון מקדים להקלטת EEG

  1. הכנת המשתתפים
    1. ודא שהמשתתפים הגיעו לסשן ההקלטה עם שיער נקי ויבש, לאחר שלא השתמשו בג'ל לשיער, מרכך או מוצרי שיער אחרים המשפיעים על עכבת האלקטרודה.
    2. בקשו מהמשתתפים לשבת בתנוחה נוחה, במרחק של כ-60 ס"מ ממסך הגירוי, ולהשתמש במכשיר הטאבלט כדי להפעיל את סרטון ה-MSL עם תיאור הליך ההכנה.
    3. נקו את האזורים שבהם יוצבו אלקטרודות ייחוס ואלקטרוקולוגרמה (EOG) (תנוכי אוזניים, מצח, קנתוס חיצוני, רכסי מסלול אינפרא-עיניים וכו'). ראשית, נגבו את העור עם ספוגית אלכוהול, ולאחר מכן מרחו בעדינות ג'ל הכנה שוחק EEG עם צמר גפן כדי לקלף תאי עור מתים על פני השטח.
    4. מלאו את הזהב של האלקטרודה במשחת אלקטרודות מוליכות והניחו אלקטרודה בכל אתר ייחוס, בדרך כלל על תנוכי האוזניים או התרדימים הימניים והשמאליים. חזור על השלבים כדי למקם לפחות EOG אנכי אחד בקנטוס החיצוני ו- EOG אופקי אחד ברכס המסלול התת-עיני כדי לנטר את הפעילות האוקולומוטורית (מצמוצים וסקאדות). החזיקו את האלקטרודות הבודדות במקומן עם חתיכה של 1 בסרט מיקרופור.
    5. בקשו מהמשתתפים להחזיק את זרועותיהם ישרות אופקית ולאחר מכן להתאים את רתמת הגוף בחוזקה אך בנוחות סביב החזה מתחת לבתי השחי עם ההצמדות במרכז החזה.
    6. מקם את האלקטרו-קאפ המסחרי של EEG עם 19 אלקטרודות Ag/AgCl (Fp1, Fp2, F3, F4, F7, F8, C3, C4, P3, P4, O1, O2, T3, T4, T5, T6, Fz, CZ ו- Pz) המסודרות באופן טופוגרפי בהתאם למערכת הבינלאומית 10-20. השתמש בסרט מדידה כדי לבדוק את היקף הראש של המשתתף כדי לוודא שאתה משתמש בגודל המכסה המתאים.
    7. יישרו את אלקטרודת ה-Cz עם האף ולאחר מכן מדדו את המרחק מהנאסיון לאיניון כך שאלקטרודת ה-Cz תיפול בדיוק באמצע. לחצו את הרצועות המתכווננות בצידי הכובע לרתמת הגוף, כך שהכובע החשמלי יהדק היטב.
    8. הניחו את מזרק מחט הבוטה המלא בג'ל בתוך האלקטרודה, הקיפו את המחט כדי להסיר שיער, ולאחר מכן שטפו בעדינות את אזור הקרקפת מתחת לאלקטרודה לפני מריחת הג'ל המוליך. אל תמרחו יותר מדי ג'ל כדי למנוע גישור חשמלי עם אתרי אלקטרודות שכנים.
    9. יש להניח לג'ל המוליך EEG להתייבש בטמפרטורת חדר קרירה.
  2. הגדרת ציוד הקלטת EEG
    1. כייל את מערכת ה-EEG בהתאם להוראות המכשיר, ולאחר מכן חבר את האלקטרו-קאפ למגבר שנקבע בפס פס של 0.05-30 הרץ (3 נקודות ניתוק של 3 dB של עקומות גלגול של 6 dB/אוקטבה), מסנן חריץ של 60 הרץ וקצב דגימה של 200 הרץ השווה לתקופת דגימה של 5 אלפיות השנייה.
    2. בדוק שהעכבה נמוכה מ-5 KΩ (עבור מערכת עכבה נמוכה) בכל אתרי האלקטרודות ובדוק על הצג שכל הערוצים רושמים בצורה חלקה את האותות החשמליים.
  3. הפעלת המשימה הניסיונית
    1. מקם את המשתתף מול צג המחשב והנח את המקלדת במרחק נוח.
    2. חבר את הכבל של מכשיר הגירוי הנייד (ראה איור 1) לשקע הרמקול של מערכת המחשב והגדר את עוצמת הקול של הרמקול לרמת העוצמה המרבית.
    3. התאם את מערכת הגירוי הניידת באצבע המורה הימנית של המשתתף ובמבחן.
    4. באמצעות מכשיר הטאבלט, הפעל את הוראות הניסוי ובצע ניסוי תרגול כדי להכיר לנושא את מכשיר הגירוי הנייד, את הגירויים השמע-מישושיים ואת המשימה. חזור על הוראות MSL וודא הבנה.
    5. הזכירו למשתתפים להגיב לגירוי נביחת הכלב על ידי לחיצה על מקש הבקרה השמאלי עם האצבע המורה השמאלית שלו רק עם זיהוי גירוי המטרה ומנעו את תגובתו כאשר כל אחד מארבעת הצלילים האחרים של בעלי החיים נתפס. הפרדיגמה הניסויית CPT מיוצגת באיור 2.
    6. ספק הוראות ברורות כיצד למזער ממצאים ולהדגים את ההשפעה של ממצאים על ה- EEG בזמן אמת לפני שתתחיל להקליט (מומלץ כהליך הקלטה סטנדרטי במחקר עם אוכלוסיות קליניות20).
    7. לפני תחילת משימת CPT, בדוק שסנכרון האירועים בין מחשב הגירוי הקוגניטיבי לבין מחשב הקלטת ה- EEG פועל כראוי. לשם כך, התחל להקליט את אות ה- EEG ולחץ על סמל התקשורת בממשק תוכנת הצגת הגירוי. בעת הלחיצה, הפולסים המסונכרנים לאירוע מופיעים בתחתית מסך הקלטת ה- EEG.
    8. הפעל את משימת הניסוי. התבונן היטב במשתתף ועקוב אחר ערנות, ביצוע תגובה ותנועה או מצמוץ מוגזמים.
    9. השתהו ואפשרו למשתתף הפסקה קצרה באמצע הניסוי (4 דקות בניסוי) כדי לאפשר לו למצמץ, להירגע ולנוע במידת הצורך. סיים את הרצת הניסוי.

4. תוכנית אימונים להחלפה חושית של מישוש אודיו

  1. עיין בתיק משלים 1, המכיל תיאור מפורט של תוכנית חמשת המפגשים, לביצוע האימון. הפוך את הפעילויות המתוארות באמצעות גיליון אלקטרוני לאוטומטיות כדי להפוך את ההדרכה לשיטתית ומרתקת יותר עבור המשתתפים. השתמש בתמונות מקוריות ובהקלטות שמעמ-9 ובקש מהמשתתפים להגיב על-ידי הקשה על צג מסך מגע של מחשב נייד.
    הערה: התוכן והטבלאות בקובץ זה הודפסו מחדש עם הרשאה מ- 9.

5. סשן הקלטת EEG לאחר האימון

  1. חזור על אותם שלבים בדיוק כפי שצוין בסעיף 3.

6. ניתוח EEG

הערה: שלבי רכישת ה- EEG נעשו באמצעות תוכנת הקלטת ה- EEG, ושלבי עיבוד ה- EEG נעשו באמצעות תוכנת ניתוח EEG נפרדת.

  1. עיבוד מקדים של אותות גולמיים EEG
    1. הגדר ובחר תקופות של 1100 אלפיות השנייה בנתוני EEG רציפים, ללא שימוש במסננים דיגיטליים נוספים, תוך שימוש בהתפרצות גירוי כזמן הראשוני המיידי (t0), וכולל גירוי מקדים של 100 אלפיות השנייה המשמש לתיקון הבסיס. איור משלים 1 ממחיש כיצד נבחרו התקופות של 1100 אלפיות השנייה על פי התוכנה המסחרית לניתוח EEG המותקנת בציוד ההקלטה של EEG.
    2. במהלך דחיית ממצאים, אל תכלול תקופות של נתונים בכל הערוצים כאשר המתח בעידן הקלטה נתון עולה על 100 μV בכל ערוץ EEG או EOG. כמו כן, דחה ממצאים על ידי בדיקה חזותית של התקופות. ראו איור משלים 2, המספק דוגמה לתקופות שנדחו באופן ידני עקב ממצאים עיניים.
  2. ממוצע אות
    1. בחרו מספר שווה של תקופות נטולות חפצים עבור כל תנאי גירוי (מטרה ולא מטרה) הן בתנאים שלפני האימון והן בתנאים שאחריו. בחר את התקופות המרביות האפשריות כדי לשפר את יחס האות לרעש. בצע פעולה זו עבור כל רשומת EEG.
      הערה: בפרוטוקול זה, בחרנו בממוצע 25 תקופות תגובה נכונות לכל תנאי בכל נקודת זמן מכיוון שהיינו מעוניינים להעריך את אפליית היעד. זכור כי רכיבי ERP מסוימים אינם דורשים תגובות התנהגותיות גלויות כדי להיות נצפה. משתתפים עם פחות מ-15 תקופות נטולות ממצאים בכל מצב לא נכללו במחקר.
    2. לחץ על תפריט פעולות ובחר באפשרות ממוצע חלון EEG לממוצע ERPs בודדים.
    3. ראשית, בחר באפשרות ממוצע בלתי תלוי לממוצע ניסויי יעד בלבד. לאחר מכן, בחר את ארבעת הגירויים האחרים שאינם יעד ולחץ על ממוצע יחד אפשרות לממוצע.
    4. חזור על שלבים 6.2.2 ו- 6.2.3 עבור רישום ה- EEG של כל משתתף במצב שלפני האימון ולאחר מכן עבור המצב שלאחר האימון.
    5. לאחר חישוב כל ה- ERPs הבודדים, ממוצע אותם יחד כדי לקבל את צורות הגל הממוצעות הגדולות לכל תנאי גירוי לפני ואחרי האימון. פתח כל ממוצע EP בודד, ולאחר מכן עבור לתפריט פעולות ובחר באפשרות ממוצע ממוצע גרנד. בחר את הממוצעים האישיים של המשתתף כדי להיכלל בממוצע הקבוצתי.
    6. בחר את כל ממוצעי היעד לפני האימון מהרשימה הנפתחת, ולאחר מכן לחץ על הלחצן Average , הקלד את שם הקובץ הרצוי ולחץ על מקש Return כדי לשמור. לאחר מכן בחר את כל הממוצעים שאינם יעד לאימון מראש מהרשימה הנפתחת, לחץ על ממוצע לחצן, הקלד את שם הקובץ הרצוי ולחץ שוב על מקש Return כדי לשמור.
    7. חזור על השלבים הקודמים עבור המצב שלאחר האימון.
  3. ויזואליזציה וניתוח של ERP
    1. בחר בתפריט פעולות כדי לראות את רשימת האמצעים הגדולים שנשמרו. לאחר מכן לחץ על הממוצעים הקבוצתיים שברצונך להתוות. לאחר מכן, לחץ על מונטאז ' כפתור לבחירת הערוצים שברצונך להתוות.
    2. עבור אל תפריט כלים ולאחר מכן לחץ על אפשרויות תצוגה חזותית כדי לבחור את הצבע ורוחב הקו של כל צורת גל. לאחר מכן לחץ על תפריט אות , בדוק את תיבת תיקון DC , הקלד את מרווח הגירוי הבסיסי הרצוי ולאחר מכן לחץ על מקש Return .
    3. בדוק בקפידה את צורות הגל הגדולות כדי לזהות את מרכיבי העניין ואת חלונות הזמן המתאימים להם.
      הערה: עבור ניסוי זה, ידענו שצורות הגל, בגלל תכנון המשימה והמסלולים החושיים העוברים עבור P3, יהיו בסבירות גבוהה מרכיב חיובי המופיע מאוחר יותר מ-300 אלפיות השנייה באלקטרודות צנטרופריטליות ועם אמפליטודות מתח גדולות יותר במצב המטרה.
    4. יצא השהיות ומתחים בודדים של משרעת שיא ולאחר מכן יבא נתונים בגיליון אלקטרוני כדי לבנות את מסד הנתונים. בצע ניתוח מדידות חוזרות של שונות (ANOVA) באמצעות תוכנת סטטיסטיקה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

כדי להמחיש כיצד ניתן להעריך את ההשפעה של אימון ההחלפה החושית השמע-מישושית אצל חולי פרקינסון על ידי הערכת שינויים ב-P3 בקבוצה של 17 חולי פרקינסון (גיל ממוצע = 18.5 שנים; SD = 7.2 שנים; שמונה נקבות ו-11 זכרים), יצרנו כמה דמויות כדי לתאר את צורות הגל של ERP. התוצאות המוצגות בחלקות ה-ERP חושפות שינויים בצורת גל חיובית צנטרופריטלית דמוית P3, שהיא חזקה יותר עבור גירויי המטרה לאחר אימון. במצב שלפני האימון, ERPs מציעים כי תנאי T ו- NT אינם ניתנים להבחנה ברורה כמו במצב שלאחר האימון. לכן, מוצע כי לתוכנית האימונים בת חמשת המפגשים יש השפעה על התגובה העצבית הקשורה לאפליית גירויים מורכבים-קוליים. איור 3 מציג את הממוצעים הגדולים לפני האימון, ואיור 4 מציג את הממוצעים הגדולים שלאחר האימון, המציגים את התוצאות העיקריות של חקירה זו. איור 5 מראה כיצד צורות גל ERP אלה משתנות כאשר הן משורטטות באמצעות מסנן דיגיטלי בעל מעבר נמוך ב-5 הרץ. סינון פוסטריורי זה מפחית באופן משמעותי את הרעש, המוצג בעיקר על ידי השתנות אינדיבידואלית, תוך שימור השינויים הקשורים לאימון בצורות הגל P3 של עניין במחקר זה.

Figure 1
איור 1: צילום של מערכת הגירוי הניידת (משמאל) והדגמה של האופן שבו יש להניח אותה על האצבע המורה (מימין). מכשיר זה מורכב מממברנת פלסטיק זעירה וגמישה עם שטח פניםשל 78.5 מ"מ 2 הרוטט בתגובה לגלי לחץ קול באמצעות שידור אנלוגי, כבל קלט רמקול אנלוגי ארוך ופס הידוק אדום להתאמה לאצבע המורה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 2
איור 2: דיאגרמה של משימת הביצועים הרציפים (CPT). מוצגות התמונות הספקטרליות המתאימות לכל אחת מחמש קטגוריות הגירוי (כולן עם משך של 1500 אלפיות השנייה). גירוי המטרה (נביחות) מסומן, ומשך ISI (מרווח בין גירויים) מצוין (2000 אלפיות השנייה). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 3
איור 3: קדם-אימון של צורות גל גדולות ומפות חלוקת מתח טופוגרפיות. איור זה מציג את תשע האלקטרודות הקדמיות-צנטרו-קודקודיות (F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz ו-P4) של מערך האלקטרודות של מערכת 10-20. קווים אדומים מתאימים לתנאי היעד וקווים שחורים לתנאי שאינו תנאי היעד. המפות הצבעוניות מייצגות את התפלגות המתח במיקרו-וולטים (μV) ב-620 אלפיות השנייה (אלפית השנייה). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 4
איור 4: צורות גל ממוצעות לאחר אימון ומפות התפלגות טופוגרפיות. איור זה מציג את תשע האלקטרודות הקדמיות-צנטרו-קודקודיות (F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz ו-P4) של מערך האלקטרודות של מערכת 10-20. קווים אדומים מתאימים לתנאי היעד וקווים שחורים לתנאי שאינו תנאי היעד. המפות הצבעוניות מייצגות את התפלגות המתח במיקרו-וולטים (μV) ב-620 אלפיות השנייה (אלפית השנייה). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 5
איור 5: לפני האימון (משמאל) ואחרי האימון (מימין) סיננו צורות גל גדולות ומפות התפלגות טופוגרפיות. איור זה מציג את שלוש האלקטרודות בקו האמצע (Fz, Cz ו-Pz) של מערך האלקטרודות של מערכת 10-20 לאחר שהוחל מסנן דיגיטלי לא מקוון של 5 הרץ עם מעבר נמוך. קווים כחולים מתאימים לתנאי היעד וקווים שחורים לתנאי שאינו תנאי היעד. המפות הצבעוניות מייצגות את התפלגות המתח במיקרו-וולטים (μV) ב-630 אלפיות השנייה (אלפיות השנייה). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור משלים 1: בחירת התקופה בהקלטת EEG גולמית באמצעות תוכנת ניתוח. צילום מסך זה מציג רשומת EEG עם האות מ-21 ערוצים (19 אלקטרודות פעילות ו-2 אלקטרודות אוקולוגרמה). התקופות של 1100 אלפיות השנייה (ms), החל מ-100 אלפיות השנייה לפני הצגת הגירוי, נבחרות במלבן אקווה. הקווים האדומים הדקים בתחתית המסך הם פולסי המצגת המסונכרנים-גירויים המוטבעים באות ה-EEG. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 2: דוגמאות לתקופות שנדחו באופן ידני המציגות ממצאים עיניים. צילום מסך זה מציג רשומת EEG עם האות מ-21 ערוצים (19 אלקטרודות פעילות ושתי אלקטרודות אוקולוגרמה). תקופות שנבחרו במלבן מגנטה נדחו ידנית משום שהן מכילות ממצאים עיניים שנגרמו כתוצאה מהבהוב. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ משלים 1: תוכנית אימונים להחלפה חושית של שמע-מישוש. תיאור מפורט של תוכנית חמשת המפגשים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

באמצעות כלי ERP, עיצבנו פרוטוקול כדי לבחון ולהעריך את ההתפתחות ההדרגתית של מיומנויות אפליה וירוטקטיליות להבחנה בין ייצוגים וירוטקטיליים של גוונים טהורים שונים. עבודתנו הקודמת הראתה כי גירוי רטט הוא שיטת תפיסת קול חלופית בת קיימא עבור אנשים חירשים עמוקים. עם זאת, בגלל המורכבות של צלילים טבעיים בהשוואה לצלילים טהורים, הפוטנציאל לאפליית צלילי שפה מצדיק חקירה נפרדת.

כצעד ראשון בכיוון זה, הפרוטוקול הנוכחי מתמקד במראה המרחבי-טמפורלי של רכיבי ERP כדי להבין עוד יותר את השינויים העצביים הקשורים ללמידה בנבדקי PD הקשורים להבחנה אודיו-מישושית של צלילים מורכבים. אף על פי שלא הושגה הסכמה ייחודית לגבי התפקיד התפקודי המדויק של ה-P3 בקבלת החלטות, התוצאות שלנו מצביעות על כך שה-P3 משקף מנגנון זיהוי מטרה מונחה זיכרון עבודה21, סוג של סיווג שניתן לשנות עם תרגול לאחר מספר אימונים כחלק מאסטרטגיית למידה מכוונת מטרה. צורות הגל של P3 שנצפו בניסוי זה עולות בקנה אחד עם ההצעה שרכיב זה יכול להתחקות אחר תהליך הזיהוי עצמו ולא להיות נוצר על ידי השלמת זיהוי הגירוי22. הן התוצאות ההתנהגותיות והן התוצאות האלקטרופיזיולוגיות תומכות ברעיון שצלילים מורכבים טבעיים, כמו אלה ששימשו בניסוי זה, ניתנים לזיהוי ולהבחנה באמצעות תהליך אפליה רטט ברגע שאנשים מאומנים כראוי. עם זאת, מספר מגבלות נשקלו בקפידה, במיוחד ההרחבה האידיאלית של המדגם. ידוע כי האוכלוסייה הקלינית הנגועה בחירשות עמוקה היא הטרוגנית באופיה. משתנים רבים כגון אטיולוגיה, מידת ליקוי השמיעה, גיל ההתפרצות, מצב השמיעה של ההורים, חשיפה לשפה, שימוש במכשיר שמיעה ורקע חינוכי קשים לשליטה בעת בחירת מדגם מחקר עם ליקוי שמיעתי חמור. אנשים עם חירשות דו-צדדית עמוקה לא סינדרומית, קדם-לשונית, הם מדגם מורכב שיש להיתקל בו. ראיינו 36 מועמדים עם ליקוי שמיעה עמוק שהיו מעוניינים להשתתף במחקר זה. מתוכם, 23 עמדו בקריטריוני ההכללה, ורק 17 השלימו את המחקר (חמישה אימונים ומפגשי הקלטה לפני ואחרי EEG) והיו להם מספיק נתוני EEG נטולי ממצאים הדרושים לממוצע ERP. רוב המחקרים הכוללים משתתפים מאוכלוסייה קלינית עם חירשות דו-צדדית עמוקה הם בעלי טווחי גילאים רחבים ודגימות הטרוגניות קטנות. במהלך הניסוי נעשו כל המאמצים לרכוש דגימה הומוגנית ככל האפשר.

שיקול מתודולוגי חיוני נוסף בפרוטוקול זה הוא מדוע נעשה שימוש בממוצע של 25 תקופות לכל תנאי (25 יעד ו-25 לא מטרה) כדי להשיג את ממוצעי ה-ERP הבודדים. החלטה זו התקבלה מכיוון שיש צורך לייעל את מספר הניסויים שנכללו בניסוי על ידי איזון הפשרה בין איכות הנתונים לבין כמות הזמן והמשאבים המושקעים באיסוף הנתונים. במיוחד, כאשר עובדים עם אוכלוסיות קליניות, יש מגבלות מעשיות על מספר הניסויים שניתן להציג בניסוי יחיד שכן רצוי להפחית את הזמן שהמשתתפים מבלים במעבדה20. המשתתפים נעשים עייפים ועצבניים אם הניסוי נמשך זמן רב מדי, מה שגורם לעלייה ברמת הרעש בנתונים ומשפיע לרעה על הביצועים במשימה. זה קריטי להכיר בכך שיש מחלוקת מתמשכת לגבי כמה ניסויים נדרשים כדי לקבל השפעות ERP משמעותיות23, מכיוון שהיא תלויה במספר גורמים כגון רכיב ה- ERP המדובר, מספר אתרי ההקלטה, יחס האות לרעש, ומדדים מסוימים כגון אלפא של קרונבך (בפרמטרים מקובלים כאשר גדול מ- 0.6 או 0.07). מספר מקורות העריכו מספר מתאים של ניסויים הנדרשים לצורות גל יציבות של P300 בסביבות 20 ניסויים 24, 36 ניסויים25, 40 עד 50 ניסויים 26, ואפילו עד 60 ניסויים27. באופן ספציפי יותר, במשימות בקרה קוגניטיביות כגון פרדיגמת Go-NoGo, Rietdijk ועמיתיו28 הגיעו למסקנה כי נדרשים לפחות 14 ניסויים כדי לקבל הערכה עקבית פנימית עבור P3 בסוג זה של משימה. השיקולים הנ"ל נלקחו בחשבון הן עבור תכנון הניסוי והן עבור טכניקת ממוצע ERP שתוארה במחקר זה.

לסיכום, פוטנציאלים מוחיים הקשורים לאירועים הם כלי אמין ונפוץ לניתוח השינויים החשמליים העומדים בבסיס תפקוד המוח ודינמיקת ההתנהגות. אחת מתגובות ה- ERP האלקטרופיזיולוגיות הבולטות והמתמשכות ביותר היא רכיב P3, המוצע כאינדיקטור אמין להערכת ההבחנה של גירויים רטטיים על פני מספר שיטות מוצעות29. העובדה של-ERPs יש עקביות פנימית גבוהה ואמינות גבוהה של בדיקה חוזרת פירושה שהם טכניקה אידיאלית לבחינת שינויים בפעילות המוחית הנובעים מהתערבות טיפולית בעיצובים של מדידות חוזרות. עם זאת, חשוב גם לציין את המגבלות של טכניקת ERP זו, שבה הגדלים הקטנים של רכיבי ERP מסוימים עשויים להימשך ניסויים רבים כדי להבטיח מדדים מדויקים, והרזולוציה המרחבית של ה- ERPs גרועה בהרבה מטכניקות הדמיה מוחית אחרות. ככזו, טכניקה זו מתאימה יותר להבנת הדינמיקה הטמפורלית של הפעלה נוירו-תפקודית ולא ללוקליזציה המדויקת של הפעלה זו.

למרות האתגרים המתודולוגיים הללו, חקירה מחודשת של האבולוציה הנוירו-התפתחותית והקישוריות של הבדלים מוחיים הנובעים מחסך שמיעתי מוקדם היא הזדמנות לקדם את ההבנה של החלפה חושית ורכישת שפה, במיוחד כאשר פונים לאוכלוסיות צעירות יותר, חירשות עמוקות. רכיבי ERP הם עדיין חלק מהכלים הטובים ביותר הזמינים למדעני מוח כדי לעמוד באתגר זה, ועדיין לא הניבו תוצאות בעלות השלכות עתידיות חשובות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אנו מאשרים כי לא ידועים ניגודי עניינים הקשורים לפרסום זה ולא הייתה תמיכה כספית משמעותית לעבודה זו שיכולה הייתה להשפיע על תוצאותיה.

Acknowledgments

אנו מודים לכל המשתתפים ולמשפחותיהם, כמו גם למוסדות שאפשרו עבודה זו, בפרט, Asociación de Sordos de Jalisco, Asociación Deportiva, Cultural y Recreativa de Silentes de Jalisco, Educación Incluyente, A.C., ו- Preparatoria No. 7. אנו מודים גם לסנדרה מארקס על תרומתה לפרויקט זה. עבודה זו מומנה על ידי מענק SEP-CONACYT-221809, מענק SEP-PRODEP 511-6/2020-8586-UDG-PTC-1594, והמכון למדעי המוח (אוניברסיטת גוודלחרה, מקסיקו).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Audacity Audacity team audacityteam.org Free, open source, cross-platform audio editing software
Audiometer Resonance r17a
EEG analysis Software Neuronic , S.A.
EEG recording Software Neuronic , S.A.
Electro-Cap  Electro-cap International, Inc. E1-M Cap with 19 active electrodes, adjustable straps and chest harness. 
Electro-gel Electro-cap International, Inc.
External computer speakers
Freesound  Music technology group freesound.org Database of Creative Commons Licensed sounds
Hook and loop fastner Velcro
IBM SPSS (Statistical Package for th Social Sciences) IBM
Individual electrodes  Cadwell Gold Cup, 60 in
MEDICID-5 Neuronic, S.A. EEG recording equipment (includes amplifier and computer).
Nuprep Weaver and company ECG & EEG abrasive skin prepping gel
Portable computer with touch screen Dell
SEVITAC-D Centro Camac, Argentina. Patented by Luis Campos (2002). http://sevitac-d.com.ar/ Portable stimulator system is worn on the index-finger tip and it consists of a tiny flexible plastic membrane with a 78.5 mm2 surface area that vibrates in response to sound pressure waves via analog transmission. It has a sound frequency range from 10 Hz to 10 kHz. 
Stimulus presentation Software Mindtracer Neuronics, S.A.
Stimulation computer monitor and keyboard
Tablet computer Lenovo
Ten20 Conductive Neurodiagnostic Electrode paste weaver and company

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rothenberg, M., Richard, D. M. Encoding fundamental frequency into vibrotactile frequency. The Journal of the Acoustical Society of America. 66 (4), 1029-1038 (1979).
  2. Plant, G., Arne, R. The transmission of fundamental frequency variations via a single channel vibrotactile aid. Speech Transmission Laboratories Quarterly Progress Report. 24 (2-3), 61-84 (1983).
  3. Bernstein, L. E., Tucker, P. E., Auer, E. T. Potential perceptual bases for successful use of a vibrotactile speech perception aid. Scandinavian Journal of Psychology. 39 (3), 181-186 (1998).
  4. Bach-y-Rita, P., Kercel, S. W. Sensory substitution and the human-machine interface. Trends in Cognitive Sciences. 7 (12), 541-546 (2003).
  5. Bach-y-Rita, P. Tactile sensory substitution studies. Annals of New York Academy of Sciences. 1013 (1), 83-91 (2004).
  6. Kaczmarek, K. A., Webster, J. G., Bach-y-Rita, P., Tompkins, W. J. Electrotactile and vibrotactile displays for sensory substitution systems. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 38 (1), 1-16 (1991).
  7. Russo, F. A., Ammirante, P., Fels, D. I. Vibrotactile discrimination of musical timbre. Journal of Experimental Psychology Human Perception Performance. 38 (4), 822-826 (2012).
  8. Ammirante, P., Russo, F. A., Good, A., Fels, D. I. Feeling voices. PloS One. 8 (1), 369-377 (2013).
  9. González-Garrido, A. A., et al. Vibrotactile discrimination training affects brain connectivity in profoundly deaf individuals. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 28 (2017).
  10. Ruiz-Stovel, V. D., Gonzalez-Garrido, A. A., Gómez-Velázquez, F. R., Alvarado-Rodríguez, F. J., Gallardo-Moreno, G. B. Quantitative EEG measures in profoundly deaf and normal hearing individuals while performing a vibrotactile temporal discrimination task. International Journal of Psychophysiology. 166, 71-82 (2021).
  11. Polich, J. Updating P300: an integrative theory of P3a and P3b. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).
  12. Luck, S. J., Woodman, G. F., Vogel, E. K. Event-related potential studies of attention. Trends in Cognitive Sciences. 4 (11), 432-440 (2000).
  13. Kelly, S. P., O'Connell, R. G. The neural processes underlying perceptual decision making in humans: recent progress and future directions. Journal of Physiology-Paris. 109 (1-3), 27-37 (2015).
  14. Barry, R. J., et al. Components in the P300: Don't forget the Novelty P3. Psychophysiology. 57 (7), 13371 (2020).
  15. Polich, J. P300 clinical utility and control of variability. Journal of Clinical Neurophysiology. 15 (1), 14-33 (1998).
  16. Polich, J., Criado, J. R. Neuropsychology and neuropharmacology of P3a and P3b. International Journal of Psychophysiology. 60 (2), 172-185 (2006).
  17. Polich, J., Kok, A. Cognitive and biological determinants of P300: an integrative review. Biological Psychology. 41 (2), 103-146 (1995).
  18. Nieuwenhuis, S., Aston-Jones, G., Cohen, J. D. Decision making, the P3, and the locus coeruleus--norepinephrine system. Psychological Bulletin. 131 (4), 510 (2005).
  19. Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. (2014).
  20. Kappenman, E. S., Luck, S. J. Best practices for event-related potential research in clinical populations. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging. 1 (2), 110-115 (2016).
  21. Rac-Lubashevsky, R., Kessler, Y. Revisiting the relationship between the P3b and working memory updating. Biological Psychology. 148, 107769 (2019).
  22. Twomey, D. M., Murphy, P. R., Kelly, S. P., O'Connell, R. G. The classic P300 encodes a build-to-threshold decision variable. European Journal of Neuroscience. 42 (1), 1636-1643 (2015).
  23. Boudewyn, M. A., Luck, S. J., Farrens, J. L., Kappenman, E. S. How many trials does it take to get a significant ERP effect? It depends. Psychophysiology. 55 (6), 13049 (2018).
  24. Cohen, J., Polich, J. On the number of trials needed for P300. International Journal ofPsychophysiology. 25 (3), 249-255 (1997).
  25. Duncan, C. C., et al. Event-related potentials in clinical research: guidelines for eliciting, recording, and quantifying mismatch negativity, P300, and N400. Clinical Neurophysiology. 120 (11), 1883-1908 (2009).
  26. Thigpen, N. N., Kappenman, E. S., Keil, A. Assessing the internal consistency of the event-related potential: An example analysis. Psychophysiology. 54 (1), 123-138 (2017).
  27. Huffmeijer, R., Bakermans-Kranenburg, M. J., Alink, L. R., Van IJzendoorn, M. H. Reliability of event-related potentials: the influence of number of trials and electrodes. Physiology & Behavior. 130, 13-22 (2014).
  28. Rietdijk, W. J., Franken, I. H., Thurik, A. R. Internal consistency of event-related potentials associated with cognitive control: N2/P3 and ERN/Pe. PloS One. 9 (7), 102672 (2014).
  29. Alsuradi, H., Park, W., Eid, M. EEG-based neurohaptics research: A literature review. IEEE Access. 8, 49313-49328 (2020).

Tags

מדעי המוח גיליון 187
הערכה של אימון החלפה חושית אודיו-מישושית במשתתפים עם חירשות עמוקה באמצעות טכניקת הפוטנציאל הקשורה לאירוע
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ruiz-Stovel, V. D.,… More

Ruiz-Stovel, V. D., González-Garrido, A. A., Gómez-Velázquez, F. R., Gallardo-Moreno, G. B., Villuendas-González, E. R., Soto-Nava, C. A. Assessment of Audio-Tactile Sensory Substitution Training in Participants with Profound Deafness Using the Event-Related Potential Technique. J. Vis. Exp. (187), e64266, doi:10.3791/64266 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter