Estimular o Lip Motor Cortex com Estimulação Magnética Transcraniana

Behavior
 

Summary

A estimulação magnética transcraniana (TMS) provou ser uma ferramenta útil na investigação do papel do córtex motor articulatório na percepção da fala. Este artigo descreve como registrar potenciais evocados motores (MPEs) dos músculos dos lábios e como interromper a representação lábio motor utilizando TMS repetitivas.

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Möttönen, R., Rogers, J., Watkins, K. E. Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation. J. Vis. Exp. (88), e51665, doi:10.3791/51665 (2014).

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Abstract

A estimulação magnética transcraniana (TMS) provou ser uma ferramenta útil na investigação do papel do córtex motor articulatório na percepção da fala. Os pesquisadores usaram de pulso único e repetitivo TMS para estimular a representação lábio no córtex motor. A excitabilidade da representação motora lábio pode ser investigado através da aplicação de pulsos TMS único sobre esta área cortical e gravação do motor induzido por TMS potenciais evocados (MPE), através de eletrodos ligados aos músculos do lábio (eletromiografia; EMG). Os deputados maiores refletir aumento da excitabilidade cortical. Estudos têm demonstrado que a excitabilidade aumenta durante a ouvir o discurso, bem como durante a visualização movimentos relacionados à fala. TMS pode ser usado também para interromper a representação do motor lábio. Um comboio de 15 min de baixa frequência de sub-limiar de estimulação repetitiva tem mostrado suprimir a excitabilidade do motor durante mais 15-20 minutos. Esta perturbação induzida por TMS da representação lábio do motor prejudica posteriordesempenho em tarefas de percepção de fala exigente e modula a resposta do córtex auditivo-de sons da fala. Estes resultados são consistentes com a ideia de que o córtex motor contribui para a percepção da fala. Este artigo descreve como localizar a representação lábio no córtex motor e como definir a intensidade de estimulação adequado para a realização tanto de um único pulso e experiências TMS repetitivas.

Introduction

Percepção da fala é uma habilidade exigente, que requer codificação de sinais auditivos entrada complexos e altamente variáveis. Embora seja incontroverso que o córtex auditivo desempenha um papel crítico no processamento da fala, se as regiões motoras que controlam os movimentos dos articuladores (por exemplo, lábios) durante a produção da fala também contribuem para a percepção da fala continua a ser um tema de investigação ativa e debate científico 1 - 5. A idéia de que representações motoras estão envolvidas na percepção da fala não é novidade. De acordo com a teoria do motor de Liberman da percepção da fala 6,7 o ouvinte percebe discurso, simulando os "gestos articulatórios destinados" do alto-falante. TMS tem provado ser uma ferramenta poderosa para investigar o suposto papel do córtex motor articulatório durante a percepção da fala (para uma revisão, ver 8). Este artigo centra-se na estimulação da representação motora lábio usando de pulso único etécnicas de TMS repetitivas.

Single-pulso TMS tem proporcionado um meio altamente eficaz de investigar a ligação entre o córtex motor e processamento da fala 8-10. Pulsos TMS único utilizado para o córtex motor primário (M1) provocar potenciais evocados motores (isto é MPEs) no músculo alvo contralateral que podem ser gravados utilizando a eletromiografia (EMG). Os deputados registrados a partir dos músculos da mão (primeiro interósseo dorsal; IED) de pico de aproximadamente 24 ms após o pulso, enquanto deputados gravado a partir dos músculos dos lábios (orbiculares orais; OO) de pico de aproximadamente 15 ms após o pulso (ver Figura 1). Isso reflete as diferenças na distância do córtex motor para os lábios e músculos da mão; a via córtico-bulbar para os lábios é mais curta do que a via córtico-espinal para as mãos. A intensidade do pulso necessário para provocar um deputado difere muito entre os participantes, provavelmente refletindo diferenças neuroanatômicas e diferenrências no crânio espessura 11. A amplitude do DPE é dependente do estado funcional do sistema motor, com pulsos de uma intensidade constante induzindo eurodeputados maiores quando o músculo se contrai alvo em comparação a quando o músculo é relaxado. Medições MEP fornecer um meio preciso de localizar as representações corticais dos músculos diferentes em cada participante, bem como a normalização da intensidade TMS entre os sujeitos. Este método também fornece uma medida direta (ou seja, MEP amplitude) da excitabilidade do motor em relação a uma variável independente de interesse. Por exemplo, estudos de TMS de pulso único mostraram que a estimulação do lábio-representação induz deputados maiores (ou seja, aumento da excitabilidade) ao ouvir o discurso e visualizar movimentos labiais relacionados à fala 10,12,13. A PET combinado e estudo TMS de pulso único mostrou que a excitabilidade do sistema motor da fala durante a percepção auditiva da fala é modulado em parte pela atividade noposterior esquerda giro frontal inferior 14.

Apesar de pulso único TMS pode demonstrar mudanças na excitabilidade do sistema motor durante a percepção da fala não indica se o córtex motor contribui para o processamento da fala. TMS repetitivos (rTMS) pode ser usado para induzir uma interrupção temporária (isto é, "uma lesão virtual") no córtex motor 15. Esta abordagem "lesão virtual" permite a investigação da percepção da fala durante controlada, interrupção de curto prazo para a área focal do sistema motor. As "lesões virtuais" causados ​​pela TMS diferem das lesões reais em pacientes que muitas vezes cobrem regiões corticais generalizadas que levam à reorganização funcional do cérebro ao longo do tempo. Estudos de pacientes tipicamente comparar o comportamento dos pacientes com um grupo controle e raramente fornecem conhecimento do desempenho anterior ao acidente vascular cerebral / lesão. Ao usar a EMTr é possível investigar a capacidade de um participante para realizar starefas de percepção Peech com e sem interrupções do motor e, portanto, examinar se estas perturbações contribuem para o desempenho.

Sub-limiar rTMS de baixa frequência pode ser usado para interromper a representação lábio do motor temporariamente e que tem sido utilizado para investigar o papel do córtex motor articulatória na percepção da fala 16-18. Nestas experiências, as sequências de impulsos monofásicas foram usadas porque rTMS de baixa frequência monofásicas tem sido demonstrado ser mais eficaz na diminuição da excitabilidade cortical em comparação com a rTMS bifásicos 19. O tamanho dos deputados gravados dos lábios diminui depois de um comboio de 15 min de sub-limiar pulsos TMS monofásico aplicados a taxas inferiores a 1 Hz ou seja excitabilidade motora é suprimida 18. Esta perturbação induzida pela EMTr também prejudica ouvintes 'capacidade de perceber categoricamente continua acústica que varia entre dois sons da fala que diferiam em lugar de articulação (por exemplo,' ba & #39; vs 'da' e 'pa' vs 'ta'). O desempenho alterado após a interrupção para o córtex motor lábio sugere que o sistema motor contribui para a percepção da fala. O rompimento da representação motora da mão não tem nenhum efeito sobre a percepção categórica dos sons da fala. Estes resultados são consistentes com descobertas anteriores que mostram que a EMTr de baixa freqüência aplicadas ao córtex pré-motor danifica o desempenho em uma tarefa de discriminação fonética quando se usa sílabas apresentadas no ruído em comparação com uma tarefa de controle discriminação cor correspondente em dificuldade, estrutura de tarefa e tipo de resposta 20. Estes estudos demonstram que a EMTr é um meio extremamente eficaz de explorar os circuitos auditivo-motoras que podem apoiar tanto a produção da fala e da percepção. RTMS de baixa frequência também pode ser usado em conjunto com técnicas de neuroimagem para investigar ainda mais este problema (ver discussão).

Protocol

1. Preparação

  1. Peça ao participante para preencher um formulário de triagem de segurança (ver, por exemplo 21). Nota: Os participantes que têm contra-indicações para TMS não deve ser estimulado; as contra-indicações mais comuns são: falta de sono, a medicação (por exemplo, antidepressivos) e um histórico familiar de epilepsia.
  2. Explique o procedimento TMS e os detalhes experimentais para o participante e obter o consentimento informado.
  3. Usando álcool, limpe a pele acima do ventre do músculo IED na mão direita e no site de referência (por exemplo, tendão do músculo IED) e anexar eletrodos nesses sites.
  4. Limpe a pele no lado direito do músculo OO com álcool e coloque um eletrodo para o canto direito do lábio superior e um eletrodo para o canto direito do lábio inferior.
  5. Limpe a pele ao redor do local para o eletrodo terra (por exemplo, na testa) e anexar o electrode.
  6. Ligue os fios de eletrodos em uma caixa de eletrodo ligado a um sistema de gravação de EMG.
  7. Verifique os sinais de EMG gravados dos músculos da mão e lábios quando o participante está se contraindo e relaxando esses músculos (por inspeção visual-los usando o software por exemplo Spike2). Se os sinais de olhar barulhento quando o participante relaxa os músculos dos lábios e das mãos, torcer os cabos de força, re-limpa a pele no local do eletrodo e / ou pedir ao participante para descruzar as pernas, tirar os sapatos e ter os pés no chão (melhor aterramento).
  8. Proteja a audição do participante, usando fones de ouvido.
  9. Coloque a tampa sobre a cabeça do participante, a fim de ser capaz de marcar a posição da bobina de TMS.

2. Localização de Representação Motor Mão

  1. Marque o vértice na tampa (anexando um pouco etiqueta ou usando uma caneta) e medir a distância do vértice ao ponto pré-auricular esquerda. Mudança33% desta distância do vértice para o ponto pré-auricular esquerda e marcar este ponto.
  2. Coloque o centro da bobina TMS figura de oito neste local. Posicione a alça da bobina de 45 graus da linha média.
  3. Entregar o primeiro pulso TMS por exemplo, pressionando um pedal. Escolher uma intensidade baixa (por exemplo, 40% da intensidade de estimulador máximo) se limiar motor do participante não é conhecido. Mova a bobina um pouco e / ou aumentar a intensidade, se nenhum deputado ou contração muscular é visível na mão.
  4. Quando um deputado é provocada, manter em movimento a bobina em passos de 5 mm em torno desta área, a fim de encontrar um "hot spot" adequada, ou seja, a orientação do site e bobina que provoca os deputados máximas em uma determinada intensidade. Mantenha pelo menos um intervalo de 5 segundos entre os pulsos. Observe a mão participantes para verificar quais os músculos se contrair. Quando o local em que os deputados são os maiores for encontrado, marcar esse "hot spot" ea orientação doa bobina na tampa.

3. Localização de Motor Lip Representação

  1. Marcar um ponto de 2-3 cm a partir do ponto de IED ao longo de uma linha reta em direção ao canto do olho esquerdo (o local da representação do motor é mais anterior e inferior do que a da representação mão).
  2. Coloque a bobina sobre este ponto. Peça ao participante a bolsa os músculos dos lábios; isto reduz o limiar do motor e, por conseguinte, faz com que seja mais fácil de encontrar a representação lábio do motor.
  3. Diga ao participante que os pulsos TMS pode sentir-se mais intensa nesse local do que no local anterior e que ele / ela pode sentir contrações em seu / sua cara (devido à estimulação periférica) e olho-pisca involuntários. Peça ao participante para informar o experimentador, a qualquer momento, se o estímulo torna-se desagradável ou dolorosa ou se quiserem parar a estimulação.
  4. Entregar os primeiros pulsos. Se não há eurodeputados são extraídas, mover a bobina ligeiramente e / ou aumentar a intensidade. Keep pelo menos um intervalo de 5 segundos entre os pulsos. Quando um deputado é provocada, manter em movimento a bobina em torno desta área em passos de 5 mm, a fim de encontrar um "hot spot" para o músculo OO. Nota: A forma dos deputados lábios muitas vezes é multifásico e sua forma pode variar de participante para participante. Além disso, o limite do motor é muitas vezes maior para o músculo do lábio para os músculos da mão.

4. Definindo Intensity para Experimentos pulso único

  1. Capacitar o participante a manter um nível constante de contração, se os deputados serão gravados a partir de músculos dos lábios contraídos. Nota: Fornecendo feedback visual sobre a potência do sinal de EMG (por exemplo, usando o software Spike2) ajuda durante o treinamento; formação pode ser interrompido quando o participante seja capaz de manter o nível de contracção estável durante pelo menos 1 min.
  2. Coloque a bobina sobre o ponto quente para o músculo OO. Entregar 10 pulsos com intensidade fixa. Mantenha pelo menos um intervalo de 5 segundos entre os pulsos. EStimate os tamanhos de deputados por inspeção visual deles. Aumente a intensidade, se os deputados são muito pequenos ou que não havia MEP em cada julgamento. Entregar 10 pulsos novamente. Continue aumentando a intensidade até que um eurodeputado robusto é provocada em cada prova (por exemplo, com amplitude de aproximadamente 0,3 mV quando o músculo do lábio está relaxada ou com amplitude de aproximadamente 1 mV quando o músculo é contraído lábio). Use esta intensidade durante o experimento de pulso único. Nota: É uma boa prática para denunciar intensidades estimulador em publicações.

5. Definindo Limiar Motor Ativo para Experimentos de EMTr

  1. Peça ao participante para contrair os músculos dos lábios tão duro quanto eles podem. Determine a amplitude dessa contração máxima (por inspeção visual do sinal EMG).
  2. Peça ao participante para reduzir a contração dos lábios. Guia dele / dela para alcançar o nível de contração, que é cerca de 20% do máximo. Peça ao participante para manter esse nível para 1 min. Dê a ele / ela uma pequena pausa e repetir a prática tantas vezes quanto necessário. Nota: Fornecendo feedback visual sobre a potência do sinal de EMG (por exemplo, usando o software Spike2) ajuda durante o treinamento; formação pode ser interrompido quando o participante seja capaz de manter o nível de contracção estável durante pelo menos 1 min.
  3. Entregar 10 pulsos sobre o hotspot para OO, enquanto o participante está se contraindo o lábio a 20% do máximo. Conte quantos deputados foram activados. Se houve um MEP (com amplitude pico-a-pico de pelo menos 0,2 mV) em menos do que 5 de 10 ensaios, aumentar a intensidade. Se houvesse um deputado em mais de 5 em cada 10 tentativas, diminuir a intensidade. Repita até que um nível mínimo de intensidade que provoca deputados em pelo menos 50% das provas (limiar motor ativo) foi encontrado.
  4. Peça ao participante para relaxar os músculos dos lábios e entregar 10 pulsos com a intensidade do limiar motor ativo. Verifique se há deputados foram activados (ou seja, a estimulação emintensidade é sub-limite). Se nenhum deputados foram activados, use esta intensidade (ou seja, 100% do limiar motor ativa) durante o trem EMTr (enquanto o músculo do lábio está relaxado). Se os deputados foram activados, volte para a 5.3.

6. EMTr de baixa freqüência

  1. Entregar pulsos TMS com uma frequência de até 1 Hz por 15 minutos durante o trem EMTr. Ao utilizar o sistema Magstim BiStim que consiste de dois estimulantes, desencadear estas estimuladores alternadamente (isto é, cada um estimulador proporciona um impulso de cada 3 seg.), A fim de criar uma sequência de pulsos de 0,66 Hz monofásico. Nota: o software Spike2 juntamente com o sistema de aquisição de EMG (por Cambridge Electronics) pode ser utilizada para criar uma sequência de impulsos de disparo. Nota: Na prática, a intensidade máxima de 0,66 Hz trem de impulsos utilizando o sistema Magstim BiStim e bobinas standard é de 65% da potência máxima de estimulador. Este limite refere-se à freqüência de pulso máxima de cada estimulador (0,33 Hz), sobre-aquecimentodas bobinas e conforto dos participantes.
  2. Monitorar gravações do lábio e os músculos da mão durante o trem EMTr para garantir que não são extraídas deputados que indicam um aumento na excitabilidade ou espalhar os efeitos da representação vizinho. Também monitorar o participante para sinais de desconforto ou alterações no nível de alerta.
  3. Alterar a bobina após 7,5 minutos, a fim de evitar o sobreaquecimento. Nota: Este passo pode ser omitido quando se utiliza bobinas especiais que são arrefecidas durante a estimulação; aquecimento das bobinas pode afectar a força do campo magnético.

Representative Results

Os resultados de experimentos pulso único

Em experimentos de pulso único, a medida dependente é a amplitude MEP. O tamanho dos eurodeputados é medido tipicamente como um ou outro pico-a-pico de amplitude 13,18 ou área sob a curva 10. Os deputados do lábio pode ser gravado a partir de qualquer músculo relaxado ou um músculo ligeiramente contraído. Neste último caso, os impulsos de TMS pode ser fornecido com uma intensidade menor, devido à contracção reduz o limiar do motor. É muito importante que o nível de contracção permanece constante ao longo da experiência, devido a força da contracção afecta as amplitudes de MEP. Quanto mais forte a contração, maior são os deputados. Portanto, é importante para formar o participante para manter um nível constante de contracção antes de definir a intensidade TMS, se eurodeputados são registados a partir do músculo contraído. O feedback visual ajuda durante o treinamento (ver protocolo 4.1.). Às vezes o limiaré tão elevada que a intensidade dos impulsos de TMS é desconfortável para o participante e a experiência não pode ser realizado. Além disso, nem sempre é possível encontrar a representação lábio ou gravar eurodeputados robustos, especialmente quando os músculos dos lábios estão relaxados. É uma boa prática de informar o número de participantes nos quais a experiência não poderia ser realizada em publicações. Figura 1 mostra os deputados gravados a partir de um músculo do lábio relaxado e contratado para um único participante. A intensidade dos impulsos de TMS foi mantida constante ao longo de três níveis de contracção. A excitabilidade do motor aumenta quando o músculo é contraído e, conseqüentemente, os deputados ficam maiores.

Figura 1
Figura 1. O efeito da contração muscular no lábio deputados. Os deputados foram medidos a partir de um participante, enquanto ela (1)relaxou seus lábios, (2) contratou os lábios como um pouco que pôde (<5% do máximo), e (3), quando ela contratou os lábios cerca de 20% do máximo. A intensidade dos impulsos de TMS mono-fásica foi a mesma em todas as três condições (58% da intensidade máxima). 6 deputados foram registrados em cada condição (sobrepostos na figura). A figura ilustra que os eurodeputados obter maior quando o nível de contracção aumenta. Um período de silêncio cortical é claramente visível na condição com a contração mais forte. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Excitabilidade Motor dos aumentos de representação lábio durante ouvindo discurso e visualizar movimentos labiais relacionados à fala. Figura 2 mostra lip MEP gravado durante a ouvir a fala eo ruído não-verbal, e durante observando os movimentos dos olhos e da fala relacionada movimentos labiais 10. Em tseus deputados do estudo foram registrados a partir de músculos dos lábios ligeiramente contratados. O nível da contracção foi adicionado como uma covariável na análise MEP e usado para ajustar o tamanho de MEP. Os deputados lábio induzidas pela estimulação M1 esquerda foram significativamente reforçadas durante ouvindo discurso e assistindo movimentos labiais relacionados à fala em relação ao estado inicial, ao passo que os deputados lábio induzidas pela estimulação M1 direito não foram moduladas durante qualquer uma das condições.

Figura 2
Figura 2. Deputados durante a percepção da fala auditiva e visual em um participante. Os deputados foram registrados a partir do músculo lábios ligeiramente contraído enquanto o córtex motor esquerdo foi estimulado. Os deputados foram reforçadas durante a ouvir o discurso e visualizar movimentos labiais fala relacionados. Figura modificado de

Um estudo recente investigou a especificidade de alterações na excitabilidade no córtex motor lábio durante a observação dos movimentos da boca visuais 13. Z-scores dos deputados lábio gravadas durante a percepção visual do discurso conhecido (em Inglês), desconhecido fala (hebraico), movimentos da boca não fala (Gurning) e um rosto ainda são apresentados na Figura 3. Estes escores z foram calculados em relação ao média de todas as condições. Pulsos TMS foram entregues através da M1 esquerdo e deputados gravados a partir do músculo do lábio relaxado. Os deputados foram maiores durante a observação de expressão conhecida do que a fala desconhecido ou não vocal movimentos da boca. Os deputados registrados durante a observação de um rosto ainda eram tão grandes quanto durante a observação da fala Inglês. Estes resultados sugerem que o córtex motor lábio participa no processamento de sinais visuais durante a comunicação de voz. Clique delaE para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Excitabilidade Figura 3. Motor durante a percepção do discurso visual. A. Os participantes foram apresentados vídeos de discurso conhecido (ou seja, em Inglês), desconhecido fala (ou seja, hebraico), movimentos da boca não fala (ou seja gurns) e uma boca ainda. Um pulso TMS foi entregue durante cada vídeo. Inter-pulso-interval (IPI) variou entre 5 e 8 segundos. B. A figura mostra amplitudes padronizadas de eurodeputados (± SEM) medido a partir do lábio durante a observação de vídeos. Os escores z foram calculados em relação à média de todas as condições. Os deputados foram significativamente maiores durante a observação de expressão conhecida do que a fala desconhecido (p = 0,001) ou gurnas (p <0,05). Diferenças nas amplitudes MEP entre as condições de reflectir diferenças na excitabilidade da representação lábio no córtex motor. Figura modificado a partir do 13. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Os resultados de experimentos de EMTr

Ela havia sido mostrado que a EMTr de baixa freqüência sobre a representação motora da mão pode reduzir a excitabilidade motora e induzir uma interrupção temporária nesta área (isto é, "uma lesão virtual") 15. EMTr sobre a representação do motor lábio também reduz a excitabilidade da área 18. Mudanças no Deputados amplitudes após 15 min de estimulação de baixa frequência sobre a representação lábio no córtex M1 esquerda são mostrados na Figura 4. Os deputados gravadas dos lábios foram suprimidos 7 min após o final do trem TMS repetitiva, mas não tinha ruaarted para recuperar 15 min depois. Este excitabilidade suprimida mostra que a rTMS de baixa frequência interrompidas funcionamento da representação lábio no córtex motor para cerca de 15 min.

As interrupções induzidas por TMS no desempenho articulatório córtex motor imparidade dos participantes nas tarefas de percepção de fala exigentes. Figura 5 mostra como TMS-induzida ruptura do desempenho modulada representação lábio em uma tarefa de discriminação do mesmo diferente 18. Os participantes foram presenteados com pares de sílabas sintéticos, tanto antes EMTr de baixa freqüência e depois dele. A sua tarefa é para indicar se sílabas foram as mesmas ou diferentes. A perturbação induzida por TMS prejudicado a capacidade do participante de discriminar sons da fala sintéticos que são lábio-articulados de sons da fala que não estão articulados pelos lábios ('ba' vs 'da' e 'aa' vs 'ta'). No entanto, esta interrupção não influencia a sua capacidadepara discriminar dois sons da fala que não estão articulados pelos lábios ('ka' vs 'ga' e 'da' vs 'ga'). Isto sugere que a representação lábio contribui para a percepção da fala de forma específica articulador.

Figura 4
Figura 4. Efeitos da EMTr na excitabilidade motora e discriminação da fala. A. O gráfico apresenta variações médias (± SEM) de pico-a-pico amplitudes de pós-EMTr deputados em relação ao pré-EMTr deputados. Os deputados foram registrados a partir dos músculos dos lábios e as EMTr foi aplicada sobre lábio córtex motor no hemisfério esquerdo em ambos os experimentos 1 e 2. Os pós-EMTr deputados foram registrados ~ 7 min (post1) e ~ 15 min (post2) após o fim do de 15 min a EMTr de baixa freqüência trem. Os deputados foram reprimidas de forma significativa após a EMTr em ambos experiments 1 e 2. B. Os participantes foram presenteados com discurso sintético sons de continuação acústico de oito etapas entre dois sons da fala. Os pares de "todo-categoria" foram selecionados com base no lugar de fronteiras categoria que foram determinados para cada participante individualmente. Os participantes realizaram mesmo diferente discriminação tarefa de pré e pós EMTr de baixa freqüência sobre a representação do motor lábio. Mudanças na proporção de respostas "diferentes" (± SEM) são plotados. Depois de TMS, os participantes eram mais pobres em discriminar todo-categoria de pares, que incluiu os sons da fala articulada-labiais ("ba 'vs' da 'e' aa 'vs' ta ') do que antes EMTr. Discriminabilidade de outros pares ficou estável. As figuras são modificados a partir de 18. ** P <0,01, *** p <0,001. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

Durante as duas últimas décadas, TMS tornou-se um método amplamente utilizado no neurociência cognitiva, porque pode fornecer informação, que é complementar à neuroimagem. Também forneceu cientistas fala com novas ferramentas para investigar se o sistema de produção da fala do motor poderia ser envolvido na percepção da fala. Especificamente, TMS fornece um importante meio de testar experimentalmente se os circuitos neurais que controlam a articulação da fala são facilitados enquanto escuta o discurso e, se esses circuitos contribuir para a percepção da fala.

Este artigo descreveu como a representação lábio motor pode ser estimulada usando TMS, e como tanto um único pulso e técnicas TMS repetitivas foram utilizados para examinar o papel do córtex motor na percepção da fala. Os estudos aqui apresentados evidenciam que o córtex motor contribui para o processamento da fala no cérebro humano. Outros paradigmas TMS também têm sido utilizados para investigar speech processamento no sistema do motor. Pulsos TMS dupla entregues ao longo dos lábios e da língua do motor declarações prestadas sílabas auditivas têm sido mostrados para facilitar o reconhecimento dos-e lábio sílabas articulou-língua, respectivamente 22. Um paradigma emparelhado-bobina podem ser utilizados para investigar ligação eficaz entre a representação do lábio e de outras regiões corticais durante a percepção de fala 23. Foi demonstrado que a ligação eficaz entre a representação do lábio do motor e junção temporo-parietal e o córtex frontal inferior é reforçada durante a ouvir fala, mas não durante a ouvir o ruído branco. Estimulação estourar-teta Contínuo (CTBS) sobre a junção temporo-parietal aboliu sua conectividade a vigorar com a representação lábio motor, fornecendo mais evidências de que essas regiões corticais são funcionalmente acoplado durante ouvindo discurso 23. A vantagem de CTBS sobre EMTr de baixa freqüência é que um período relativamente curto de trem de CTBS (<em> por exemplo, 40 segundos) pode produzir uma interrupção de longa duração no córtex motor (até 60 min) 24. No entanto, os efeitos de CTBS na excitabilidade do motor são altamente variável entre os participantes 25.

Combinando TMS com outras técnicas de neuroimagem que medem a atividade do cérebro inteiro pode fornecer insights sobre como TMS afeta processos neurais em ambos os países vizinhos e regiões corticais mais distais. Regiões do cérebro, sem dúvida, interagir uns com os outros durante os processos perceptivos e cognitivos, e assim não é surpreendente que uma "lesão virtual" induzida em uma área do cérebro que modulam o funcionamento de outras áreas do cérebro envolvidas no mesmo processo. A fim de avançar a compreensão da base neural da percepção da fala, é essencial para investigar como o córtex motor articulatório interage com as regiões auditivas no córtex temporal superior durante atentos ao discurso e como essas interações contribuem para a percepção da fala. A combination de TMS com técnicas de imagem cerebral fornece um meio para abordar estas questões. Por exemplo, é possível examinar as influências de interrupções induzidas TMS no sistema articulatório em processamento de sinais de voz no córtex temporal superior usando eletroencefalografia (EEG), magnetoencefalografia (MEG), ressonância magnética funcional e tomografia por emissão de pósitrons (PET). Experimentos combinando EMTr de baixa freqüência e EEG demonstrar que a interrupção induzida pela TMS no córtex motor articulatório modula discriminação automática de fala, mas não não vocal, sons do sistema auditivo, mostrando que estes sistemas interagem durante o processamento da fala 16. Combinação da rTMS com MEG também é um método poderoso para investigar a temporização de interacções auditivo-motoras 17.

No entanto, a ligação entre a produção da fala e da percepção ainda é pouco compreendida. TMS combinadas com tarefas de fala e técnicas de neuroimagem adicionais podem ajudarcientistas para melhorar a compreensão das bases neurais da percepção da fala e da produção e se sobrepõem.

Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

RM foi apoiado pelo Conselho de Pesquisa Médica (desenvolvimento de carreira comunhão). JR foi apoiado pelo Wellcome Trust (concessão do projeto atribuído a KEW e RM). Queremos agradecer a Jennifer Chesters por sua ajuda em fazer o vídeo.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hickok, G. The role of mirror neurons in speech and language processing. Brain Lang. 112, 1-2 (2010).
  2. Hickok, G., Houde, J., Rong, F. Sensorimotor integration in speech processing: computational basis and neural organization. Neuron. 69, 407-422 (2011).
  3. Lotto, A. J., Hickok, G. S., Holt, L. L. Reflections on mirror neurons and speech perception. Trends Cogn Sci. 13, 110-114 (2009).
  4. Pulvermuller, F., Fadiga, L. Active perception: sensorimotor circuits as a cortical basis for language. Nat Rev Neurosci. 11, 351-360 (2010).
  5. Scott, S. K., McGettigan, C., Eisner, F. A little more conversation, a little less action--candidate roles for the motor cortex in speech perception. Nat Rev Neurosci. 10, 295-302 (2009).
  6. Liberman, A., Mattingly, I. G. The motor theory of speech perception revised. Cognition. 21, 1-36 (1985).
  7. Liberman, A. M., Cooper, F. S., Shankweiler, D. P., Studdert-Kennedy, M. Perception of the speech code. Psychological Review. 74, 431-461 (1967).
  8. Mottonen, R., Watkins, K. E. Using TMS to study the role of the articulatory motor system in speech perception. Aphasiology. 26, 1103-1118 (2012).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Stokes, M. G., et al. Simple metric for scaling motor threshold based on scalp-cortex distance: application to studies using transcranial magnetic stimulation. J Neurophysiol. 94, 4520-4527 (2005).
  12. Murakami, T., Restle, J., Ziemann, U. Observation-execution matching and action inhibition in human primary motor cortex during viewing of speech-related lip movements or listening to speech. Neuropsychologia. (2011).
  13. Swaminathan, S., et al. Motor excitability during visual perception of known and unknown spoken languages. Brain Lang. 126, 1-7 (2013).
  14. Watkins, K., Paus, T. Modulation of motor excitability during speech perception: the role of Broca's area. J Cogn Neurosci. 16, 978-987 (2004).
  15. Chen, R., et al. Depression of motor cortex excitability by low-frequency transcranial magnetic stimulation. Neurology. 48, 1398-1403 (1997).
  16. Mottonen, R., Dutton, R., Watkins, K. E. Auditory-motor processing of speech sounds. Cereb Cortex. 23, 1190-1197 (2013).
  17. Mottonen, R., van de Ven, G. M., Watkins, K. E. Attention fine-tunes auditory-motor processing of speech sounds. J Neurosci. 34, 4064-4069 (2014).
  18. Mottonen, R., Watkins, K. E. Motor representations of articulators contribute to categorical perception of speech sounds. J Neurosci. 29, 9819-9825 (2009).
  19. Sommer, M., Lang, N., Tergau, F., Paulus, W. Neuronal tissue polarization induced by repetitive transcranial magnetic stimulation. Neuroreport. 13, 809-811 (2002).
  20. 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).
  21. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120, 2008-2039 (2009).
  22. D'Ausilio, A., et al. The motor somatotopy of speech perception. Curr Biol. 19, 381-385 (2009).
  23. Murakami, T., Restle, J., Ziemann, U. Effective connectivity hierarchically links temporoparietal and frontal areas of the auditory dorsal stream with the motor cortex lip area during speech perception. Brain Lang. 122, 135-141 (2012).
  24. Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45, 201-206 (2005).
  25. Hamada, M., Murase, N., Hasan, A., Balaratnam, M., Rothwell, J. C. The role of interneuron networks in driving human motor cortical plasticity. Cereb Cortex. 23, 1593-1605 (2013).

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