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Estimulación Transcraneal de Corriente Directa (tDCS) de las áreas de Wernicke y Broca en Estudios de Aprendizaje de Idiomas y Adquisición de Palabras

Behavior

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Summary

Aquí, describimos un protocolo para el uso de la estimulación transcraneal de corriente directa para experimentos psicolinguísticos y neurolinguísticos destinados a estudiar, de manera naturalista pero totalmente controlada, el papel de las áreas corticales del cerebro humano en el aprendizaje de palabras, y un conjunto completo de procedimientos conductuales para evaluar los resultados.

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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

El lenguaje es una función muy importante pero mal entendida del cerebro humano. Si bien los estudios de los patrones de activación cerebral durante la comprensión del lenguaje son abundantes, lo que a menudo falta críticamente es evidencia causal de la participación de las áreas cerebrales en una función linguística particular, sobre todo debido a la naturaleza humana única de esta capacidad y una escasez de herramientas neurofisiológicas para estudiar las relaciones causales en el cerebro humano de manera no invasiva. En los últimos años se ha producido un rápido aumento en el uso de la estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) del cerebro humano, una técnica no invasiva fácil, económica y segura que puede modular el estado del área cerebral estimulada (putativamente cambiando la excitación/ umbrales de inhibición), lo que permite un estudio de su contribución particular a funciones específicas. Mientras que se centra principalmente en el control motor, el uso de tDCS es cada vez más extendido en la investigación básica y clínica sobre funciones cognitivas más altas, lenguaje incluido, pero los procedimientos para su aplicación siguen siendo variables. Aquí, describimos el uso de tDCS en un experimento psicolinguístico de aprendizaje de palabras. Presentamos las técnicas y procedimientos para la aplicación de la estimulación cathodal y anodal de las áreas del lenguaje central de Broca y Wernicke en el hemisferio izquierdo del cerebro humano, describen los procedimientos de creación de conjuntos equilibrados de estímulos psicolinguísticos, un régimen de aprendizaje controlado pero naturalista, y un conjunto completo de técnicas para evaluar los resultados de aprendizaje y los efectos del tDCS. Como ejemplo de la aplicación de tDCS, demostramos que la estimulación cathodal del área de Wernicke antes de una sesión de aprendizaje puede afectar la eficiencia del aprendizaje de palabras. Este impacto está presente inmediatamente después del aprendizaje y, lo que es más importante, preservado durante más tiempo después de que los efectos físicos de la estimulación desaparezcan, lo que sugiere que el tDCS puede tener influencia a largo plazo en el almacenamiento linguístico y las representaciones en el cerebro humano .

Introduction

Los mecanismos neurobiológicos de la función del lenguaje humano todavía no se entienden bien. Como la base de nuestra capacidad de comunicación, este rasgo neurocognitivo humano único juega un papel particularmente importante en nuestra vida personal y socioeconómica. Cualquier déficit que afecte al habla y al lenguaje es devastador para los enfermos y costoso para la sociedad. Al mismo tiempo, en la clínica, los procedimientos para el tratamiento de los déficits del habla (como la afasia) siguen siendo subóptimos, sobre todo debido a la mala comprensión de los mecanismos neurobiológicos involucrados1. En la investigación, el reciente advenimiento y el rápido desarrollo de los métodos de neuroimagen han llevado a múltiples descubrimientos que describen patrones de activación; sin embargo, a menudo faltan pruebas causales. Además, las áreas del lenguaje del cerebro se encuentran algo subóptima para la aplicación de enfoques de neuroestimulación convencionales que pueden proporcionar evidencia causal, lo más importante la técnica de estimulación magnética transcraneal (TMS). Mientras que el protocolo TMS fuera de línea, como la estimulación de ráfaga theta, puede causar dolor debido a la proximidad de los músculos al punto de estimulación, los protocolos TMS "en línea" pueden introducir artefactos de sonido de la estimulación, que es indeseable debido a la interferencia con presentación de estímulo linguístico2. A pesar de que TMS es ampliamente utilizado en estudios de idiomas a pesar de tales inconvenientes, una alternativa bienvenida puede ser proporcionada por otros métodos de estimulación, sobre todo la estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS). En los últimos años, tDCS ha visto un notable crecimiento en su uso debido a su accesibilidad, facilidad de uso, seguridad relativa y a menudo resultados bastante sorprendentes3. A pesar de que los mecanismos exactos que sustentan la influencia de tDCS en la actividad neuronal no se entienden completamente, la opinión principal es que, al menos a niveles de baja intensidad (normalmente 1-2 mA durante 15-60 min), no causa ninguna excitación neural o inhibición per se , pero en su lugar modula el potencial transmembrana en reposo de manera calificada hacia la des- o hiperpolarización, desplazando los umbrales de excitación hacia arriba o hacia abajo y haciendo así el sistema neural más o menos susceptible a modulaciones por otros eventos, estímulos, estados o comportamientos4,5. Mientras que la mayoría de las aplicaciones notificadas hasta la fecha se han centrado en los déficits de la función motora6 y/o del sistema motor, se ha aplicado cada vez más a las funciones cognitivas de alto nivel y sus respectivas discapacidades. Ha habido un aumento en su aplicación al habla y al lenguaje, principalmente en la investigación dirigida a la recuperación de la afasia post-accidente cerebrovascular7,8,9, a pesar de que hasta ahora ha dado lugar a resultados mixtos con respecto a la potencial terapéutico, sitios y hemisferios de estimulación, y polaridad de corriente óptima. Como esta investigación, y particularmente la aplicación de tDCS en la neurobiología cognitiva de la función normal del lenguaje, todavía está en su infancia, es crucial delinear los procedimientos para estimular al menos los cortices del lenguaje central (lo más importante broca) utilizando tDCS, que es uno de los principales objetivos del informe actual.

Aquí, consideraremos la aplicación de tDCS a áreas de lenguaje en un experimento de aprendizaje de palabras. En general, el caso del aprendizaje de palabras se toma aquí como un ejemplo de un experimento neurolinguístico, y la parte tDCS del procedimiento no debe cambiar sustancialmente para otros tipos de experimentos de idiomas dirigidos a las mismas áreas. Sin embargo, aprovechamos esta oportunidad para destacar también las principales consideraciones metodológicas en un experimento de adquisición de palabras per se, que es el segundo objetivo principal de la descripción actual del protocolo. Los mecanismos cerebrales que sustentan la adquisición de palabras – una capacidad humana omnipresente en el núcleo de nuestra habilidad de comunicación linguística – siguen siendo en gran medida desconocidos10. Complicando el panorama, la literatura existente difiere ampliamente en la forma en que los protocolos experimentales promueven la adquisición de palabras, en el control sobre los parámetros de estimulación y en las tareas utilizadas para evaluar los resultados de aprendizaje (véase, por ejemplo, Davis et al.11). A continuación, describimos un protocolo que utiliza estímulos altamente controlados y el modo de presentación, al tiempo que aseguramos una adquisición naturalista basada en el contexto del vocabulario novedoso. Además, utilizamos una completa batería de tareas para evaluar los resultados de forma conductual en diferentes niveles, tanto inmediatamente después del aprendizaje como después de una etapa de consolidación durante la noche. Esto se combina con tDCS falso y cathodal de áreas del lenguaje (hacemos un ejemplo particular usando la estimulación de área de Wernicke) que puede proporcionar evidencia causal sobre los procesos y mecanismos neuronales subyacentes.

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Protocol

Todos los procedimientos fueron aprobados por el comité local de ética de investigación de la Universidad Estatal de San Petersburgo, San Petersburgo, con el consentimiento obtenido de todos los participantes.

NOTA: Todos los participantes deben firmar el consentimiento informado y rellenar un cuestionario para dar fe de la ausencia de contraindicaciones para la estimulación tDCS (ver Técnica y Consideraciones en el Uso de 4 x 1 Ring Estimulación Transcraneal de Corriente Directa de Alta Definición (HD-tDCS) de Willamar y sus colegas12) y para recopilar otros datos relevantes para el estudio, como la agudeza visual, la demografía, la experiencia del lenguaje y la entrega. Para este último, se recomienda el trabajo seminal de Oldfield13.

1. Temas y entorno experimental

  1. En un experimento de lenguaje típico, asegúrese de que todos los sujetos son diestros y no tienen registro de déficits del lenguaje, trastornos neurológicos o psiquiátricos. Debe controlarse su lengua materna y su condición de bilingue/plurilinguismo.
  2. Realice todas las mediciones en una cámara insonorizada o al menos atenuada por sonido. El aislamiento acústico es muy importante, ya que cualquier sonido extraño, ruido, habla humana, etc. puede afectar significativamente el rendimiento y así influir en los datos (Figura1).
  3. Para evitar interferencias por contacto innecesario sujeto-experimentador, coloque sólo la pantalla, auriculares / altavoces y cualquier dispositivo de entrada (teclado, cajas de botones) dentro de la cámara. Tener toda la interacción con el experimentador a través del intercomunicador a menos que se requiera contacto personal.
  4. Utilice los siguientes parámetros óptimos, basados en un pilotaje extenso, para el color de fondo y el tamaño de fuente: color de fondo gris (RGB: 125, 125, 125), color de texto negro (RGB: 0; 0; 0), cara de fuente Arial, tamaño 27.
  5. Para reducir los retrasos y el nerviosismo en la presentación visual, utilice una tarjeta de vídeo y un monitor con una frecuencia de actualización de 100 Hz o superior.
  6. Para medir los tiempos de reacción, utilice almohadillas de respuesta de grado de investigación, que tienen una mejor ergonomía y una sincronización más precisa en comparación con los teclados convencionales.

2. Preparación de estímulos

  1. Elija palabras del lenguaje en cuestión, que se controlan durante su duración, frecuencia léxica y estructura general (para evitar cualquier efecto básico de las propiedades de estímulo superficial en el procesamiento de nivel superior). Aquí, todas las palabras base eran ocho fonetados/letras de largo y consistían en tres sílabas con la estructura CVCCVCVC (donde C es consonante, y V es vocal).
  2. Para crear varias listas, divida las palabras en conjuntos, que no deben diferir estadísticamente (medidos con, por ejemplo, t-tests) en su lema, bigram y/o trigrama, así como la frecuencia silábica. Se pueden obtener de bases de datos psicolinguísticas específicas del lenguaje; aquí, se utilizó el Corpus Nacional Ruso (http://www.ruscorpora.ru/en/). Aquí, se utilizó un conjunto para crear (a través de la modificación) palabras y pseudopalabras no similares ortográficamente similares, otro conjunto para crear pseudopalabras de control no relacionadas y un conjunto adicional utilizado como palabras de control no relacionadas (Figura2A). Esto llevó a cinco conjuntos de 10 artículos cada uno (50 estímulos en total). Modifique estos procedimientos de acuerdo con sus requisitos experimentales exactos.
  3. Para minimizar los efectos de las formas de superficie en la semántica recién adquirida, contrarresta los conjuntos en la muestra de sujeto, de forma que desempeñen diferentes roles experimentales para diferentes sujetos.
  4. Crear nuevas formas de palabras de tal manera que sigan las reglas de la fonología y la fonología y se asemejen a las palabras existentes en términos de estructura ortográfica y fonológica.
    NOTA: Para asegurarse de que las nuevas palabras pueden entrar en competencia con las palabras existentes, los procedimientos actuales se basaron en los desarrollados en una serie de experimentos de Gaskell y sus colegas11,14 y tenían como objetivo mantener la palabra onsets ( CVCCV-), mientras giran sus desplazamientos (-CVC) a través de diferentes elementos del conjunto. Es decir, conservamos las dos primeras sílabas de una palabra existente y variamos la sílaba definitiva de tal manera que se creó una nueva forma de novedosa antes desconocida (por ejemplo, mandarina -> mandanal*, donde el último CVC fue tomado de otra palabra en la lista, cardinal, para crear un nuevo elemento).
  5. Repita el procedimiento descrito anteriormente para crear tantas formas de palabras novedosas como sea necesario. Para la demostración actual, creamos listas de nuevas formas de palabras a aprender y de pseudopalabras similares no aprendidas (por ejemplo, mandarina -> mandanal*, mandaket*, las tres potencialmente entrando en una competencia léxica post-aprendizaje, como vecinos) así como más listas de control de palabras reales y seudopalabras novedosas que no compartían esta similitud y por lo tanto no producirían una competencia léxica con los principales estímulos (por ejemplo, circulares, almizcleros*; Ejemplos rusos se utilizan en todo, transliterado de escritura cirílica a latina para facilitar la comprensión).

3. Estímulos de sentencia para el aprendizaje semántico contextual

  1. Crear nuevos significados para ser asociados con las nuevas palabras en el proceso de aprendizaje. Esto podría ser inventado, objetos obsoletos o raros o conceptos no presentes en el idioma o la cultura nativa de los sujetos.
  2. Para el aprendizaje contextual de la semántica novedosa, se recomiendan los procedimientos utilizados por Mestrez-Misse y sus colegas15. Crear varias frases únicas que describen situaciones a través de las cuales se puede entender el significado de cada una de las palabras novedosas (por ejemplo, "Para controlar los insectos en la época medieval, la gente usa mandaket"). Utilice una secuencia de tales oraciones para cada una de las palabras novedosas (aquí, un total de 5 oraciones por palabra), y revele gradualmente el significado de cada nuevo concepto de un contexto sentencial más general a más específico.
  3. Presentar palabras novedosas idealmente en su forma de diccionario (es decir, sin inflexibles, por ejemplo, caso nominativo singular o acusatotivo en ruso), de modo que la forma de la superficie no se inflexible de manera diferente en diferentes frases (Tabla1), a menos que la regla de inflexión también se requiere aprendizaje.
  4. Controle y equilibre la longitud de las oraciones y el número de palabras entre las condiciones. Aquí, cada frase consistía en 8 palabras. Siempre coloque palabras nuevas al final de las oraciones. Dicha colocación permite la acumulación de la información contextual necesaria (además, esto permite implementar este diseño, si es necesario, en un eEG o MEG para registrar las respuestas cerebrales evocadas desenmascaradas por otros estímulos de palabras).
  5. Presentar oraciones específicas de palabras en subbloques específicos de palabras, revelando gradualmente el significado de cada nueva palabra, sin entrelazar o aleatorizar oraciones relacionadas con diferentes palabras novedosas.
  6. Aleatorizar el orden de los subbloques en todo el grupo de asunto. Se recomienda la presentación de frases palabra por palabra si se utiliza la modalidad visual.
  7. Determinar el intervalo de interestímulo basado en propiedades de estímulo específicas para permitir su presentación conveniente (Figura2B); asegúrese de separar diferentes subbloques con intervalos adicionales y dar descansos regulares.

4. Tareas para evaluar la adquisición de nuevas formas de palabras y nuevos significados

NOTA: Utilice varias tareas para evaluar diferentes niveles de adquisición y comprensión tanto de las formas de palabras superficiales como de la semántica léxica. En el presente protocolo se utilizan cinco tareas: libre recuperación, reconocimiento cued, decisión léxica, definición semántica y coincidencia semántica. Las tareas se aplican en el orden en que se enumeran a continuación, que se ha optimizado para reducir cualquier traspaso entre tareas sucesivas.

  1. En la tarea de recuperación gratuita, pida a cada participante que reproduzca tantas formas de palabras nuevas como pueda recordar escribiéndolas en la hoja de cálculo preparada. La instrucción es la siguiente: "Por favor, escriba en la columna todas las palabras nuevas que pueda recordar."
  2. Incluya los mismos estímulos en el reconocimiento y la decisión léxica (segunda y tercera tareas, respectivamente) y utilice la misma tasa de presentación.
    1. Estas tareas incluyen todos los elementos (palabras nuevas, palabras reales de la competencia de las que se derivan, competidores de pseudopalabras no entrenados derivados de las mismas palabras reales, pseudopalabras de control no relacionadas y palabras existentes de control no relacionados).
    2. Para la tarea de reconocimiento, utilice la siguiente instrucción: "Se le presentarán palabras secuencialmente. Pulse el botón "1" con el dedo central de la mano izquierda si ha encontrado la palabra durante el experimento, o pulse "2" con el dedo índice de la mano izquierda si no lo ha hecho." Modifique la codificación de respuesta, la mano y los dedos de acuerdo con sus requisitos específicos.
    3. La instrucción para la tarea de decisión léxica es: "Se le presentarán palabras reales y sin sentido secuencialmente. Pulse "1" con el dedo medio de la mano izquierda si la palabra tiene sentido, o pulse "2" con el dedo índice de la mano izquierda si no lo hace." Modifique estos según sea necesario.
  3. Utilice la tarea de definición semántica para estimar la adquisición de un significado novedoso y la correspondencia entre el significado y la forma de superficie.
    1. Entregue a los participantes una lista de los elementos aprendidos (es decir, los presentados anteriormente en la fase de aprendizaje) con la instrucción anterior: "Aquí hay una lista de palabras nuevas que se le presentaron anteriormente. Trate de definir cada uno de ellos y escriba sus definiciones en la hoja de cálculo".
    2. Para evaluar la integridad y exactitud de las definiciones dadas, contrate expertos independientes para evaluar las respuestas; acuerdo entre expertos podría probarse utilizando, por ejemplo, el coeficiente de concordancia de Kendall (W).
  4. Utilice la tarea de coincidencia semántica para evaluar la adquisición de la semántica mediante la creación de vínculos explícitos entre las formas de palabras recién aprendidas y sus significados de una manera simplificada.
    1. Utilice la siguiente instrucción: "Se le presentará una palabra y tres definiciones. Debe elegir una definición correcta para cada palabra pulsando el botón correspondiente". Sólo una de las definiciones es correcta, y las otras dos corresponden a los otros elementos novedosos. Además de las tres definiciones opcionales, también se recomiendan las opciones "ninguno de esto" o "no estoy seguro".

5. Procedimientos

  1. Asegúrese de que la estimulación tDCS precede a la tarea conductual que se pretende modular.
    1. El área de Wernicke.
      NOTA: La colocación del electrodo de estimulación que mejor corresponde al área de Wernicke es CP5 según el sistema Internacional 10-20 ampliado para EEG16,17.
      1. Para localizar esta ubicación en ausencia de una tapa de electrodo, siga los procedimientos estándar del sistema 10-20.
      2. Mide la cabeza con una cinta desde la inión hasta la nasión, y observa el medio de esta distancia. A continuación, mida la distancia desde el punto preauricular izquierdo hasta el punto preauricular derecho y marque el punto de cruce de las dos mediciones.
      3. Para encontrar la ubicación cp5, mida el 30% de la distancia entre los puntos preauriculares desde el punto de cruce hacia abajo en el hemisferio izquierdo y márquelo. Mida el 10% de la distancia entre la inión y el nasión desde el punto marcado hasta la parte posterior de la cabeza. Este punto es la ubicación CP5 para el electrodo activo (Figura3).
    2. El área de Broca
      NOTA: Lo más cercano al área de Broca es el sitio18 del electrodo F5 según el sistema 10-20.
      1. En ausencia de un límite de EEG, siga los procedimientos estándar del sistema 10-20 para encontrar y marcar el punto de cruce entre los puntos inion-nasion y preauricular, como se ha descrito anteriormente.
      2. Para encontrar la ubicación de la F5, mida el 20% de la distancia entre la inión y la nasión desde el punto de cruce hasta la parte delantera de la cabeza. Mida el 30% de la distancia entre los puntos preauriculares desde el punto marcado recientemente en el hemisferio izquierdo. Este punto corresponde a la ubicación F5 para el electrodo activo (Figura3).
    3. Lugares homólogos en el hemisferio derecho: para los homólogos hemisféricos a la derecha de las áreas de Wernicke y Broca, utilice los mismos procedimientos que los anteriores, con la excepción de medir la distancia desde la línea media por el lado derecho del cuero cabelludo. Las ubicaciones de los electrodos son: CP6 para el homólogo RH Wernicke y F6 para el homólogo Broca.
    4. Utilice electrodos esponjosos de 5 cm x 5 cm, ya que este tamaño es un buen compromiso entre la estimulación focal (que causa más irritación y malestar) y los electrodos más grandes que carecen de focalidad. Remoje los electrodos en solución salina fisiológica durante 5 minutos antes de la aplicación.
    5. Para minimizar el efecto de la estimulación en otras áreas del cerebro, coloque el electrodo de referencia en la base del cuello en el lado izquierdo (derecha para los homólogos) (consulte la Figura 3 y la Figura 4). Utilice electrodos esponjosos que midan también 5 cm x 5 cm.
      NOTA: Se debe prestar especial atención a la prevención de la propagación de la solución más allá de los límites de la zona de aplicación del electrodo. Se debe tener especial cuidado para mantener el área del electrodo circundante seca.
    6. Para una estimulación cathodal óptima, utilice una corriente de 1,5 mA durante 15 min. Al inicio, la corriente aumenta gradualmente de 0 a 1,5 mA durante 30 s, y al final de la estimulación vuelve a cero durante 30 s.
    7. Para la estimulación anodal, utilice el mismo procedimiento que la estimulación catódica, excepto que la polaridad se invierte, y el electrodo anodal se coloca en el sitio activo, mientras que el cátodo se utiliza como electrodo de referencia situado fuera del área del cuero cabelludo.
  2. Estimulación Sham
    1. Realice el procedimiento de estimulación falsa generalmente como se describió anteriormente, excepto que la corriente sólo se aplica brevemente al principio y al final de la sesión falsa. Para ello, durante la primera y las últimas 30 s de la sesión, aplicar un pulso eléctrico de forma triangular con un máximo de 1,5 mA, tal y como se utiliza en el presente protocolo.
  3. Tarea principal de comportamiento: aprendizaje semántico contextual
    1. Presentar conjuntos con oraciones contextuales para las palabras novedosas en un orden aleatorio. Comience cada oración con una presentación palabra por palabra.
    2. Después de esto, muestre la oración completa en la pantalla para asegurar su comprensión completa. Pida a los participantes que presionen la barra espaciadora con el dedo índice de la mano izquierda después de leer toda la oración. La duración de la presentación de la oración es de 5000 ms.
      NOTA: Los conjuntos de las oraciones se separan entre sí por la aparición de tres puntos de mira ("+++") para 2000 ms. Cada nueva presentación conceptual comienza con una sola cruz de fijación ("+") presente durante 500 ms antes de que las palabras de la frase se muestren. Cada palabra se presenta para 500 ms, y la pantalla vacía en el color de fondo entre las palabras dentro de una oración es de 300 ms de largo.
  4. Procedimiento de evaluación de adquisición
    1. Para evaluar los efectos de aprendizaje inmediatamente y después de la etapa de consolidación nocturna, divida el conjunto de estímulos en dos subconjuntos, distribuidos equitativamente entre las condiciones de estímulo y contrarrestados entre el grupo sujeto, y ejecute la tarea de evaluación inmediatamente después del protocolo de aprendizaje en un subconjunto, y después de un retraso de 24 horas en el otro.
      NOTA: Esta estrategia se basa en la literatura que destaca la importancia de la consolidación de la memoria durante la noche para la adquisición de nuevas palabras19,20.
    2. Utilice todas las tareas desarrolladas en el orden descrito en la sección 3 anterior para evaluar diferentes niveles de adquisición de palabras/conceptos. Elija el orden de las tareas para minimizar los efectos de arrastre de una tarea a las siguientes.
    3. Para las Tareas 1 y 4 utilice hojas de cálculo para ser rellenadas por temas (a mano o utilizando un procesador de texto u hoja de cálculo); presentar las otras tareas utilizando un software de simulación temporalmente preciso.
      NOTA: Cada estímulo en las Tareas 2 y 3 se presenta para 600 ms, con una cruz de fijación ("+") presente en el intervalo de interestímulo (1400 ms); vea la Figura 3. Para las otras tareas, el tiempo de respuesta no está limitado.

6. Análisis de datos

  1. Realizar análisis de datos utilizando diferentes pruebas comparando dos conjuntos de muestras procedentes de distribuciones continuas (como la prueba de rango firmada de Wilcoxon o la prueba U de Mann-Whitney) o medianas (prueba tde dos muestras, si la distribución es normal).

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Representative Results

Si bien los datos fueron analizados para el conjunto específico de tareas, cabe destacar que el conjunto desarrollado de pruebas y el paradigma podrían adaptarse a una variedad de experimentos psicolinguísticos. Los resultados se analizaron en términos de puntuaciones de precisión (número de respuestas correctas) y el tiempo de reacción (RT) utilizando la prueba de rango firmada por Wilcoxon no paramétrico y la prueba Mann-Whitney U entre grupos (condiciones de estimulación de cathodal y falso). En el Cuadro 3se presentan diferencias significativas para las tareas dentro de cada grupo; A continuación, destacamos los principales resultados relacionados con la estimulación (para estadísticas descriptivas véase el Cuadro 2).

La comparación del rendimiento en la tarea de decisión léxica entre los dos grupos (condiciones de estimulación cathodal versus falsa) mostró diferencias en el primer día entre la precisión de las pseudopalabras de la competencia: la precisión aumentó más después del cathodal que después de la farsa estimulación (a 0,041), lo que sugiere una reducción de la competencia léxica después de la estimulación catódica. En la tarea de reconocimiento, la precisión de las palabras novedosas fue mejor después de la pelar que después de la estimulación catódica tanto en el primero (a 0,034) como en el segundo día ( 0,09 euros), lo que sugiere una reducción de la eficiencia del aprendizaje léxico después de la estimulación. Ninguna de las tareas mostró diferencias en RT entre grupos. Los resultados de las tareas semánticas mostraron la coincidencia entre el significado de la forma novedosa y la forma de la superficie fue más exitosa para el grupo cathodal sobre sham en el segundo día solamente (a 0,011).

Dentro de cada grupo, hubo diferencias notables en las puntuaciones de precisión y los tiempos de reacción entre las dos sesiones de evaluación. En el grupo falso, el reconocimiento de palabras novedosas fue mejor el primero que en el segundo día (0,049). En el grupo cathodal, RT en la tarea de reconocimiento fue significativamente más corto para palabras nuevas que para pseudopalabras de la competencia en el primer día (0,042 euros), pero no en el segundo. Los resultados de la tarea de decisión léxica mostraron que después de la estimulación cathodal en el primero (a 0,003) y en el segundo día (0,001), hubo un mejor rendimiento para las palabras novedosas que para los competidores de pseudopalabras. En el grupo falso, sin embargo, este efecto se observó sólo en el segundo día (a 0,002).

Figure 1
Figura 1 : Cámara experimental. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2 : Procedimiento para presentar estímulos en secuencia de aprendizaje contextual. (A) Hacer grupos de estímulo: Grupos de estímulos de palabras/pseudopalabras. (B) Diagrama de presentación de estímulo en bloque de aprendizaje contextual. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3 : Ubicación del electrodo de estimulación para las áreas de Wernicke y Broca. Panel izquierdo: Vista lateral y proyección en áreas cerebrales. Zonas cerebrales, electrodos EEG (sistema 10-20%) correspondientes a ellos, y se marcan rectángulos rojos que representan la ubicación de los electrodos estimulantes. El electrodo de referencia se muestra en la base del cuello. Panel derecho: Proyección del electrodo estimulante en el diseño del sistema EEG 10-20%. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4 : equipo tDCS. (A) Estimulador; (B) salina; (C) electrodos Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Ejemplos de frases
• . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nuestras abuelas no conocían un sentimiento como el mushkelak.
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Gracias a su buena memoria, Masha nunca experimentó ningún mushkelak.
" , " , "" y """ o """ o """ o """ o """ o "". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Después de tener algunas cuentas, empecé a sufrir de mushkelak.
" , " , " , " . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Un cuaderno secreto podría ayudarte a resolver el problema del mushkelak.
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Peter siempre establece la misma contraseña que no quería tener ningún mushkelak.

Tabla 1: Ejemplos de oraciones para el aprendizaje contextual de palabras novedosas.

Estimulación Sham Estimulación cathodal
Decir Sd Decir Sd
Tarea 1: recuperación gratuita
Día 1 Precisión 4.91 2.22 5.69 1.49
Día 2 Precisión 2.53 2.44 2.84 2.26
Tarea 2: reconocimiento. Puntuaciones de precisión
Día 1 Palabras novedosas 3.06 0.89 1.96 1.68
Palabras del competidor 3.63 1.14 3.73 1.29
Pseudopalabras competidoras 2.60 1.15 2.69 1.39
Controlar pseudopalabras 3.79 1.32 3.92 1.41
Palabras de control 4.67 1.05 4.29 1.16
Día 2 Palabras novedosas 2.58 0.93 1.56 1.47
Palabras del competidor 4.40 0.74 4.10 1.39
Pseudopalabras competidoras 3.13 1.25 3.31 1.00
Controlar pseudopalabras 4.33 0.92 4.50 1.14
Palabras de control 4.58 1.02 4.38 1.44
Tarea 2: reconocimiento. Tiempo de reacción (ms)
Día 1 Palabras novedosas 793 167 858 183
Palabras del competidor 804 151 845 179
Pseudopalabras competidoras 883 261 962 306
Controlar pseudopalabras 849 201 833 234
Palabras de control 699 131 767 196
Día 2 Palabras novedosas 836 200 933 272
Palabras del competidor 816 239 818 213
Pseudopalabras competidoras 859 281 924 236
Controlar pseudopalabras 818 280 866 265
Palabras de control 734 212 817 234
Tarea 3: decisión léxica. Puntuaciones de precisión
Día 1 Palabras novedosas 2.42 1.63 1.96 1.68
Palabras del competidor 4.13 0.78 4.10 0.90
Pseudopalabras competidoras 3.46 1.17 4.02 1.33
Controlar pseudopalabras 4.21 1.02 4.25 1.26
Palabras de control 4.54 0.72 4.54 0.78
Día 2 Palabras novedosas 2.04 1.47 1.56 1.47
Palabras del competidor 4.38 0.56 4.46 0.61
Pseudopalabras competidoras 3.81 1.08 3.94 1.39
Controlar pseudopalabras 4.54 0.78 4.58 1.28
Palabras de control 4.42 0.72 4.63 0.71
Tarea 3: decisión léxica. Tiempo de reacción (ms)
Día 1 Palabras novedosas 817 244 921 248
Palabras del competidor 747 181 797 201
Pseudopalabras competidoras 927 307 910 265
Controlar pseudopalabras 891 291 852 213
Palabras de control 737 217 784 221
Día 2 Palabras novedosas 878 287 963 292
Palabras del competidor 743 174 811 197
Pseudopalabras competidoras 914 290 918 244
Controlar pseudopalabras 871 286 853 244
Palabras de control 719 189 756 234
Tarea 4: definición semántica
Día 1 Coincidencia 1.27 0.75 1.87 1.45
Precisión 7.97 4.03 8.71 5.66
Día 2 Coincidencia 0.52 0.79 1.39 1.44
Precisión 2.82 2.73 5.86 5.74
Tarea 5: coincidencia semántica
Día 1 Precisión 3.16 0.97 3.18 1.03
Tiempo de reacción (ms) 10914 3391 10856 6039
Día 2 Precisión 2.41 1.07 2.89 1.25
Tiempo de reacción (ms) 8798 2488 8908 3419

Tabla 2: Estadísticas descriptivas.

Estimulación Sham valor p Estimulación cathodal valor p
Tarea 1: recuperación gratuita.  Puntuaciones de precisión
Entre días Puntuaciones de precisión Día 1 frente a puntuaciones de precisión Día 2 0.001 Puntuaciones de precisión Día 1 frente a puntuaciones de precisión Día 2 <0.001
Tarea 2: reconocimiento. Puntuaciones de precisión
Día 1 Palabras novedosas vs. Palabras novedosas vs.
Palabras del competidor 0.042 Palabras del competidor 0.004
Controlar pseudopalabras 0.041 Pseudopalabras competidoras 0.045
Palabras de control 0.001 Controlar pseudopalabras 0.002
Palabras de control <0.001
Día 2 Palabras novedosas vs. Palabras novedosas vs.
Palabras del competidor 0.001 Palabras del competidor <0.001
Controlar pseudopalabras 0.001 Pseudopalabras competidoras 0.001
Palabras de control 0.001 Controlar pseudopalabras <0.001
Palabras de control <0.001
Entre días Palabras novedosas 0.049 Palabras del competidor 0.036
Palabras del competidor 0.011 Pseudopalabras competidoras 0.024
Pseudopalabras competidoras 0.034 Controlar pseudopalabras 0.020
Controlar pseudopalabras 0.030
Reconocimiento. Tiempo de reacción (ms)
Día 1 Palabras novedosas vs.  Palabras de control 0.005 Palabras novedosas vs.
Pseudopalabras competidoras 0.042
Palabras de control 0.006
Día 2 Palabras novedosas vs. palabras de control 0.007 Palabras novedosas vs.
Palabras del competidor 0.001
Controlar pseudopalabras 0.045
Palabras de control 0.014
Tarea 3: decisión léxica. Puntuaciones de precisión
Día 1 Palabras novedosas vs. Palabras novedosas vs.
Palabras del competidor 0.001 Palabras del competidor <0.001
Controlar pseudopalabras 0.001 Pseudopalabras competidoras 0.003
Palabras de control 0.001 Controlar pseudopalabras 0.001
Palabras de control <0.001
Día 2 Palabras novedosas vs. Palabras novedosas vs.
Palabras del competidor 0.001 Palabras del competidor <0.001
Pseudopalabras competidoras 0.002 Pseudopalabras competidoras 0.001
Controlar pseudopalabras 0.001 Controlar pseudopalabras <0.001
Palabras de control 0.001 Palabras de control <0.001
Entre días Sin diferencias significativas Controlar pseudopalabras 0.033
Decisión léxica. Tiempo de reacción (ms)
Día 1 Palabras novedosas vs. Palabras novedosas vs.
Palabras del competidor 0.022 Palabras del competidor 0.001
Pseudopalabras competidoras <0.001 Palabras de control 0.013
Controlar pseudopalabras 0.033
Día 2 Palabras novedosas vs. Palabras novedosas vs.
Palabras del competidor 0.003 Palabras del competidor 0.003
Palabras de control 0.008 Palabras de control 0.001
Tarea 4: definición semántica. Puntuaciones de coincidencia y precisión
Entre días Puntuaciones coincidentes Día 1 frente a Puntuaciones coincidentes Día 2 0.001 Puntuaciones coincidentes Día 1 frente a Puntuaciones coincidentes Día 2 0.006
Puntuaciones de precisión Día 1 frente a puntuaciones de precisión Día 2 0.001 Puntuaciones de precisión Día 1 frente a puntuaciones de precisión Día 2 <0.001
Tarea 5: coincidencia semántica. Puntuaciones de precisión
Entre días Puntuaciones de precisión Día 1 frente a puntuaciones de precisión Día 2 0.006 Sin diferencias significativas
Coincidencia semántica. Tiempo de reacción (ms)
Entre días Tiempo de reacción Día 1 frente a Tiempo de reacción Día 2 0.002 Tiempo de reacción Día 1 frente a Tiempo de reacción Día 2 0.015

Tabla 3: Diferencias significativas en las puntuaciones de precisión y los tiempos de reacción dentro de cada grupo (estimulaciones de sham y cathodal). Los valores entre paréntesis son las puntuaciones medias y los tiempos de reacción.

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Discussion

Los resultados ponen de relieve algunos puntos importantes que deben tenerse en cuenta a la hora de realizar investigaciones psicolinguísticas en general, y estudios neurolinguísticos tDCS en particular. La estimulación de los cortices del lenguaje (ejemplificado aquí por el área de Wernicke) produce un patrón complejo de resultados conductuales. A diferencia de la técnica TMS, donde es posible interrumpir completamente el procesamiento del habla (por ejemplo, el llamado protocolo de "detención de voz")21,este método permite una influencia posiblemente más compleja, calificada y sutil en los mecanismos de procesamiento del lenguaje. Hemos encontrado una variedad de diferencias de precisión y tiempo de reacción que divergieron sustancialmente entre condiciones, pruebas y días de evaluación. Las implicaciones técnicas del protocolo notificado se examinan brevemente a continuación.

Para desactivar los diversos efectos, se necesita una batería de diferentes pruebas, que podrían probar procesos en diferentes niveles de memoria a corto y largo plazo, acceso léxico, procesamiento semántico, etc. Por ejemplo, los efectos aquí incluyen diferentes resultados en la recuperación y el reconocimiento de diferentes tipos de estímulo y condiciones de estimulación, lo que sugiere efectos diferenciales de competencia léxica para artículos nuevos y antiguos, y efectos divergentes de tDCS en niveles léxicos y semánticos. Nuestros resultados confirman la sensibilidad de las tareas utilizadas a la eficiencia de la adquisición de palabras nuevas en diferentes niveles, incluyendo el reconocimiento, la comprensión de un significado de palabra y la libre memoria.

Del mismo modo, una afección tDCS (por ejemplo, anodal, estimulación catómala) requiere una condición de control adecuada (o grupo de control), la estimulación falsa (placebo) es la línea de base más adecuada. A diferencia de la estimulación eléctrica de la corteza motora, los efectos pueden no ser siempre inequívocos22,dependen en gran fuerza de las pruebas utilizadas, o pueden no aparecer en absoluto23.

Otro punto muy importante es que sólo un tipo de estimulación podría aplicarse en cada sujeto individual en el contexto de una sola sesión experimental. Esto normalmente implica un diseño entre grupos, por ejemplo, un grupo de estimulación anodal, un grupo de estimulación catódal y un grupo de control placebo (sham). Para diseños dentro del grupo, utilice diferentes protocolos tDCS en diferentes días, al menos 24 h de separación (en estudios de aprendizaje, esto también implica el uso de diferentes estímulos linguísticos en diferentes días para evitar la contaminación de los resultados por efectos de repetición). El presente informe utiliza como ejemplo un experimento con estimulación cathodal de las áreas de Wernicke, pero se aplican procedimientos similares a otras polaridades/sitios.

La presentación contextual de nuevas palabras amplía significativamente las posibilidades de estudio simultáneo de la adquisición de la forma de la palabra per se y de su semántica. Tradicionalmente, estos procesos se estudian por separado centrándose ya sea en la adquisición de una nueva forma de palabra o en la correlación de un significado de una palabra familiar con otras unidades semánticas24,25,26. El protocolo propuesto combina ambos objetivos; por lo tanto, es posible comparar la dinámica de una nueva adquisición de concepto a nivel de percepción de la forma de la palabra y la de dominar su contenido, que se logra mediante el uso de un conjunto completo de pruebas. La necesidad de tal comparación se pone de relieve aquí por la dinámica divergente del rendimiento en la memoria de formas de superficie novedosas y el reconocimiento en lugar de la coincidencia semántica.

Es importante recordar las principales diferencias entre el tDCS y otros métodos de estimulación cerebral no invasivos, como TMS. Dado que no hay una manera sencilla de determinar la sensibilidad individual a tDCS mediante la evaluación de umbrales, se aplica un único protocolo para todos los sujetos. Es muy difícil estimar con precisión el área de estimulación – sólo se puede hablar sobre el área aproximada / hipotética que se está estimulando. También es difícil estimar la duración de los efectos de estimulación fuera de línea después de que la corriente está apagada. Presumiblemente, los principales efectos de la estimulación se observan hasta una hora después de la terminación de la estimulación. Sin embargo, los efectos a veces se pueden detectar incluso un día después de la estimulación20.

Sin embargo, en comparación con TMS, la relativa facilidad de aplicación de tDCS, el riesgo sustancialmente menor de efectos secundarios y la ausencia de artefactos acústicos hacen que este protocolo sea atractivo para estudiar la función del habla y el lenguaje. También vale la pena señalar que la combinación de estimulación eléctrica con otros métodos, por ejemplo con TMS, fMRI, EEG o intervención farmacológica, permite estudiar los mecanismos neuronales de tDCS con más detalle27,28.

Dado que la estimulación tDCS no está altamente localizada, es posible un efecto no específico. Esto es obvio de la evidencia existente, donde los protocolos muy diferentes o incluso opuestos a veces pueden conducir a resultados similares. Esto puede ser debido al impacto general en otras funciones cognitivas y procesos como la atención, recuperación de la memoria, y así sucesivamente. Se necesita una batería especializada de pruebas para detectar los efectos asociados con una característica de idioma en particular. Siguiendo los pasos propuestos de la creación del material de estímulo (verificación de la frecuencia superficial o lema de las palabras, longitud de palabras y oraciones, etc.), es necesario considerar la estructura gramatical y fonética de un idioma. Por ejemplo, el número de palabras en una oración y la longitud de las palabras pueden variar dependiendo de la necesidad exacta. Además, las palabras utilizadas en el experimento deben controlarse tanto para la ortografía como para el sonido. En un lenguaje ortográficamente transparente como el ruso, esto es relativamente sencillo, pero puede ser difícil de lograr en otros idiomas (por ejemplo, inglés, danés o mandarín).

En línea con un cuerpo de estudios previos, encontramos diferentes efectos de adquisición inmediatamente después del bloque de aprendizaje y después de un sueño nocturno, que destaca los efectos de la consolidación durante la noche. Es importante destacar que también encontramos diferencias de grupo (sham versus catóde) en el segundo día. Generalmente se acepta que el efecto físico de la estimulación de la corteza es relativamente corto, en el orden de minutos a varias horas. Esto implica que los efectos cognitivos logrados durante la fase de estimulación transitoria se mantienen sin embargo durante un período más largo y, por lo tanto, pueden utilizarse posiblemente para modular la adquisición y el procesamiento de palabras en entornos prácticos. Obviamente, no sólo las áreas principales del lenguaje de Broca y Wernicke están involucradas en la función del lenguaje; la adopción del protocolo descrito anteriormente es posible para cualquier área del cerebro, mientras que todavía se necesita una batería de pruebas psicolinguísticas ajustadas para fines experimentales específicos para evaluar el impacto de la estimulación en un rasgo neurolinguístico específico.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Apoyado por el contrato de subvención del Gobierno de RF No.14.W03.31.0010. Deseamos agradecer a Ekatarina Perikova y Alexander Kirsanov su apoyo en la preparación de esta publicación. Agradecemos a Olga Shcherbakova y Margarita Filippova por su ayuda en la selección de estímulos y a Anastasia Safronova y Pavel Inozemcev por su asistencia en la producción de materiales de vídeo.

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