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言語学習と単語習得の研究におけるヴェルニッケとブロカの領域の経頭蓋直流刺激(tDCS)

Behavior

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Summary

ここでは、研究を目的とした精神および神経言語実験に経頭蓋直流刺激を用いるプロトコルについて、自然主義的でありながら完全に制御された方法で、単語学習における人間の脳の皮質領域の役割について説明する。結果を評価するための行動手順の包括的なセット。

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Blagovechtchenski, E., Gnedykh, D., Kurmakaeva, D., Mkrtychian, N., Kostromina, S., Shtyrov, Y. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) of Wernicke's and Broca's Areas in Studies of Language Learning and Word Acquisition. J. Vis. Exp. (149), e59159, doi:10.3791/59159 (2019).

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Abstract

言語は、人間の脳の非常に重要でありながら、あまり理解されていない機能です。言語理解における脳活性化パターンの研究は豊富であるが、しばしば批判的に欠けているのは、脳領域が特定の言語機能に関与しているという因果的証拠である。人間の脳の因果関係を非侵襲的に研究するための神経生理学的ツールの不足。近年、人間の脳の経頭蓋直流刺激(tDCS)の使用が急速に増加しており、刺激された脳領域の状態を調節できる簡単で安価で安全な非侵襲的な技術(興奮をシフトすることによって/阻害閾値)は、特定の機能に対するその特定の寄与の研究を可能にする。主に運動制御に焦点を当てているが、tDCSの使用は、より高い認知機能に関する基礎研究と臨床研究の両方でより広く普及しつつあるが、その適用の手順は変変なままである。ここでは、心理言語学的単語学習実験におけるtDCSの使用について述べる。我々は、人間の脳の左半球におけるブロカとウェルニッケのコア言語領域の陰極およびアノーダル刺激の適用のための技術と手順を提示し、バランスのとれた心理言語刺激のセットを作成する手順を説明し、制御されながらも自然主義的な学習体制、および学習成果とtDCS効果を評価するための包括的な技術セット。tDCSアプリケーションの一例として、学習セッションの前にウェルニッケの領域の陰極刺激が単語学習効率に影響を与える可能性があることを示す。この影響は、学習直後に存在し、重要なことに、刺激の物理的影響が消耗した後に長期間保存され、tDCSが人間の脳内の言語記憶と表現に長期的な影響を及ぼす可能性があることを示唆している。.

Introduction

人間の言語機能の神経生物学的メカニズムはまだ十分に理解されていない。私たちのコミュニケーション能力の基盤として、このユニークな人間の神経認知特性は、私たちの個人的および社会経済的な生活の中で特に重要な役割を果たしています。言論と言語に影響を与えるあらゆる赤字は、被災者にとって壊滅的であり、社会にとって高価です。同時に、診療所では、音声欠損(失語症など)の治療手順は、少なくとも関与する神経生物学的メカニズムの理解が不十分なため、最適でないままである1。研究では、最近の出現と神経イメージング法の急速な開発は、活性化パターンを記述する複数の発見につながっています。しかし、因果関係の証拠がまだ欠けていることがよくあります。さらに、脳の言語領域は、因果的証拠を提供することができる主流の神経刺激アプローチの適用のためにやや最適に位置し、最も重要なのは経頭蓋磁気刺激技術(TMS)である。シータバースト刺激などのオフラインTMSプロトコルは、刺激のポイントに筋肉の近接による痛みを引き起こす可能性があるのに対し、「オンライン」TMSプロトコルは、刺激から音のアーティファクトを導入することができます。言語刺激プレゼンテーション2.TMSは、このような不便にもかかわらず言語研究で広く使用されているが、歓迎の代替手段は、他の刺激方法、特に経頭蓋直流刺激(tDCS)によって提供されてもよい。近年、tDCSは、そのアクセシビリティ、使いやすさ、相対的な安全性、そしてしばしばむしろ顕著な結果3のために、その使用の顕著な成長を見ています。神経活動に対するtDCSの影響を支える正確なメカニズムは完全には理解されていないが、主流の見解は、少なくとも低強度レベル(通常は15〜60分間1-2 mA)では、それ当たり神経励起または阻害を引き起こさないという。しかし、代わりに、脱極または超分極に向かってグレード化された方法で休止膜電位を調節し、励起閾値を上下にシフトし、それによって神経系が他の事象による変調の影響を多かれ少なかれ受けやすくする。状態または動作4,5.これまでに報告されたアプリケーションのほとんどは、運動機能6および/または運動系の欠陥に焦点を当てているのに対し、それはますます高レベルの認知機能とそのそれぞれの障害に適用されています。音声と言語への応用が増加しており、主に脳卒中後失語症7、8、9の回復を目的とした研究において、これまでのところ、その結果に関して混在した結果をもたらした。治療の可能性、刺激部位および半球、および最適な現在の極性。この研究として、特に正常言語機能の認知神経生物学におけるtDCSの応用は、まだ初期段階にあり、少なくともコア言語コルチスを刺激するための手順を説明することが重要である(最も重要なのはWernickeのとブロカの領域)は、現在のレポートの主な目的の一つであるtDCSを使用しています。

ここでは、単語学習実験における言語領域へのtDCSの応用について考察する。一般に、単語学習の場合は神経言語実験の一例として取り上げられ、同じ領域を対象とする他のタイプの言語実験では、手順のtDCS部分が実質的に変化してはならない。しかし、この機会を利用して、現在のプロトコル記述の第2の主な目的である単語取得実験における主要な方法論的考慮事項を強調する。言語コミュニケーションスキルの中核をなすユビキタスな人間の能力である単語の獲得を支える脳のメカニズムは、ほとんど未知の10のままである。画像を複雑にすると、既存の文献は、実験プロトコルが単語の獲得を促進する方法、刺激パラメータを制御する方法、および学習結果を評価するために使用されるタスクで大きく異なります(例えば、Davis et al.11参照)。以下では、高度に制御された刺激とプレゼンテーションモードを使用し、自然主義的な文脈主導の新しい語彙の獲得を確保するプロトコルについて説明する。さらに、私たちは、学習直後と一晩の統合段階の直後の両方で、異なるレベルで行動的に結果を評価するために、タスクの包括的なバッテリーを使用しています。これは、言語領域のシャムとカソードtDCSと組み合わされ(我々はウェルニッケの領域刺激を使用して特定の例を作る)、基礎となる神経プロセスとメカニズムに関する因果的証拠を提供することができます。

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Protocol

すべての手順は、サンクトペテルブルク州立大学、サンクトペテルブルクの地元の研究倫理委員会によって承認されました, すべての参加者から得られた同意を得ました.

注:すべての参加者は、インフォームドコンセントに署名し、tDCS刺激のための任意の禁忌がないことを証明するためにアンケートに記入する必要があります(4 x 1リング高精細経頭蓋直接電流刺激の使用に関するテクニックと考慮事項を参照してください)(HD-tDCS)ウィラマールと同僚12)と視力の視力、人口統計、言語経験や利渡しなどの研究に関連する他のデータを収集します。後者の場合は、オールドフィールド13によるセミナリーワークをお勧めします。

1. 被験者と実験環境

  1. 典型的な言語実験では、すべての被験者が右利きで、言語障害、神経障害または精神疾患の記録がないことを確認する。母国語とバイリンガル/多言語のステータスを制御する必要があります。
  2. 防音または少なくとも音減衰室ですべての測定を行います。無関係な音、騒音、人間の話し声などが性能に大きな影響を与え、データに影響を与える可能性があるため、遮音性は非常に重要です(図1)。
  3. 不要な被験者実験者との接触による干渉を避けるため、画面、ヘッドフォン/スピーカー、および入力デバイス(キーボード、ボタンボックス)のみをチャンバー内に配置します。個人的な接触が必要な場合を除き、インターホンを介して実験者とのすべての対話を持っています。
  4. 背景色とフォント サイズに関しては、広範なパイロットに基づいて次の最適なパラメータを使用します:灰色の背景色 (RGB: 125、 125、 125)、黒のテキストの色 (RGB: 0; 0; 0)、Arial フォントの顔、サイズ 27。
  5. 視覚的なプレゼンテーションの遅延やジッタを減らすには、ビデオカードとリフレッシュレートが100 Hz以上のモニタを使用します。
  6. 反応時間を測定するには、従来のキーボードと比較して、より優れた人間工学とより正確なタイミングを持つ研究グレードの応答パッドを使用します。

2. 刺激の準備

  1. 問題の言語の単語を選択し、その持続時間、字句周波数、および全体的な構造に対して制御されます(より高いレベルの処理に対する表面刺激特性の基本的な影響を避けるために)。ここでは、すべての基本語は 8 つの音素/文字で、CVCCVCVC 構造体を持つ 3 つの音節で構成されています (C は子音で、V は母音です)。
  2. 複数のリストを作成するには、単語をセットに分割しますが、その単語は、レンマ、bigram、および/またはトライグラム、音節周波数で統計的に異なってはなりません(例えば、t-testsで測定されます)。これらは言語固有の心理言語データベースから得ることができます。ここでは、ロシア国立コーパスが使用されました(http://www.ruscorpora.ru/en/)。ここでは、1つのセット(改変を通じて)または類似した新しい単語と擬似語を作成するために使用され、別のセットは無関係の制御擬似語を作成するための別のセット、および無関係な制御語として使用されるさらなるセット(図2A)。これにより、それぞれ10個ずつ5セット(合計50個)が入りました。正確な実験要件に従ってこれらの手順を変更します。
  3. 新しく取得されたセマンティクスに対するサーフェス フォームの影響を最小限に抑えるには、被験者サンプル全体でセットのバランスを調整し、異なる被験者に対して異なる実験的役割を果たします。
  4. 彼らは音源学と音の規則に従い、正投影と音文構造の面で既存の単語に似ているように、新しい単語形式を作成します。
    注:新しい単語が既存の単語との競争に入ることができることを確認するために、現在の手順はGaskellと同僚11、14による一連の実験で開発されたものに基づいており、単語の発症を維持することを目的としました(CVCCV-)は、セット内の異なる項目間でオフセット(-CVC)を回転させながら安定しています。つまり、既存の単語の最初の 2 つの文字を保存し、新しい、以前は使い慣れていない新しい単語形式が作成されるような究極の鳴声を変化させました (例えば、マンダナル*、最後の CVC がリスト内の別の単語から取られたカーディナル、)を使用して新しいアイテムを作成します。
  5. 必要に応じて多くの新しい単語形式を作成するために、上記の手順を繰り返します。今回のデモンストレーションでは、学習する新しい単語形式のリストと、同様の未学習の擬似語(例えば、マンダナル*、マンダケット*、3つすべてが、隣人として、学んだ後の語彙競争に入る可能性がある)と同様に、新しい単語形式のリストを作成しました。この類似性を共有しなかった実際の単語と新しい擬似語のさらなる制御リストは、主な刺激(例えば、円形、マスケナル*)との字句競争を生み出さない。ロシア語の例は、理解を容易にするためにキリル文字からラテン文字に変換され、全体で使用されています。.

3. 文脈的意味学習のための文刺激

  1. 学習の過程で新しい単語に関連付けるための新しい意味を作成します。これは、被験者の母国語や文化に存在しない、作り上げ、時代遅れ、またはまれなオブジェクトや概念である可能性があります。
  2. 新しいセマンティクスの文脈学習のために、Mestrez-Misseと同僚15によって使用される手順が推奨されます。小説のそれぞれの意味を理解できる状況を記述するいくつかのユニークな文章を作成します(例えば、「中世の昆虫を制御するために、人々はマンダケットを使用しました」)。小説の各単語(ここでは、単語ごとに合計5文)にそのような文のシーケンスを使用し、徐々に、より一般的なものからより具体的なセンテンシャルコンテキストに各新しい概念の意味を明らかにします。
  3. 新しい単語を辞書形式で理想的に提示する(例えば、ロシア語では単数形の指名または非難的な場合)、表面の形が異なる文章で異なって屈折しないように(表1)、屈折ルールがない限り学習も必要です。
  4. 文章の長さと条件間の単語数を制御し、バランスをとります。ここでは、各文は8語で構成されていました。常に文の末に新しい単語を置く。このような配置は、必要な文脈情報の蓄積を可能にする(さらに、これは、必要に応じて、EEGまたはMEGの設定で、さらなる単語刺激によってマスクされていない誘発された脳応答を記録するために、この設計を実装することを可能にする)。
  5. 単語固有の単語固有の単語をサブブロックに表示し、異なる新しい単語に関連する単語をインターリーフまたはランダム化することなく、新しい単語ごとに意味を徐々に明らかにする。
  6. サブブロックの順序をサブジェクト グループ全体でランダム化します。視覚的なモダリティを使用する場合は、単語ごとの文のプレゼンテーションをお勧めします。
  7. 特定の刺激特性に基づいて刺激間隔を決定し、その便利なプレゼンテーションを可能にします(図2B)。別のサブブロックを追加の間隔で区切り、定期的な休憩を与えるようにしてください。

4. 新しい単語の形と新しい意味の獲得を評価するタスク

注: サーフェスワードフォームと字句セマンティクスの両方の取得と理解の異なるレベルを評価するには、いくつかのタスクを使用します。現在のプロトコルでは、無料のリコール、キュー認識、字句的な決定、セマンティック定義、セマンティックマッチングの5つのタスクが使用されています。タスクは、次に示す順序で適用され、連続するタスク間の持ち越しを減らすために最適化されました。

  1. 無料の取り消しタスクでは、各参加者に、準備されたスプレッドシートに入力して覚えることができる限り多くの新しい単語フォームを再現してもらいます。指示は次の通りです:「覚えることができるすべての新しい単語を列に書き留めてください。
  2. 認識と字句の決定 (それぞれ 2 番目と 3 番目のタスク) に同じ刺激を含め、同じプレゼンテーション レートを使用します。
    1. これらのタスクには、すべての項目 (新しい単語、新しい競合語から派生した実際の競合語、同じ実際の単語から派生したトレーニングされていない擬似語の競合相手、無関係な制御擬似単語と無関係のコントロール既存の単語) が含まれます。
    2. 認識タスクでは、次の指示を使用します。実験中に単語に遭遇した場合は左手の中指で「1」を押すか、左手の人差し指で「2」を押してください。特定の要件に従って応答コーディング、手、指を変更します。
    3. 字句の決定タスクの指示は次のとおりです。単語が意味をなす場合は左手の中指で「1」を押すか、意味がない場合は左手の人差し指で「2」を押します。必要に応じてこれらを変更します。
  3. セマンティック定義タスクを使用して、新しい意味の獲得と意味とサーフェスフォームの対応を推定します。
    1. 参加者に、学習項目のリスト(つまり、学習段階で以前に提示されたもの)のリストを与え、「ここに以前に提示された新しい単語のリストがあります。それぞれを定義し、その定義をスプレッドシートに入力してみてください。
    2. 所定の定義の完全性と正確性を評価するには、独立した専門家に回答を評価し、回答を評価します。専門家間の合意は、例えば、ケンドールの一致係数(W)を使用してテストすることができる。
  4. セマンティック マッチング タスクを使用して、新しく学習した単語フォームとその意味を簡略化して明示的にリンクすることにより、セマンティクスの取得を評価します。
    1. 次の指示を使用します: "あなたは単語と3つの定義が提示されます。対応するボタンを押して、単語ごとに 1 つの正しい定義を選択する必要があります。一方の定義だけが正しく、他の 2 つの定義は他の新しい項目に対応します。「いずれも」または「不明」オプションを含む3つのオプション定義に加えて、お勧めします。

5. 手続き

  1. tDCS 刺激が、変調を意図した動作タスクの前に置かれることを確認します。
    1. ヴェルニッケのエリア
      注:ウェルニッケの面積に最も適した刺激電極の配置は、EEG16、17用の拡張国際10-20システムに従ってCP5です。
      1. 電極キャップがない場合にこの場所を特定するには、標準の 10-20 システム手順に従ってください。
      2. イニオンからナシオンまでのテープで頭部を測定し、この距離の真ん中に注意してください。次に、左前立点から右前立点までの距離を測定し、2つの測定値のクロスポイントをマークします。
      3. CP5 位置を見つけるには、左半球のクロスポイントから前立地間の距離の 30% を測定し、マークします。印を付けた点から頭の後ろまでのイオンとナシオンの間の距離の10%を測定します。この点は、アクティブ電極の CP5 位置です (3)。
    2. ブロカのエリア
      注:ブロカの面積に最も近いのは、10-20システムに従ってF5電極部18です。
      1. EEGキャップがない場合は、標準的な10-20システム手順に従って、前述のように、イオンナシオンと前置きポイントの間のクロスポイントを見つけてマークします。
      2. F5 位置を見つけるには、頭の前部までの交差点からナシオンまでの距離の 20% を測定します。左半球下の最近マークされたポイントから前立点間の距離の 30% を測定します。この点は、活電極のF5位置に対応しています(図3)。
    3. 右半球の相同位置:ウェルニッケとブロカの領域の右半球の同種の場合は、頭皮の右側下の中線からの距離を測定する場合を除き、上記と同じ手順を使用します。電極の位置は:RHウェルニッケホモローグのCP6とブロカホモローグのF6です。
    4. このサイズは、焦点刺激(より刺激や不快感を引き起こす)と焦点を欠いている大きな電極との間の良好な妥協点として、5 cm x 5 cmを測定するスポンジ電極を使用してください。塗布前に5分間生理生理生理液に電極を浸します。
    5. 脳の他の領域に対する刺激の影響を最小限に抑えるために、参照電極を左の首の基部(同一色の場合は右)側に配置します(図3および図4参照)。5 cm x 5 cm の海綿状も使用します。
      注:電極塗布ゾーンの境界を越えて溶液が広がるのを防ぐためには、特に注意が必要です。周囲の電極領域を乾燥させるために特別な注意が必要です。
    6. 最適な陰極刺激を行うには、1.5 mA電流を15分間使用します。発症時には、電流は30s以上0から1.5 mAに徐々に上昇し、刺激の終わりには30s以上のゼロに戻ります。
    7. アノーダル刺激の場合は、極性が逆転し、アノーダル電極が活性部位に配置される以外は、陰極刺激と同じ手順を使用し、カソードは頭皮領域の外側に位置する基準電極として使用する。
  2. シャム刺激
    1. 一般に、上記のようにシャム刺激手順を実行しますが、電流はシャムセッションの開始時と終了時にのみ短時間適用されます。この目的のために、セッションの最初と最後の30sの間に、本プロトコルで使用されるように、最大1.5 mAの三角形の電気パルスを適用する。
  3. 主な行動タスク:コンテキストセマンティック学習
    1. 新しい単語の文脈文をランダムな順序で含むセットを提示します。各文を単語ごとのプレゼンテーションで開始します。
    2. この後、完全な理解を確保するために、画面に文全体を表示します。文章全体を読んだ後、参加者に左手の人差し指でスペースバーを押し込みます。文章のプレゼンテーションの期間は 5000 ミリ秒です。
      注: 文のセットは、2000 ミリ秒の 3 つの十字線 ("++") の外観によって互いに分離されます。各単語は 500 ミリ秒で表示され、1 つの文内の単語間の背景色の空の画面は 300 ミリ秒の長さです。
  4. 取得評価手順
    1. 学習効果を即座に評価し、一晩の統合段階に続いて、刺激セットを2つのサブセットに分割し、刺激条件に均等に分布し、被験者グループ全体でバランスを取り、評価タスクを実行します。一方のサブセットの学習プロトコルの直後、もう一方のサブセットで24時間の遅延が生じ、その後。
      注:この戦略は、新しい単語19、20の取得のための一晩の記憶統合の重要性を強調する文献に基づいています。
    2. 上記のセクション 3 で説明した順序で開発されたすべてのタスクを使用して、さまざまなレベルの単語/概念の取得を評価します。タスクの順序を選択して、1 つのタスクから次のタスクへの持ち越し効果を最小限に抑えます。
    3. タスク 1 および 4 では、スプレッドシートを使用してサブジェクトで塗りつぶします (手作業またはテキストまたはスプレッドシート プロセッサを使用)。時間的に正確なシミュレーションソフトウェアを使用して他のタスクを提示します。
      注: タスク 2 および 3 の各刺激は 600 ミリ秒で表示され、間刺激間隔 (1400 ミリ秒) に固定クロス ("+") が存在します。図 3を参照してください。その他のタスクでは、応答時間は制限されません。

6. データ分析

  1. 連続分布(ウィルコクソン符号付きランク検定やマン・ホイットニーU検定など)または中央値(分布が正規の場合は2サンプルt-test)を比較する異なるテストを使用してデータ分析を実行します。

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Representative Results

データは、タスクの特定のセットのために分析されたが、それは、テストの開発されたセットとパラダイムは、様々な心理言語実験に適応することができることを強調する必要があります。結果は、グループ間で非パラメトリックウィルコクソン署名ランクテストとマンホイットニーUテスト(陰極および偽刺激条件)を用いて、精度スコア(正解数)と反応時間(RT)の観点から分析された。各グループ内のタスクの大きな違いは、表 3に示されています。以下では、主な刺激関連の結果を強調表示します (説明統計量については、表 2を参照)。

2つのグループ間の字句決定タスクにおけるパフォーマンスの比較(陰極対偽刺激条件)は、競合他社の擬似語の精度の初日の違いを示した:精度は、シャム後よりも陰極後に増加した刺激(0.041)は、陰極刺激後の字句競争の減少を示唆している。認識タスクでは、新しい単語の精度は、最初の(e ≤ 0.034)と2日目(0.09)の両方で陰極刺激後よりもシャム後の精度が優れ、刺激後の字句学習効率の低下を示唆した。どちらのタスクも、グループ間の RT の違いを示さなかった。意味タスクの結果は、新しい形態の意味と表面形態の間の一致が2日目のみのシャム上のカソード群に対してより成功したことを示した(e ≤ 0.011)。

各グループでは、2つの評価セッションの間に精度スコアと反応時間に顕著な違いがありました。シャムグループでは、2日目(0.049)よりも新しい単語認識が最初の方が優れていた。カソーダル群では、認識タスクのRTは、最初の日(ε ≤ 0.042)の競合他社の擬似語よりも新しい単語の方が有意に短かったが、2番目の単語では有意に短かった。字句決定タスクの結果は、最初の(0.003)と2日目(≤0.001)の陰極刺激の後、擬似ワードの競合他社よりも新しい単語の方が優れていたことを示した。しかし、シャム群では、この効果は2日目のみ(≤ 0.002)に観察された。

Figure 1
図 1:実験室。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 2
図 2:文脈学習シーケンスで刺激を提示するための手順。(A) 刺激グループを作る:単語/擬似ワード刺激のグループ。 (B) 文脈学習ブロックにおける刺激表示の図この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 3
図 3: ヴェルニッケとブロカの地域の刺激電極の位置。左パネル:脳領域の側面図と投影。脳ゾーン、脳波電極(システム10-20%)それらに対応し、刺激電極の位置を表す赤い長方形がマークされます。参照電極は首の付け根に示す。右パネル:EEG 10-20%システムレイアウト上の刺激電極の投影。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 4
図 4: tDCS機器。(A) 刺激剤;(B) 生理生理生理;(C) ※この図の大きなバージョンを見るには、ここをクリックしてください。

文章の例
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私たちの祖母は、マッシュケラクのような気持ちを知らなかった。
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彼女の良い思い出のおかげで、マーシャはムシュケラックを経験したことがありません。
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いくつかのアカウントを持って、私はマッシュケラックに苦しみ始めました。
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秘密のノートブックは、あなたがマッシュケラックの問題を解決するのに役立ちます。
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ピーターはいつもマッシュケラックを持ちたくなかったのと同じパスワードを設定しました。

表1:新しい単語の文脈学習のための文の例。

シャム刺激 陰極刺激
意味 Sd 意味 Sd
タスク 1: 無料のリコール
1日目 精度 4.91件 2.22分 5.69件 1.49件
2日目 精度 2.53 2.44分 2.84件 2.26分
タスク 2: 認識。精度スコア
1日目 斬新な言葉 3.06 0.89円 1.96件 1.68件
競合他社の言葉 3.63から 1.14分 3.73 1.29件
競合他社の擬似言葉 2.60年 1.15分 2.69件 1.39件
擬似語の制御 3.79件 1.32から 3.92件 1.41分
単語を制御する 4.67 1.05分 4.29件 1.16分
2日目 斬新な言葉 2.58件 0.93件 1.56 1.47
競合他社の言葉 4.40 0.74年 4.10 1.39件
競合他社の擬似言葉 3.13 1.25 3.31 1.00
擬似語の制御 4.33 0.92件 4.50 1.14分
単語を制御する 4.58件 1.02から 4.38件 1.44
タスク 2: 認識。反応時間 (ミリ秒)
1日目 斬新な言葉 793の 167年 858の 183年
競合他社の言葉 804の 151名 845の 179年
競合他社の擬似言葉 883の 261の 962の 306の
擬似語の制御 849の 201年 833の 234の
単語を制御する 699の 131の 767の 196年
2日目 斬新な言葉 836の 200年 933の 272の
競合他社の言葉 816の 239の 818の 213の
競合他社の擬似言葉 859の 281の 924の 236の
擬似語の制御 818の 280の 866の 265名
単語を制御する 734の 212の 817の 234の
タスク 3: 字句的な決定。精度スコア
1日目 斬新な言葉 2.42分 1.63から 1.96件 1.68件
競合他社の言葉 4.13 0.78円 4.10 0.90件
競合他社の擬似言葉 3.46 1.17 4.02 1.33
擬似語の制御 4.21 1.02から 4.25 1.26分
単語を制御する 4.54 0.72年 4.54 0.78円
2日目 斬新な言葉 2.04 1.47 1.56 1.47
競合他社の言葉 4.38件 0.56分 4.46 0.61から
競合他社の擬似言葉 3.81件 1.08円 3.94件 1.39件
擬似語の制御 4.54 0.78円 4.58件 1.28件
単語を制御する 4.42 0.72年 4.63 0.71年
タスク 3: 字句的な決定。反応時間 (ミリ秒)
1日目 斬新な言葉 817の 244の 921の 248の
競合他社の言葉 747の 181年 797の 201年
競合他社の擬似言葉 927の 307の 910の 265名
擬似語の制御 891の 291の 852の 213の
単語を制御する 737の 217の 784の 221の
2日目 斬新な言葉 878の 287の 963の 292の
競合他社の言葉 743の 174の 811の 197年
競合他社の擬似言葉 914の 290の 918の 244の
擬似語の制御 871の 286の 853の 244の
単語を制御する 719の 189年 756名 234の
タスク 4: セマンティック定義
1日目 マッチング 1.27 0.75年 1.87件 1.45
精度 7.97件 4.03 8.71件 5.66分
2日目 マッチング 0.52分 0.79件 1.39件 1.44
精度 2.82件 2.73 5.86件 5.74分
タスク 5: セマンティック マッチング
1日目 精度 3.16 0.97件 3.18件 1.03
反応時間 (ミリ秒) 10914年 3391の 10856年 6039の
2日目 精度 2.41分 1.07 2.89件 1.25
反応時間 (ミリ秒) 8798の 2488の 8908の 3419の

表 2: 説明的な統計情報。

シャム刺激 p 値 陰極刺激 p 値
タスク1:無料リコール。 精度スコア
日の間 精度スコア 1 日目と精度スコア 第 2 日目 0.001 精度スコア 1 日目と精度スコア 第 2 日目 <0.001
タスク 2: 認識。精度スコア
1日目 斬新な言葉と 斬新な言葉と
競合他社の言葉 0.042 競合他社の言葉 0.004
擬似語の制御 0.041 競合他社の擬似言葉 0.045
単語を制御する 0.001 擬似語の制御 0.002
単語を制御する <0.001
2日目 斬新な言葉と 斬新な言葉と
競合他社の言葉 0.001 競合他社の言葉 <0.001
擬似語の制御 0.001 競合他社の擬似言葉 0.001
単語を制御する 0.001 擬似語の制御 <0.001
単語を制御する <0.001
日の間 斬新な言葉 0.049 競合他社の言葉 0.036年
競合他社の言葉 0.011年 競合他社の擬似言葉 0.024
競合他社の擬似言葉 0.034年 擬似語の制御 0.020
擬似語の制御 0.030
認識。反応時間 (ミリ秒)
1日目 斬新な言葉と 単語を制御する 0.005 斬新な言葉と
競合他社の擬似言葉 0.042
単語を制御する 0.006
2日目 新しい単語とコントロールワード 0.007 斬新な言葉と
競合他社の言葉 0.001
擬似語の制御 0.045
単語を制御する 0.014
タスク 3: 字句的な決定。精度スコア
1日目 斬新な言葉と 斬新な言葉と
競合他社の言葉 0.001 競合他社の言葉 <0.001
擬似語の制御 0.001 競合他社の擬似言葉 0.003
単語を制御する 0.001 擬似語の制御 0.001
単語を制御する <0.001
2日目 斬新な言葉と 斬新な言葉と
競合他社の言葉 0.001 競合他社の言葉 <0.001
競合他社の擬似言葉 0.002 競合他社の擬似言葉 0.001
擬似語の制御 0.001 擬似語の制御 <0.001
単語を制御する 0.001 単語を制御する <0.001
日の間 有意な違いはありません 擬似語の制御 0.033
語彙的な決定。反応時間 (ミリ秒)
1日目 斬新な言葉と 斬新な言葉と
競合他社の言葉 0.022 競合他社の言葉 0.001
競合他社の擬似言葉 <0.001 単語を制御する 0.013
擬似語の制御 0.033
2日目 斬新な言葉と 斬新な言葉と
競合他社の言葉 0.003 競合他社の言葉 0.003
単語を制御する 0.008 単語を制御する 0.001
タスク 4: セマンティック定義。マッチングと精度のスコア
日の間 マッチングスコア 1日目とマッチングスコア 2日目 0.001 マッチングスコア 1日目とマッチングスコア 2日目 0.006
精度スコア 1 日目と精度スコア 第 2 日目 0.001 精度スコア 1 日目と精度スコア 第 2 日目 <0.001
タスク 5: セマンティック マッチング。精度スコア
日の間 精度スコア 1 日目と精度スコア 第 2 日目 0.006 有意な違いはありません
セマンティック マッチング。反応時間 (ミリ秒)
日の間 反応時間 1 日目対反応時間 2 日目 0.002 反応時間 1 日目対反応時間 2 日目 0.015年

表3:各群における精度スコアと反応時間の有意差(シャムおよび陰視刺激)。括弧内の値は、平均スコアと反応時間です。

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Discussion

この結果は、一般的に心理学的研究を行う際に考慮する必要があるいくつかの重要な点を強調し、特に神経言語学tDCS研究を行う。言語コルチスの刺激(Wernickeの領域によってここに例示される)は、行動結果の複雑なパターンを生成します。音声処理を完全に妨害することができるTMS技術(例えば、いわゆる「音声停止」プロトコル)21とは異なり、この方法は、言語処理メカニズムに対して、より複雑で、等級付けされ、微妙な影響を及ぼす可能性がある。条件、試験、評価日の間で実質的に分岐した精度と反応時間の違いの両方の様々な発見をしました。報告されたプロトコルの技術的な意味合いについては、以下で簡単に説明します。

様々な効果を外すためには、異なるテストのバッテリーが必要であり、短期および長期のメモリ、字句アクセス、セマンティック処理などの異なるレベルのプロセスをテストすることができます。例えば、ここでの効果は、異なる刺激タイプと刺激条件に対するリコールと認識において異なる性能を含み、新規および古い項目に対する差動字語の競争効果を示唆し、tDCSの発散効果を示唆する。字句レベルとセマンティック レベル。我々の結果は、認識、単語の意味の理解、自由なリコールを含む異なるレベルでの新しい単語の習得の効率に利用されたタスクの感度を確認します。

同じように、tDCS条件(例えば、アノダール、陰極刺激)は、適切な制御条件(または対照群)を必要とし、シャム(プラセボ)刺激が最も適切なベースラインである。運動皮質の電気刺激とは異なり、その効果は常に明白ではない22、使用される試験に強く依存するか、または全て23で現れない場合がある。

もう一つの非常に重要な点は、単一の実験セッションのコンテキストで、個々の被験者に1種類の刺激しか適用できないことです。これは通常、グループ間の設計、例えば、アノダル刺激群、陰極刺激群、プラセボ(シャム)対照群を伴う。グループ内の設計の場合、異なる日に異なるtDCSプロトコルを使用し、少なくとも24時間離れている(学習研究では、これはまた、繰り返し効果による結果の汚染を避けるために、異なる日に異なる言語刺激を使用することを伴う)。本報告では、ヴェルニッケの領域の陰極刺激を例にした実験を用いるが、同様の手順は他の極性/部位にも適用される。

新しい単語の文脈的な提示は、単語形式の取得の同時研究の可能性を大幅に拡大し、その意味論の。伝統的に、これらのプロセスは、新しい単語形態の獲得または他の意味単位24、25、26との親しみやすい単語の意味の相関に焦点を当てて別々に研究される。提案されたプロトコルは、両方の目的を組み合わせたものです。したがって、単語形式の知覚レベルで新しい概念取得のダイナミクスと、包括的なテストセットを使用して達成されるその内容を習得することのダイナミクスを比較することが可能です。このような比較の必要性は、セマンティックマッチングとは対照的に、新しい表面形態の性能のダイナミクスを発散することによって強調される。

tDCSとTMSなどの他の非侵襲的な脳刺激方法の主な違いを覚えておくことは重要です。しきい値評価によって tDCS に対する個々の感度を決定する簡単な方法がないため、すべてのサブジェクトに単一のプロトコルが適用されます。刺激領域を正確に推定することは非常に困難です - 1つは刺激される近似/仮定領域についてのみ話すことができます。また、電流がオフになった後のオフライン刺激効果の持続時間を推定することも困難です。おそらく、刺激の主な効果は、刺激の終了後1時間まで観察される。しかし、刺激20の1日後でも効果を検出できる場合もある。

しかし、TMSと比較して、tDCSの適用の相対的な容易さ、副作用の実質的に低いリスクおよび音響アーティファクトの不在は、このプロトコルを音声および言語機能を研究するために魅力的にする。また、電気刺激と他の方法との組み合わせ、例えばTMS、fMRI、脳波または薬理学的介入を用いて、tDCSのより詳細な神経機構を研究することを可能にする27、28。

tDCS刺激は高度に局在しないため、非特異的効果が可能です。これは、非常に異なるプロトコルや反対のプロトコルが時々同様の結果につながる可能性がある既存の証拠から明らかです。これは、注意、メモリからの取得などの他の認知機能やプロセスに一般的な影響が考えられる。特定の言語機能に関連する効果を検出するには、テストの特殊なバッテリが必要です。刺激物質の作成(単語の表面またはレンマ周波数の検証、単語や文の長さなど)の提案されたステップに従って、言語の文法的および音声構造を考慮する必要があります。たとえば、文中の単語数や単語の長さは、正確な必要性によって異なります。さらに、実験で使用される単語は、スペルとサウンドの両方で制御する必要があります。ロシア語などの直述的に透過的な言語では、これは比較的簡単ですが、他の言語(英語、デンマーク語、北京語など)では達成が困難な場合があります。

以前の研究のボディに沿って、我々は、学習ブロックの直後と一晩の睡眠の後に取得の異なる効果を見つけ、これは一晩の統合の効果を強調します。重要なのは、2日目にグループの違い(シャム対陰極)も見つかります。皮質の刺激の物理的効果は、数分から数時間の順序で、比較的短持続することが一般的に受け入れられている。これは、一過性刺激段階で達成される認知効果は、それにもかかわらず、より長い期間にわたって維持され、したがって、おそらく実用的な設定で単語の取得と処理を調節するために使用される可能性があることを意味します。明らかに、ブロカとウェルニッケの中核言語領域だけでなく、言語機能に関与しています。上記のプロトコルの採用は、脳の任意の領域に対して可能であるが、特定の実験目的のために微調整された心理言語検査のバッテリーは、特定の神経言語特性に対する刺激的影響を評価するために依然として必要である。

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Disclosures

著者は何も開示していない。

Acknowledgments

RF政府補助金契約第14.W03.31.0010によってサポートされています。エカタリナ・ペリコワとアレクサンダー・キルサノフがこの出版物を準備してくれたことに感謝します。オルガ・シュチェルバコワとマルガリータ・フィリポワの刺激選択に対する支援、アナスタシア・サフロノバとパヴェル・イノズセムエフのビデオ素材制作への支援に感謝します。

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