Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Orofasial Cilt Streç Uyarım gelen somatosensorial Olay ile ilgili Potansiyeller

12.9K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/53621

⸱

18 Aralık 2015

 ,  , 
1Haskins Laboratories, 2Speech and Cognition Department, Gipsa-lab, CNRS, 3Univ. Grenoble-Alpes, 4Department of Psychology, McGill University, 5School of Communication Science and Disorders, McGill University

Bu makalede

Özet

Bu makale, orofasiyal cilt gerilme stimülasyonunu takiben somatosensoriyel olayla ilişkili potansiyellerin elde edilmesi için bir yöntem sunmaktadır. Mevcut yöntem, somatosensoriyel afferentlerin hem konuşma üretimine hem de konuşma algısına katkısını değerlendirmek için kullanılabilir.

Özet

Konuşmada orofasiyal somatosensoriyel fonksiyonla ilişkili kortikal işlem, kesin ve kontrollü stimülasyon sağlamanın zorluğu nedeniyle sınırlı deneysel ilgi görmüştür. Bu makale, robotik bir cihaz kullanarak cilt deformasyonunu içeren yeni bir mekanik stimülasyon yöntemi kullanan somatosensoriyel olayla ilişkili potansiyelleri (ERP) kaydetmek için bir teknik tanıtmaktadır. Yüz derisinin kontrollü deformasyonu, kutanöz mekanoreseptörlerin uyarılması yoluyla kinestetik girdileri modüle etmek için kullanılır. Somatosensoriyel stimülasyonu elektroensefalografik kayıt ile birleştirerek, somatosensoriyel uyarılmış yanıtlar korteks seviyesinde başarılı bir şekilde ölçülebilir. Somatosensoriyel stimülasyon, çoklu duyusal etkileşimleri değerlendirmek için diğer duyusal modalitelerin stimülasyonu ile birleştirilebilir. Konuşma için, orofasiyal stimülasyon, zamanlama farklılıklarının etkileri de dahil olmak üzere çoklu duyusal işlemenin katkısını değerlendirmek için konuşma sesi stimülasyonu ile birleştirilir. ERP kaydı ile konuşma algısı ve konuşma üretimi sırasında orofasiyal somatosensoriyel stimülasyonu hassas bir şekilde kontrol etme yeteneği, konuşma için nöral organizasyon ve nöral temsiller hakkında yeni bilgiler sağlayan önemli bir araçtır.

Giriş

Konuşma üretimi hem işitsel ve somato bilgilere bağlıdır. Işitsel ve somato geribildirim bir bebek tarafından üretilen ilk seslenişlerden birlikte ortaya çıkar ve hem konuşma motor öğrenme katılmaktadırlar. Son sonuçlar somatosensori süreçler algı yanı sıra üretime katkıda bulunduğunu göstermektedir. Bir robot cihaz katılımcıların işitsel uyaranlara 1 dinlemek gibi yüz cildi uzanan Örneğin, konuşma tanıma değişir sesler. Işitsel uyaranlara konuşma denk yanak Hava ponponları katılımcıların algısal yargıları 2 değiştirebilir.

Bu somatosensori etkiler cilt deformasyon yanıt deri mekanoreseptörlerin aktivasyonunu içerir. Cilt hareketi sırasında çeşitli şekillerde deforme olur, ve kutanöz mekanoreseptörler duyusal algılama 3,4 katkıda bilinmektedir. Deri mekanoreseptörleri kinestetik rolü iblishareketle ilgili cilt suşları uygun fleksiyon veya uzatma hareketi cilt streç 6 desen bağlı olarak algılanan son bulgular 5-7 strated. Eşlik eden yüz cilt germe konuşmasıyla belirli konuşma söyleyiş tekrarı olan konuşma, motor eğitimi, boyunca, artikülasyon desenleri adaptif bir şekilde 7 değişir. Bu çalışmalar, hareketi sırasında cilt gerilmesi modüle sensorimotor sisteminin duyusal fonksiyonuna kutanöz afferentlerin katkı değerlendirmek için bir yöntem temin göstermektedir.

Orofasial deri mekanoreseptörleri kinestetik fonksiyonu duyu sinirlerinin 9,10 den recoding psikofizyolojik yöntemleri 7,8 ve mikroelektrot kullanarak çoğunlukla incelenmiştir. Burada mevcut protokol yüz cilt deformasyon ve olaya ilişkin potansiyel (ERP) kayıt ile ilişkili orofasial somatosensoriyel stimülasyon kombinasyonu üzerinde duruluyor. Tholan prosedür bilgisayar kontrollü robot cihaz kullanarak yüz cilt deformasyon yönü ve zamanlaması üzerinde hassas deneysel kontrolü vardır. Bu bize seçici ve hassas hem konuşma, motor öğrenme sırasında yönelimlerin geniş bir yelpazede yüz cildi deforme ederek konuşma üretimi ve algılanması için somatosensoriyel katkısı hakkında spesifik hipotezleri test ve doğrudan konuşma üretimi ve algı sağlar. ERP kayıt noninvaziv orofasyal davranışları üzerindeki somatosensoriyel stimülasyon etkisi zamansal desen ve zamanlamasını değerlendirmek için kullanılır. Geçerli protokol daha sonra kinestetik fonksiyonun sinirsel süreçlerin değerlendirilmesi ve her iki konuşma işleme, konuşma üretimi ve konuşma algısı somatosensör sisteminin katkısını değerlendirmek olabilir.

ERP kayıt deri germe uyarım uygulama programı göstermek için, aşağıdaki protokol konuşma s somatosensory ve işitsel giriş etkileşime odaklananerception. Sonuçlar konuşmasında somatosensory-işitsel etkileşimi değerlendirmek için potansiyel bir yöntem vurgulayın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Geçerli deneysel protokol Yale Üniversitesi İnsan Soruşturma Komitesi'ne göre etik davranış kuralları izler.

1. Electroenchephalopgaphy (EEG) Preparasyon

  1. Uygun EEG kapağı belirlemek için kafa boyutunu ölçün.
  2. Bir ölçüm bandı ile nasion ve inion arasındaki orta noktayı bularak tepe konumunu tanımlayın.
  3. Cz olarak önceden belirlenmiş tepe kullanarak kafasına EEG kapağını yerleştirin. 1.2 yapıldığı gibi bir ölçüm bandı kullanarak kapağı yerleştirdikten sonra tekrar Cz inceleyin. EEG kap elektrot tutucuları ile donatılmış olup 64 elektrotlar (veya sahipleri) yerleştirme Cz 11 dayalı önceden belirtilen koordinatlar sistemi ile modifiye 10-20 sistemine dayalı olduğunu unutmayın.
    Not: Bu temsili bir uygulama derisi dağıtım değişiklikleri değerlendirmek için 64 elektrot yapılandırma kullanır ve kaynak analizi için. Basit uygulamalar (genlik ve gecikme olay-ilişkili potansiyel değişiklikler) için USIng az elektrotlar mümkündür. Burada kullanılan EEG sisteminde şasi için iki ek elektrotlar bulunmaktadır. Bu elektrod sahipleri aynı zamanda kapağa dahildir.
  4. Tek kullanımlık bir şırınga kullanılarak elektrot tutucular elektrot jeli uygulayın.
  5. Elektrotlar ve elektrot kap üzerinde elektrot sahiplerine etiketleri eşleşen elektrotlar sahipleri içine (toprak elektrotları dahil) EEG elektrotları takın.
  6. Alkol pedleri ile cilt yüzeyini temizleyin.
    Not: Her iki gözün dış canthus (yatay göz hareketi) göz hareketi (elektro-oculography), deri yerleri, yukarıda ve sağ gözü (dikey göz hareketi) altında ve yan saptamak için elektrotlar için; somatosensoriyel stimülasyon sözlü açıya cilt yanal temizlenir.
  7. Elektrot jeli ile dört elektro-oculography elektrotlar doldurun ve 1.6 not sitelere çift taraflı bant ile elektrotlar sabitleyin.
  8. Velcro kayışı kullanarak tüm elektrot kablolarını sabitleyin. R Eğerequired, katılımcının vücuda kablo veya herhangi bir ek elektriksel veya mekanik gürültü tanıtmak değil başka yerlerde bantlayın.
  9. Monitörün önünde katılımcı ve somatosensori uyarılması için robot yerleştirin. 1.8 gibi yine tüm elektrot kablolarını sabitleyin.
  10. EEG sisteminin amplifikatör kutusundaki EEG ve uygun konnektörleriyle içine (toprak elektrotları dahil) elektro-oculography elektrotlar (eşleştirme etiket ve connecter şekli) bağlayın.
  11. EEG sinyalleri ücretsiz artifact ve ofset değeri kabul edilebilir bir aralıkta (<50 mV veya daha küçük) olduğunu olduğunu kontrol edin. Genellikle yüksek empedans göstergesidir gürültülü sinyaller veya büyük uzaklıklar bulunursa, doğru ek EEG jel ekleme ve / veya elektrot altında doğrudan saç yeniden konumlandırarak bu elektrot sinyaller.
  12. EEG-uyumlu kulaklık takın ve ses seviyesi konu rapora dayanarak rahat bir aralıkta olduğunu doğrulayın.
2. Somatosensoriyel Uyarım

Not: Geçerli protokol somatosensoriyel stimülasyon amacıyla yüz derisinin streç uygular. EEG sistemi ile deney düzeneği Şekil 1 'de gösterilmiştir. Somatosensori uyanm cihazının ayrıntıları önceki çalışmalarda 1,7,12-14 tarif edilmiştir. Kısaca, iki küçük plastik tırnaklar (2 cm genişliğinde ve 3 cm yükseklik) cilde çift taraflı bant ile tutturulur. Sekmeler dize kullanarak robotik cihaza bağlanır. Robot deneysel tasarımlara göre sistematik cilt germe yükleri oluşturur. Aşağıdaki gibi ERP kayıt için kurulum protokolüdür:

  1. Stimülasyon sırasında baş hareketi en aza indirmek için kafalık katılımcının kafasını yerleştirin. Dikkatle katılımcının baş ve kafalık arasındaki elektrot kablolarını çıkarın.
  2. Robot için emniyet anahtarı tutmak için katılımcı değildir.
  3. Için plastik parçayı takınsomatosensoriyel stimülasyon için çift taraflı bant kullanarak hedef cilt konumu. Temsilcisi, hedef ağız açısına cilt yanal olduğu 12,13, sonuçları için modiolus sekmelerin merkezini yerleştirmek, birkaç mm yaklaşık sekmelerin merkezi aynı yükseklikte oral açıya yanal Oral açısı.
  4. EEG elektrotları ve kabloları önlemek için dize, dize destekleri ve robotun yapılandırmasını ayarlayın.
  5. Nedeniyle (genellikle elektrofizyolojik tepki ile karşılaştırıldığında nispeten büyük genlikli ve daha düşük bir frekansa da görülmektedir) uyanya eserler kontrol etmek için (4 N, maksimum kuvvet ile 3 Hz, bir döngü sinüzoit) bir kaç yüz cilt uzanır uygulanır. Eserler EEG sinyalleri görülmektedir ise 2.4 geri dönün.

3. ERP Kayıt

  1. (Bir blok = 10 deneme veya daha az) onaylamak için konuya deneysel görev açıklayın ve uygulama denemeleri vermeniz halinde konu undeaçıkça görevi rstands.
    Not: ERP kayıt için deneysel bir görev ve uyaran sunum uyaran sunumu için yazılımda preprogramed bulunmaktadır.
    1. Kombine somatosensory ve işitsel uyaranların 12 ile temsili testte, ağız açısı cilt yanal cilt deformasyon ile ilişkili somatosensori stimülasyonu uygulamak. Streç desen 4 N. işitsel uyarılması için kullanılan "ise" "kafa" ile arasında 10 basamak ses sürekliliğinde yarıda ise tek bir sentezlenmiş konuşma söyleyiş maksimum kuvvet ile bir döngü sinusoid (3 Hz) 'dir.
    2. Ayrı ayrı ya da kombinasyon halinde, her iki uyaranları sunulması. Kombine uyarılması, test üç başlangıçlı zamanlamaları (somatosensoriyel ve işitsel başlangıç ​​ve bitiş noktalarının 90 msn kurşun ve lag ve eşzamanlı: Şekil 3A bakınız).
    3. . Kurşun, simult ve l: işitsel ve yalnız üç kombine yalnız beş uyarımlar sunumunu (somatosensoriyel Rastgeleag). Beklenti ve alışkanlık önlemek için 1000 ile 2000 milisaniye arasındaki karşılıklı deneme aralığı Vary. Deneysel görev klavyede bir tuşa basarak "kafa" ile akustik ara ve ses sunulan konuşma sesi, "kafa" 'vardı, oldu "olmadığını tespit etmektir. Somatosensoriyel yalnız durumda, orada hangi Hiçbir işitsel uyarım katılımcılar "kafa" cevap talimatı vardır.
    4. Tutanak katılımcı yargıları ve uyaran sunum yazılımı kullanarak anahtar basına uyaranın başlangıcından itibaren reaksiyon zamanı. Göz hareketi nedeniyle eserler azaltmak amacıyla ekranda bir tespit noktası bakışları katılımcıyı değildir.
    5. Kısa bir mola için sabitleme noktası her 10 uyarılmalara çıkarın. (Görev ve uyaran sunum 12,13 da diğer örneğe bakın)
  2. 512 Hz ERP kayıt için yazılımını başlatınERP veri zaman çizelgesinde uyarılması başlangıcı saatini kaydeder örnekleme. Ayrıca stimülasyon türü hakkında bilgi içerir stimülasyon, zaman damgaları, uyaran sunum için yazılım her uyarıcı gönderildiğine dikkat edin. (ERP kayıt ve uyaran sunum için) iki program bir paralel port aracılığıyla bağlanan iki ayrı PC'lerde çalışıyor.
  3. Tetik bekleme moduna somatosensoriyel uyarılması için yazılım ayarlayın ve ardından uyaran sunum yazılımı aktive ederek uyaran sunum başlayın. Somatosensoriyel uyarılması için yazılım aynı zamanda diğer iki bilgisayar ayrı bir PC üzerinde çalışan olduğunu unutmayın. Durum başına Tutanak 100 ERP.
    Not: somatosensoriyel uyarılması için bir tetikleme sinyali duyusal uyarımı için PC dijital bir çıkış cihazına bağlı bir analog giriş cihazı ile alınır. Tek somatosensorial stimülasyon tek tetik başına üretilmektedir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Bu bölümde yüz cilt deformasyon kaynaklanan somatosensoriyel uyarısına yanıt olarak temsil olaya ilişkin potansiyeller sunuyor. Deney düzeneği Şekil 1 'de gösterilmiştir. Sinusoidal uyarılması, oral açısı (referans olarak bakınız Şekil 3A) için yüz derisinin yanal uygulanmıştır. Yüz germe denemeleri toplam test 12 katılımcı ile her katılımcı için kaydedildi. Çevrimdışı yatay ve dikey elektro-oculography sinyalleri temelinde yanıp ve göz hareketi eser...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Burada bildirilen çalışmalarda yüz cilt deformasyon tarafından üretilen hassas kontrollü somatosensori stimülasyon kortikal ERP indükler kanıtlar sunmaktadır. Deri afferentlerin insan bacak hareketi 5,6 ve konuşma hareketi 7,8,21 yılında kinestetik bilgilerin 3,4 zengin bir kaynağı olarak bilinir. Konuşma sırasında gerçek hareket yönünü yansıtan bir şekilde yüz cildi germe gelen hareketine benzer bir kinestetik duygusu neden olur. Hassas kontrollü deri streç ve ERP kayıtları birleştirere...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

Bu çalışma Sağırlık ve Diğer İletişim Bozuklukları Hibe R21DC013915 ve R01DC012502, Doğa Bilimleri ve Kanada'nın Mühendislik Araştırma Konseyi ve Avrupa Topluluğu'nun Yedinci Çerçeve Programı (FP7 / 2007-2013 Hibe Anlaşması hayır altında Avrupa Araştırma Konseyi Ulusal Enstitüsü tarafından desteklenmiştir. 339.152 ).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
EEG kayıt sistemiBiosemiActiveTwo
Cilt germe için robotik kararGeomagicPhantom Premium 1.0
EEG uyumlu kulaklıklarEtimotik araştırmaER3A
Görsel ve işitsel stimülasyon yazılımıNörodavranışsal SistemlerSunum Elektrodu
jeliParker Laboratories, INCSigna jel
Çift taraflı bant3M1522
Tek kullanımlık şırıngaMonoject412 Kavisli Uç
Analog giriş cihazıUlusal Instuments PCI-6036E
Dijital çıkış cihazıÖlçüm hesaplamaUSB-1208FS

Kaynaklar

  1. Ito, T., Tiede, M., Ostry, D. J. Somatosensory function in speech perception. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 1245-1248 (2009).
  2. Gick, B., Derrick, D. Aero-tactile integration in speech perception. Nature. 462, 502-504 (2009).
  3. McCloskey, D. I. Kinesthetic sensibility. Physiol Rev. 58, 763-820 (1978).
  4. Proske, U., Gandevia, S. C. The kinaesthetic senses. J Physiol. 587, 4139-4146 (2009).
  5. Collins, D. F., Prochazka, A. Movement illusions evoked by ensemble cutaneous input from the dorsum of the human hand. J Physiol. 496 (Pt 3), 857-871 (1996).
  6. Edin, B. B., Johansson, N. Skin strain patterns provide kinaesthetic information to the human central nervous system. J Physiol. 487 (Pt 1), 243-251 (1995).
  7. Ito, T., Ostry, D. J. Somatosensory contribution to motor learning due to facial skin deformation. J Neurophysiol. 104, 1230-1238 (2010).
  8. Connor, N. P., Abbs, J. H. Movement-related skin strain associated with goal-oriented lip actions. Exp Brain Res. 123, 235-241 (1998).
  9. Johansson, R. S., Trulsson, M., Olsson, K. Â, Abbs, J. H. Mechanoreceptive afferent activity in the infraorbital nerve in man during speech and chewing movements. Exp Brain Res. 72, 209-214 (1988).
  10. Nordin, M., Hagbarth, K. E. Mechanoreceptive units in the human infra-orbital nerve. Acta Physiol Scand. 135, 149-161 (1989).
  11. Guideline thirteen: guidelines for standard electrode position nomenclature. American Electroencephalographic Society. Journal of clinical neurophysiology : official publication of the American Electroencephalographic Society. 11, 111-113 (1994).
  12. Ito, T., Gracco, V. L., Ostry, D. J. Temporal factors affecting somatosensory-auditory interactions in speech processing. Frontiers in psychology. 5, 1198(2014).
  13. Ito, T., Johns, A. R., Ostry, D. J. Left lateralized enhancement of orofacial somatosensory processing due to speech sounds. J Speech Lang Hear Res. 56, S1875-S1881 (2013).
  14. Ito, T., Ostry, D. J. Speech sounds alter facial skin sensation. J Neurophysiol. 107, 442-447 (2012).
  15. Kenton, B., et al. Peripheral fiber correlates to noxious thermal stimulation in humans. Neuroscience letters. 17, 301-306 (1980).
  16. Larson, C. R., Folkins, J. W., McClean, M. D., Muller, E. M. Sensitivity of the human perioral reflex to parameters of mechanical stretch. Brain Res. 146, 159-164 (1978).
  17. Möttönen, R., Järveläinen, J., Sams, M., Hari, R. Viewing speech modulates activity in the left SI mouth cortex. Neuroimage. 24, 731-737 (2005).
  18. Soustiel, J. F., Feinsod, M., Hafner, H. Short latency trigeminal evoked potentials: normative data and clinical correlations. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 80, 119-125 (1991).
  19. Martin, B. A., Tremblay, K. L., Korczak, P. Speech evoked potentials: from the laboratory to the clinic. Ear and hearing. 29, 285-313 (2008).
  20. Perrin, F., Bertrand, O., Pernier, J. Scalp current density mapping: value and estimation from potential data. IEEE Trans Biomed Eng. 34, 283-288 (1987).
  21. Ito, T., Gomi, H. Cutaneous mechanoreceptors contribute to the generation of a cortical reflex in speech. Neuroreport. 18, 907-910 (2007).
  22. Onton, J., Westerfield, M., Townsend, J., Makeig, S. Imaging human EEG dynamics using independent component analysis. Neurosci Biobehav Rev. 30, 808-822 (2006).
  23. Larsson, L. E., Prevec, T. S. Somato-sensory response to mechanical stimulation as recorded in the human EEG. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 28, 162-172 (1970).
  24. Johansson, R. S., Trulsson, M., Olsson, K. Â, Westberg, K. G. Mechanoreceptor activity from the human face and oral mucosa. Exp Brain Res. 72, 204-208 (1988).
  25. Diehl, R. L., Lotto, A. J., Holt, L. L. Speech perception. Annu Rev Psychol. 55, 149-179 (2004).
  26. Liberman, A. M., Mattingly, I. G. The motor theory of speech perception revised. Cognition. 21, 1-36 (1985).
  27. Schwartz, J. L., Basirat, A., Menard, L., Sato, M. The Perception-for-Action-Control Theory (PACT): A perceptuo-motor theory of speech perception. J Neurolinguist. 25, 336-354 (2012).
  28. Rizzolatti, G., Craighero, L. The mirror-neuron system. Annu Rev Neurosci. 27, 169-192 (2004).
  29. Rizzolatti, G., Fabbri-Destro, M. The mirror system and its role in social cognition. Curr Opin Neurobiol. 18, 179-184 (2008).
  30. D'Ausilio, A., et al. The motor somatotopy of speech perception. Curr Biol. 19, 381-385 (2009).
  31. Fadiga, L., Craighero, L., Buccino, G., Rizzolatti, G. Speech listening specifically modulates the excitability of tongue muscles: a TMS study. Eur J Neurosci. 15, 399-402 (2002).
  32. Meister, I. G., Wilson, S. M., Deblieck, C., Wu, A. D., Iacoboni, M. The essential role of premotor cortex in speech perception. Curr Biol. 17, 1692-1696 (2007).
  33. Möttönen, R., Watkins, K. E. Motor representations of articulators contribute to categorical perception of speech sounds. J Neurosci. 29, 9819-9825 (2009).
  34. Watkins, K. E., Strafella, A. P., Paus, T. Seeing and hearing speech excites the motor system involved in speech production. Neuropsychologia. 41, 989-994 (2003).
  35. Wilson, S. M., Saygin, A. P., Sereno, M. I., Iacoboni, M. Listening to speech activates motor areas involved in speech production. Nat Neurosci. 7, 701-702 (2004).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

EEG KaydRobotik Stim lasyonY z Derisi DeformasyonuKonu ma Alg sok Duyulu EntegrasyonKortikal lemeElektrofizyolojik Kay tMekanoresept r Aktivasyonu
Orofasial Cilt Streç Uyarım gelen somatosensorial Olay ile ilgili Potansiyeller
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.