Author Produced

Estimulação da corrente contínua transcraniana (tDCS) das áreas de Wernicke e broca em estudos de aprendizagem de línguas e aquisição de palavras

Behavior

Your institution must subscribe to JoVE's Behavior section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Aqui, nós descrevemos um protocolo para usar a estimulação transcraniana da corrente direta para os experimentos psico-e neurolingüísticos visados estudar, em uma maneira naturalista contudo inteiramente controlada, o papel de áreas corticais do cérebro humano na aprendizagem de palavra, e um um conjunto abrangente de procedimentos comportamentais para avaliar os resultados.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

A língua é uma função altamente importante contudo mal compreendida do cérebro humano. Enquanto os estudos de padrões de ativação cerebral durante a compreensão da linguagem são abundantes, o que muitas vezes é criticamente ausente é a evidência causal do envolvimento das áreas cerebrais em uma função linguística particular, não menos importante devido à natureza humana única dessa habilidade e uma escassez de ferramentas neurofisiológicas para estudar relações causais no cérebro humano não invasivamente. Os anos recentes têm visto uma ascensão rápida no uso da estimulação transcraniana da corrente contínua (tDCS) do cérebro humano, de uma técnica não invasora fácil, barata e segura que possa modular o estado da área estimulada do cérebro (putatively deslocando a excitação/ de inibição), permitindo um estudo da sua contribuição particular para funções específicas. Enquanto se concentra principalmente no controle motor, o uso de tDCS está se tornando mais generalizada na pesquisa básica e clínica sobre funções cognitivas mais elevadas, a linguagem incluída, mas os procedimentos para sua aplicação permanecem variáveis. Aqui, nós descrevemos o uso de tDCS em uma experiência Psicolingüística da palavra-aprendizagem. Nós apresentamos as técnicas e os procedimentos para a aplicação da estimulação cathodal e anodal de áreas da língua do núcleo de broca e de Wernicke no hemisfério esquerdo do cérebro humano, descrevem os procedimentos de criar jogos equilibrados de estímulos psycholingüísticos, um regime de aprendizagem controlado ainda naturalista, e um conjunto abrangente de técnicas para avaliar os resultados de aprendizagem e efeitos de tDCS. Como um exemplo de aplicação de tDCS, mostramos que a estimulação catodal da área de Wernicke antes de uma sessão de aprendizado pode impactar a eficiência da aprendizagem de palavras. Este impacto está presente imediatamente após a aprendizagem e, importante, preservado durante mais tempo após os efeitos físicos da estimulação desgastam fora, sugerindo que os tDCS possam ter a influência a longo prazo no armazenamento e nas representações lingüísticas no cérebro humano .

Introduction

Os mecanismos neurobiológicos da função da linguagem humana ainda são pouco compreendidos. Como o alicerce de nossa capacidade de comunicação, este traço Neurocognitivo humano único desempenha um papel particularmente importante em nossa vida pessoal e sócio-econômica. Todos os déficits que afetam a fala e a linguagem são devastadores para os portadores e caros para a sociedade. Ao mesmo tempo, na clínica, os procedimentos de tratamento dos déficits de fala (como afasia) permanecem suboptimal, não menos importante devido à má compreensão dos mecanismos neurobiológicos envolvidos1. Na pesquisa, o advento recente e o rápido desenvolvimento de métodos de neuroimagem levaram a múltiplas descobertas descrevendo padrões de ativação; ainda, evidências causais muitas vezes ainda faltam. Além disso, as áreas da língua do cérebro são situadas um tanto controlado para a aplicação de aproximações mainstream do neuroestimulação que podem fornecer a evidência causal, o mais importante a técnica Transcranial da estimulação magnética (TMS). Visto que o protocolo off-line TMS, tal como a estimulação do estouro do Theta, pode causar a dor devido à proximidade próxima dos músculos ao ponto da estimulação, os protocolos "em linha" TMS podem introduzir artefatos sadios da estimulação, que é indesejável devido à interferência com apresentação do estímulo linguístico2. Mesmo que TMS seja amplamente utilizado em estudos de língua apesar de tais inconvenientes, uma alternativa bem-vinda pode ser fornecida por outros métodos da estimulação, o mais notàvelmente estimulação Transcranial da corrente contínua (tDCS). Nos últimos anos, tDCS tem visto um crescimento notável em seu uso devido à sua acessibilidade, facilidade de uso, segurança relativa e, muitas vezes, resultados bastante marcantes3. Mesmo que os mecanismos exatos que sustentam a influência de tDCS na atividade neural não são compreendidos completamente, a opinião do mainstream é que, pelo menos em níveis da baixa intensidade (tipicamente 1-2 miliampères para 15-60 minutos), não causa nenhuma excitação neural ou inibição por se , mas, em vez disso, modula o potencial transmembranado em repouso de forma graduada em direção à despolarização, deslocando os limiares de excitação para cima ou para baixo e, assim, tornando o sistema neural mais ou menos suscetível a modulações por outros eventos, estímulos, Estados ou comportamentos4,5. Considerando que a maioria das aplicações relatadas até à data centraram-se na função motora6 e/ou déficits do sistema motor, tem sido cada vez mais aplicada a funções cognitivas de nível superior e suas respectivas deficiências. Tem havido um aumento na sua aplicação à fala e à linguagem, principalmente em pesquisas voltadas para a recuperação da afasia pós-AVC7,8,9, embora até agora tenha levado a resultados mistos em relação à potencial terapêutico, sítios de estimulação e hemisférios, e polaridade de corrente óptima. Como esta pesquisa, e particularmente a aplicação de tDCS na neurobiologia cognitiva da função de linguagem normal, ainda está em sua infância, é crucial delinear procedimentos para estimular pelo menos os córtices de linguagem principal (mais importante Wernicke e Áreas de broca) usando tDCS, que é um dos principais objetivos do relatório atual.

Aqui, consideraremos a aplicação de tDCS a áreas de linguagem em uma experiência de aprendizado de palavras. Em geral, o caso da aprendizagem de palavras é tomado aqui como um exemplo de um experimento neurolinguístico, e a parte de tDCS do procedimento não deve mudar substancialmente para outros tipos de experimentos de linguagem visando as mesmas áreas. No entanto, utilizamos esta oportunidade para destacar também as principais considerações metodológicas em um experimento de aquisição de palavras por si, que é o segundo objetivo principal da descrição atual do protocolo. Mecanismos cerebrais que sustentam a aquisição de palavras – uma capacidade humana onipresente no cerne da nossa habilidade de comunicação linguística – permanecem em grande parte desconhecidas10. Complicando o quadro, a literatura existente difere amplamente na forma como os protocolos experimentais promovem a aquisição de palavras, no controle sobre os parâmetros de estimulação e nas tarefas utilizadas para avaliar os desfechos de aprendizagem (ver, por exemplo, Davis et al.11). Abaixo, descrevemos um protocolo que utiliza estímulos altamente controlados e modo de apresentação, assegurando uma aquisição naturalista orientada por contexto de vocabulário novo. Além disso, usamos uma bateria abrangente de tarefas para avaliar os resultados comportamentais em diferentes níveis, tanto imediatamente após a aprendizagem e após uma fase de consolidação durante a noite. Isso é combinado com Sham e tDCS catodais de áreas de linguagem (nós fazemos um exemplo específico usando a estimulação da área de Wernicke) que pode fornecer evidências causais sobre os processos e mecanismos neural subjacentes.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Todos os procedimentos foram aprovados pelo Comitê de ética em pesquisa local da Universidade Estadual de São Petersburgo, São Petersburgo, com consentimento obtido de todos os participantes.

Nota: todos os participantes devem assinar o consentimento informado e preencher um questionário para atestar a ausência de quaisquer contra-indicações para a estimulação de tDCS (ver técnica e considerações no uso da estimulação de corrente contínua transcraniana de alta definição de 4 x 1 anel (HD-tDCS) por Willamar e colegas12) e para coletar outros dados relevantes para o estudo, tais como acuidade visual, demografia, experiência de linguagem e handedness. Para este último, recomenda-se o trabalho seminal de Oldfield13 .

1. assuntos e ambiente experimental

  1. Em uma experiência de linguagem típica, garantir que todos os indivíduos são destros e não têm registro de déficits de linguagem, distúrbios neurológicos ou psiquiátricos. A sua língua nativa e o seu estatuto bilíngüe/multilingue devem ser controlados.
  2. Realize todas as medições em uma câmara à prova de som ou pelo menos atenuada pelo som. A isolação sadia é muito importante, desde que todo o som, ruído, discurso humano estranhos, etc. podem significativamente afetar o desempenho e assim influenciar os dados (Figura 1).
  3. Para evitar interferências por contato desnecessário com o sujeito-experimentador, coloque apenas a tela, fones de ouvido/alto-falantes e quaisquer dispositivos de entrada (teclado, caixas de botões) dentro da câmara. Tenha toda a interação com o experimentador sobre o intercomunicador a menos que o contato pessoal for exigido.
  4. Use os seguintes parâmetros ideais, com base na extensa pilotagem, para cor de fundo e tamanho da fonte: cor de fundo cinza (RGB: 125, 125, 125), cor de texto preto (RGB: 0; 0; 0), face da fonte Arial, tamanho 27.
  5. Para reduzir atrasos e jitter na apresentação visual, use uma placa de vídeo e um monitor com uma taxa de atualização de 100 Hz e superior.
  6. Para medir os tempos de reação, use almofadas de resposta de grau de pesquisa, que têm melhor ergonomia e cronometragem mais preciso em comparação com teclados convencionais.

2. preparação do estímulo

  1. Escolha palavras do idioma em questão, que são controladas por sua duração, frequência lexical e estrutura geral (para evitar quaisquer efeitos básicos das propriedades de estímulo de superfície no processamento de nível superior). Aqui, todas as palavras-base foram oito fonemas/letras longas e consistiram de três sílabas com a estrutura CVCCVCVC (onde C é consonante, e V é vogal).
  2. Para criar várias listas, divida as palavras em conjuntos, que não devem diferir estatisticamente (como medido com, por exemplo, testes t) em seu Lemma, bigrama e/ou trigrama, bem como frequência silânica. Estes podem ser obtidos a partir de bases de dados psicolingüísticas específicas da linguagem; aqui, o corpus nacional russo foi usado (http://www.ruscorpora.ru/en/). Aqui, um conjunto foi usado para criar (através de modificação) palavras e pseudopalavras novas ortograficamente semelhantes, outro conjunto para criar pseudopalavras de controle não relacionados e um conjunto adicional usado como palavras de controle não relacionadas (Figura 2a). Isso levou a cinco conjuntos de 10 itens cada (50 estímulos no total). Modifique esses procedimentos de acordo com suas necessidades experimentais exatas.
  3. Para minimizar quaisquer efeitos de formas de superfície na semântica recém-adquirida, contrabalançar os conjuntos em toda a amostra de assunto, de forma que eles desempenham diferentes funções experimentais para diferentes assuntos.
  4. Criar novas formas de palavra que sigam as regras de fonologia e fonotáctica e assemelham-se a palavras existentes em termos de estrutura ortográfica e fonológica.
    Nota: para se certificar de que as novas palavras podem entrar em competição com as palavras existentes, os procedimentos atuais foram baseados naqueles desenvolvidos em uma série de experimentos por Gaskell e colegas11,14 e visando manter a palavra onsets ( Cvccv-) estável, ao girar seus deslocamentos (-CVC) através dos artigos diferentes no jogo. Ou seja, preservamos as duas primeiras sílabas de uma palavra existente e variamos a sílaba Suprema de tal forma que um novo formulário de palavra nova, anteriormente desconhecido, foi criado (por exemplo, mandarim-> mandanal *, onde o último CVC foi retirado de outra palavra na lista, Cardeal, para criar um novo item).
  5. Repita o procedimento descrito acima para criar o maior número de formulários de palavras novas, conforme necessário. Para a demonstração atual, criamos listas de novas formas de palavra a serem aprendidas e de pseudopalavras não aprendidas semelhantes (por exemplo, mandarim-> mandanal *, mandaket *, todos os três potencialmente entrando em uma competição lexical pós-aprendizagem, como vizinhos), bem como mais listas de controle de palavras reais e pseudopalavras novas que não compartilharem essa semelhança e, portanto, não produziriam uma competição lexical com os principais estímulos (por exemplo, circular, muskenal *; Exemplos russos são usados em todo, transliterado de cirílico para o latim script para facilitar a compreensão).

3. estímulos de sentença para aprendizagem semântica contextual

  1. Criar novos significados a serem associados às novas palavras no processo de aprendizado. Isso pode ser feito-up, objetos obsoletos ou raros ou conceitos não presentes na língua ou cultura nativa dos sujeitos.
  2. Para a aprendizagem contextual da semântica nova, os procedimentos usados por Mestrez-Misse e por colegas15 são recomendados. Criar várias frases únicas que descrevem situações através das quais se pode compreender o significado de cada uma das palavras novas (por exemplo, "para controlar os insetos na época medieval, as pessoas usaram mandaket"). Use uma seqüência de tais frases para cada uma das palavras novas (aqui, um total de 5 frases por palavra), e gradualmente revelar o significado de cada novo conceito de um mais geral para o contexto sentencial mais específico.
  3. Apresente palavras novas idealmente em seu formulário do dicionário (isto é, uninflected, por exemplo, caso nominativo ou acusativo do singular no Russian), de modo que a forma de superfície não seja flexionada diferentemente em sentenças diferentes (tabela 1), a menos que a régua da inflexão aprendizagem também é necessária.
  4. Controlar e equilibrar o comprimento das frases e o número de palavras entre as condições. Aqui, cada sentença consistiu em 8 palavras. Sempre coloque palavras novas no final das sentenças. Tal colocação permite a acumulação de informações contextuais necessárias (Além disso, isso permite a implementação deste projeto, se necessário, em um EEG ou MEG configuração para gravar respostas cerebrais evocadas desmascarado por estímulos palavra mais).
  5. Apresentar sentenças específicas em palavras em subblocos específicos do Word, revelando gradualmente o significado de cada nova palavra, sem intercalações ou sentenças randomizantes relacionadas a diferentes romances.
  6. Randomize a ordem dos subblocos em todo o grupo de assunto. A apresentação de sentença Word-by-Word é recomendada se a modalidade Visual for usada.
  7. Determinar o intervalo interestímulo com base em propriedades específicas de estímulo para permitir sua apresentação conveniente (Figura 2b); Certifique-se de separar diferentes subblocos com intervalos adicionais e dar pausas regulares.

4. tarefas para avaliar a aquisição de novas formas de palavra e novos significados

Nota: use várias tarefas para avaliar diferentes níveis de aquisição e compreensão de ambas as formas de palavra de superfície e semântica lexical. Cinco tarefas são usadas no presente protocolo: recordação livre, reconhecimento de cubos, decisão lexical, definição semântica e harmonização semântica. As tarefas são aplicadas na ordem em que estão listadas abaixo, que foi otimizado para reduzir qualquer transição entre tarefas sucessivas.

  1. Na tarefa de recall livre, cada participante reproduza o maior número de formulários de palavras que eles poderiam lembrar digitando-os na planilha preparada. A instrução é a seguinte: "por favor, escreva na coluna todas as novas palavras que você pode lembrar."
  2. Inclua os mesmos estímulos no reconhecimento e na decisão lexical (segunda e terceira tarefas, respectivamente) e use a mesma taxa de apresentação.
    1. Estas tarefas incluem todos os artigos (palavras novas, palavras reais do concorrente que os novos são derivados, concorrentes não treinados do de pseudopalavras derivados das mesmas palavras reais, pseudopalavras não relacionados do controle e palavras existentes do controle não relacionado).
    2. Para a tarefa de reconhecimento, use a seguinte instrução: "você será apresentado com palavras sequencialmente. Pressione o botão "1" com o dedo médio da mão esquerda se você encontrou a palavra durante o experimento, ou pressione "2" com o dedo indicador da mão esquerda, se você não tiver. " Modifique a codificação de resposta, a mão e os dedos de acordo com suas necessidades específicas.
    3. A instrução para a tarefa de decisão lexical é: "você será apresentado com palavras reais e sem sentido sequencialmente. Pressione "1" com o dedo médio da mão esquerda se a palavra faz sentido, ou pressione "2" com o dedo indicador da mão esquerda, se não. " Modifique-os conforme necessário.
  3. Use a tarefa de definição semântica para estimar a aquisição de significado inovador e a correspondência entre o significado e a forma de superfície.
    1. Dê aos participantes uma lista dos itens aprendidos (ou seja, aqueles apresentados anteriormente na fase de aprendizado) com as instruções acima: "aqui está uma lista de novas palavras apresentadas a você anteriormente. Tente definir cada um deles e digite suas definições na planilha ".
    2. Para avaliar a integralidade e a exatidão das definições dadas, envolva peritos independentes para classificar as respostas; acordo entre peritos poderia ser testado utilizando, por exemplo, o coeficiente de concordância de Kendall (W).
  4. Use a tarefa de correspondência semântica para avaliar a aquisição da semântica através da tomada de vínculos explícitos entre as formas de palavras recém-aprendidas e seus significados de forma simplificada.
    1. Use a seguinte instrução: "você será apresentado uma palavra e três definições. Você deve escolher uma definição correta para cada palavra pressionando o botão correspondente ". Apenas uma das definições está correta, com os outros dois correspondentes aos outros itens novos. Além das três definições opcionais, incluindo "nada disso" ou/e "não sure" opções também é recomendado.

5. procedimentos de

  1. Certifique-se de que a estimulação de tDCS precede a tarefa comportamental que se destina a modular.
    1. Área de Wernicke.
      Nota: a colocação do elétrodo da estimulação que melhor corresponde à área de Wernicke é CP5 de acordo com o sistema 10-20 internacional prolongado para EEG16,17.
      1. Para localizar este local na ausência de uma tampa de eletrodo, siga os procedimentos padrão do sistema 10-20.
      2. Meça a cabeça com uma fita do inion ao Nasion, e anote o meio desta distância. Em seguida, meça a distância do ponto pré-auricular esquerdo ao ponto pré-auricular direito e marque o ponto de cruzamento das duas medições.
      3. Para encontrar a localização CP5, medir 30% da distância entre os pontos pré-auriculares do ponto de cruzamento para baixo do hemisfério esquerdo e marcá-lo. Meça 10% da distância entre o inion e o násio do ponto marcado à parte traseira da cabeça. Este ponto é o local CP5 para o eletrodo ativo (Figura 3).
    2. Área de broca
      Nota: o mais próximo da área de broca é o local de eletrodo F518 de acordo com o sistema 10-20.
      1. Na ausência de um tampão de EEG, siga os procedimentos padrão do sistema 10-20 para encontrar e marcar o ponto de cruzamento entre o inion-Nasion e os pontos preauricular, como descrito acima.
      2. Para encontrar a posição F5, meça 20% da distância entre o inion e o násio do ponto de cruzamento à parte dianteira da cabeça. Meça 30% da distância entre os pontos pré-auriculares do ponto recentemente marcado para baixo o hemisfério esquerdo. Este ponto corresponde ao local F5 para o eletrodo ativo (Figura 3).
    3. Locais homólogos no hemisfério direito: para os homólogos hemisféricos da direita das áreas de Wernicke e broca, use os mesmos procedimentos acima, com a exceção de medir a distância da linha média no lado direito do couro cabeludo. As posições do elétrodo são: CP6 para o homólogo de RH Wernicke e F6 para o homólogo de broca.
    4. Use eletrodos esponjoso medindo 5 cm x 5 cm, pois este tamanho é um bom comprometimento entre a estimulação focal (o que provoca mais irritação e desconforto) e eletrodos maiores que carecem de focalidade. Mergulhe os eletrodos em solução salina fisiológica por 5 min antes da aplicação.
    5. A fim de minimizar o efeito da estimulação em outras áreas do cérebro, coloque o eletrodo de referência na base do pescoço no lado esquerdo (direito para homólogos) (ver Figura 3 e Figura 4). Use eletrodos esponjoso medindo 5 cm x 5 cm também.
      Nota: deve ser prestada especial atenção à prevenção da propagação da solução para além dos limites da zona de aplicação do eléctrodo. Cuidado especial deve ser tomado para manter a área circundante eletrodo seco.
    6. Para a estimulação catdal óptima, use 1,5 corrente do miliampère por 15 minutos. No início, a corrente sobe gradualmente de 0 a 1,5 mA acima de 30 s, e no final da estimulação ele cai de volta para zero mais de 30 s.
    7. Para a estimulação anodal, use o mesmo procedimento que a estimulação catdal, exceto a polaridade é invertida, e o elétrodo anodal é coloc no local ativo, quando o cáde for usado como o elétrodo de referência situado fora da área do escalpe.
  2. Estimulação Sham
    1. Realize o procedimento simulado de estimulação geralmente como descrito acima, exceto que a corrente só é aplicada brevemente no início e no final da sessão Sham. Para este fim, durante o primeiro e o último 30 s da sessão, aplique um pulso elétrico de uma forma triangular com um máximo de 1,5 miliampères, como usado no protocolo atual.
  3. Principal tarefa comportamental: aprendizagem semântica contextual
    1. Os conjuntos atuais com frases contextuais para as palavras novas em uma ordem aleatória. Inicie cada frase com uma apresentação palavra por palavra.
    2. Depois disso, exiba a frase inteira na tela para garantir sua compreensão completa. Os participantes pressionam a barra de espaço com o dedo indicador da mão esquerda depois de ler a sentença inteira. Duração da apresentação da sentença é 5000 MS.
      Nota: os conjuntos das frases são separados uns dos outros pela aparência de três mira ("+ + +") para 2000 MS. cada nova apresentação do conceito começa com uma única Cruz de fixação ("+") presente para 500 MS antes que as palavras da sentença sejam piscadas. Cada palavra é apresentada para 500 MS, e a tela vazia na cor de fundo entre as palavras dentro de uma frase é de 300 MS de comprimento.
  4. Procedimento de avaliação da aquisição
    1. Para avaliar os efeitos de aprendizado imediatamente e após a fase de consolidação durante a noite, quebre o estímulo definido em dois subconjuntos, igualmente distribuídos em condições de estímulo e contrabalançado em todo o grupo de assuntos, e execute a tarefa de avaliação imediatamente após o protocolo de aprendizagem em um subconjunto, e após um atraso de 24 h no outro.
      Nota: esta estratégia é baseada na literatura que destaca a importância da consolidação da memória durante a noite para a aquisição de novas palavras19,20.
    2. Use todas as tarefas desenvolvidas na ordem descrita na seção 3 acima para avaliar diferentes níveis de aquisição de palavra/conceito. Escolha a ordem das tarefas para minimizar quaisquer efeitos de transição de uma tarefa para as seguintes.
    3. Para as tarefas 1 e 4, use planilhas a serem preenchidas por assuntos (manualmente ou usando um processador de texto ou planilha); apresentar as outras tarefas usando o software de simulação temporalmente preciso.
      Nota: cada estímulo nas tarefas 2 e 3 é apresentado para 600 MS, com uma cruz de fixação ("+") presente no intervalo interestímulo (1400 MS); consulte a Figura 3. Para as outras tarefas, o tempo de resposta não é limitado.

6. análise de dados

  1. Realizar análise de dados utilizando diferentes testes comparando dois conjuntos de amostras provenientes de distribuições contínuas (como Wilcoxon Signed Rank Test ou Mann-Whitney U-Test) ou medianas (teste tde duas amostragens, se a distribuição for normal).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Enquanto os dados foram analisados para o conjunto específico de tarefas, deve-se ressaltar que o conjunto desenvolvido de testes e o paradigma podem ser adaptados a uma variedade de experimentos psicolinguísticos. Os resultados foram analisados em termos de escores de acurácia (número de acertos) e o tempo de reação (RT) utilizando teste de Rank não paramétrico de Wilcoxon assinado e teste U de Mann-Whitney em todos os grupos (condições de estimulação catodal e Sham). As diferenças significativas para as tarefas dentro de cada grupo são apresentadas na tabela 3; abaixo, destacamos os principais resultados relacionados à estimulação (para estatística descritiva ver tabela 2).

A comparação do desempenho na tarefa de decisão lexical entre os dois grupos (condições catodais versus estimulação simulada) mostrou diferenças no primeiro dia entre a acurácia para pseudopalavras do concorrente: a acurácia aumentou mais após a catdal do que após a Sham estimulação (р ≤ 0, 41), sugerindo a competição lexical reduzida após a estimulação cathodal. Na tarefa do reconhecimento, a exatidão para palavras novas era melhor após o Sham do que após a estimulação cathodal ambos no primeiro (р ≤ 0, 34) e no segundo (р ≤ 0, 9) dia, sugerindo a eficiência de aprendizagem lexical reduzida após a estimulação. Nenhuma das tarefas mostrou diferenças no RT entre os grupos. Os resultados das tarefas semânticas mostraram a harmonização entre o meaning da forma da novela e a forma de superfície era mais bem sucedida para o grupo catdal sobre o Sham no segundo dia somente (р ≤ 0, 11).

Dentro de cada grupo, houve diferenças notáveis nos escores de acurácia e nos tempos de reação entre as duas sessões de avaliação. No grupo Sham, o reconhecimento de palavras novas foi melhor no primeiro do que no segundo dia (р ≤ 0, 49). No grupo catodal, RT na tarefa de reconhecimento foi significativamente menor para palavras novas do que para pseudopalavras concorrentes no primeiro dia (р ≤ 0, 42), mas não no segundo. Os resultados da tarefa de decisão lexical mostraram que após a estimulação cathodal no primeiro (р ≤ 0, 3) e no segundo dia (р ≤ 0, 1), havia um melhor desempenho para palavras novas do que para concorrentes do de pseudopalavras. No grupo Sham, entretanto, esse efeito foi observado apenas no segundo dia (р ≤ 0, 2).

Figure 1
Figura 1 : Câmara experimental. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2 : Procedimento para apresentação de estímulos na sequência de aprendizado contextual. (A) fazer grupos de estímulo: grupos de estímulos palavra/pseudopalavra. (B) diagrama da apresentação do estímulo no bloco de aprendizagem contextual. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3 : Localização do eletrodo de estimulação para as áreas de Wernicke e broca. Painel esquerdo: vista lateral e projeção em áreas cerebrais. Zonas cerebrais, eletrodos de EEG (sistema 10-20%) correspondentes, e retângulos vermelhos que representam a localização dos eletrodos estimulantes são marcados. O eletrodo de referência é mostrado na base do pescoço. Painel direito: projeção do eletrodo estimulante na disposição do sistema EEG 10-20%. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4 : equipamento de tDCS. (A) estimulador; (B) soro fisiológico; (C) eletrodos por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Exemplos de sentenças
Нашим бабушкам было неведомо такое чувство как мушкелак.
Nossas avós não sabiam tal sentimento como mushkelak.
Благодаря своей хорошей памяти, Маша не чувствовала мушкелак.
Graças a sua boa memória, Masha nunca experimentou qualquer mushkelak.
Заведя сразу несколько аккаунтов, я начроиспытывать мушкелак.
Tendo começado algumas contas, eu comecei a sofrer de mushkelak.
Секретный блокнот поможет решить такую проблему как мушкелак.
Um caderno secreto poderia ajudá-lo a resolver o problema do mushkelak.
Петр устанавливов одинаковые пароли, не желая ощущать мушкелак.
Peter sempre definir a mesma senha que ele não queria ter qualquer mushkelak.

Tabela 1: exemplos de sentenças para a aprendizagem contextual de palavras novas.

Estimulação Sham Estimulação catodal
Significa Sd Significa Sd
Tarefa 1: recordação livre
Dia 1 Precisão 4,91 2,22 5,69 1,49
Dia 2 Precisão 2,53 2,44 2,84 2,26
Tarefa 2: reconhecimento. Pontuações de precisão
Dia 1 Palavras novas 3, 6 0,89 1,96 1,68
Palavras do concorrente 3,63 1,14 3,73 1,29
Pseudopalavras do concorrente 2,60 1,15 2,69 1,39
Controle pseudopalavras 3,79 1,32 3,92 1,41
Palavras de controle 4,67 1, 5 4,29 1,16
Dia 2 Palavras novas 2,58 0,93 1,56 1,47
Palavras do concorrente 4,40 0,74 4,10 1,39
Pseudopalavras do concorrente 3,13 1,25 3,31 1, 0
Controle pseudopalavras 4,33 0,92 4,50 1,14
Palavras de controle 4,58 1, 2 4,38 1,44
Tarefa 2: reconhecimento. Tempo de reação (MS)
Dia 1 Palavras novas 793 167 858 183
Palavras do concorrente 804 151 845 179
Pseudopalavras do concorrente º 883 261 962 306
Controle pseudopalavras 849 201 833 234
Palavras de controle 699 131 767 196
Dia 2 Palavras novas 836 200 933 272
Palavras do concorrente 816 239 818 213
Pseudopalavras do concorrente 859 281 924 236
Controle pseudopalavras 818 280 866 265
Palavras de controle 734 212 817 234
Tarefa 3: decisão lexical. Pontuações de precisão
Dia 1 Palavras novas 2,42 1,63 1,96 1,68
Palavras do concorrente 4,13 0,78 4,10 0,90
Pseudopalavras do concorrente 3,46 1,17 4, 2 1,33
Controle pseudopalavras 4,21 1, 2 4,25 1,26
Palavras de controle 4,54 0,72 4,54 0,78
Dia 2 Palavras novas 2, 4 1,47 1,56 1,47
Palavras do concorrente 4,38 0,56 4,46 0,61
Pseudopalavras do concorrente 3,81 1, 8 3,94 1,39
Controle pseudopalavras 4,54 0,78 4,58 1,28
Palavras de controle 4,42 0,72 4,63 0,71
Tarefa 3: decisão lexical. Tempo de reação (MS)
Dia 1 Palavras novas 817 244 921 248
Palavras do concorrente 747 181 797 201
Pseudopalavras do concorrente 927 307 910 265
Controle pseudopalavras 891 291 852 213
Palavras de controle 737 217 784 221
Dia 2 Palavras novas 878 287 963 292
Palavras do concorrente 743 174 811 197
Pseudopalavras do concorrente 914 290 918 244
Controle pseudopalavras 871 286 853 244
Palavras de controle 719 189 756 234
Tarefa 4: definição semântica
Dia 1 Correspondência 1,27 0,75 1,87 1,45
Precisão 7,97 4, 3 8,71 5,66
Dia 2 Correspondência 0,52 0,79 1,39 1,44
Precisão 2,82 2,73 5,86 5,74
Tarefa 5: correspondência semântica
Dia 1 Precisão 3,16 0,97 3,18 1, 3
Tempo de reação (MS) 10914 3391 10856 6039
Dia 2 Precisão 2,41 1, 7 2,89 1,25
Tempo de reação (MS) 8798 2488 8908 3419

Tabela 2: estatística descritiva.

Estimulação Sham valor de p Estimulação catodal valor de p
Tarefa 1: recordação livre.  Pontuações de precisão
Entre dias Pontuações de precisão dia 1 vs. pontuações de precisão dia 2 0, 1 Pontuações de precisão dia 1 vs. pontuações de precisão dia 2 < 0.001
Tarefa 2: reconhecimento. Pontuações de precisão
Dia 1 Palavras novas contra Palavras novas contra
Palavras do concorrente 0, 42 Palavras do concorrente 0, 4
Controle pseudopalavras 0, 41 Pseudopalavras do concorrente 0, 45
Palavras de controle 0, 1 Controle pseudopalavras 0, 2
Palavras de controle < 0.001
Dia 2 Palavras novas contra Palavras novas contra
Palavras do concorrente 0, 1 Palavras do concorrente < 0.001
Controle pseudopalavras 0, 1 Pseudopalavras do concorrente 0, 1
Palavras de controle 0, 1 Controle pseudopalavras < 0.001
Palavras de controle < 0.001
Entre dias Palavras novas 0, 49 Palavras do concorrente 0, 36
Palavras do concorrente 0, 11 Pseudopalavras do concorrente 0, 24
Pseudopalavras do concorrente 0, 34 Controle pseudopalavras 0, 20
Controle pseudopalavras 0, 30
Reconhecimento. Tempo de reação (MS)
Dia 1 Palavras novas contra  Palavras de controle 0, 5 Palavras novas contra
Pseudopalavras do concorrente 0, 42
Palavras de controle 0, 6
Dia 2 Palavras novas contra palavras do controle 0, 7 Palavras novas contra
Palavras do concorrente 0, 1
Controle pseudopalavras 0, 45
Palavras de controle 0, 14
Tarefa 3: decisão lexical. Pontuações de precisão
Dia 1 Palavras novas contra Palavras novas contra
Palavras do concorrente 0, 1 Palavras do concorrente < 0.001
Controle pseudopalavras 0, 1 Pseudopalavras do concorrente 0, 3
Palavras de controle 0, 1 Controle pseudopalavras 0, 1
Palavras de controle < 0.001
Dia 2 Palavras novas contra Palavras novas contra
Palavras do concorrente 0, 1 Palavras do concorrente < 0.001
Pseudopalavras do concorrente 0, 2 Pseudopalavras do concorrente 0, 1
Controle pseudopalavras 0, 1 Controle pseudopalavras < 0.001
Palavras de controle 0, 1 Palavras de controle < 0.001
Entre dias Não há diferenças significativas Controle pseudopalavras 0, 33
Decisão lexical. Tempo de reação (MS)
Dia 1 Palavras novas contra Palavras novas contra
Palavras do concorrente 0, 22 Palavras do concorrente 0, 1
Pseudopalavras do concorrente < 0.001 Palavras de controle 0, 13
Controle pseudopalavras 0, 33
Dia 2 Palavras novas contra Palavras novas contra
Palavras do concorrente 0, 3 Palavras do concorrente 0, 3
Palavras de controle 0, 8 Palavras de controle 0, 1
Tarefa 4: definição semântica. Pontuações de correspondência e precisão
Entre dias Pontuação correspondente dia 1 vs. Pontuações correspondentes dia 2 0, 1 Pontuação correspondente dia 1 vs. Pontuações correspondentes dia 2 0, 6
Pontuações de precisão dia 1 vs. pontuações de precisão dia 2 0, 1 Pontuações de precisão dia 1 vs. pontuações de precisão dia 2 < 0.001
Tarefa 5: correspondência semântica. Pontuações de precisão
Entre dias Pontuações de precisão dia 1 vs. pontuações de precisão dia 2 0, 6 Não há diferenças significativas
Correspondência semântica. Tempo de reação (MS)
Entre dias Tempo de reação dia 1 vs. tempo de reação dia 2 0, 2 Tempo de reação dia 1 vs. tempo de reação dia 2 0, 15

Tabela 3: diferenças significativas nos escores de acurácia e nos tempos de reação dentro de cada grupo (estimulações Sham e catodais). Os valores entre parênteses são os escores médios e os tempos de reação.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Os resultados destacam alguns pontos importantes que precisam ser levados em consideração na realização da pesquisa Psicolinguística em geral, e os estudos de tDCS em neurolinguística, em particular. A estimulação de córtices da língua (exemplificada aqui pela área de Wernicke) produz um teste padrão complexo de resultados comportáveis. Diferentemente da técnica TMS, onde é possível interromper totalmente o processamento da fala (por exemplo, o chamado protocolo de "parada de fala")21, esse método possibilita uma influência possivelmente mais complexa, graduada e sutil nos mecanismos de processamento da linguagem. Encontramos uma variedade de diferenças de precisão e tempo de reação que divergiram substancialmente entre condições, testes e dias de avaliação. As implicações técnicas do protocolo relatado são brevemente discutidas abaixo.

Para desengatar os vários efeitos, uma bateria de diferentes testes é necessária, o que poderia testar processos em diferentes níveis de memória de curto e longo prazo, acesso lexical, processamento semântico, etc. Por exemplo, os efeitos aqui incluem um desempenho diferente em recall e reconhecimento para diferentes tipos de estímulos e condições de estimulação, o que sugere efeitos de concorrência lexical diferenciais para itens novos e antigos, e efeitos divergentes de tDCS em níveis lexicais e semânticos. Nossos resultados confirmam a sensibilidade das tarefas utilizadas para a eficiência da nova aquisição de palavras em diferentes níveis, incluindo o reconhecimento, a compreensão de um significado de palavra e a recordação livre.

Da mesma forma, uma condição de tDCS (por exemplo, anodal, estimulação catódica) requer uma condição de controle adequada (ou grupo controle), estimulação Sham (placebo) sendo a linha de base mais apropriada. Ao contrário da estimulação elétrica do córtex motor, os efeitos podem nem sempre ser inequívocos22, eles dependem fortemente dos testes utilizados, ou podem não aparecer em todos os23.

Outro ponto muito importante é que apenas um tipo de estimulação poderia ser aplicado em cada sujeito individual no contexto de uma única sessão experimental. Isso normalmente implica um experimento entre grupos, por exemplo, um grupo de estimulação anodal, um grupo de estimulação catódica e um grupo controle placebo (Sham). Para projetos dentro do grupo, use diferentes protocolos de tDCS em dias diferentes, pelo menos 24 h de distância (em estudos de aprendizagem, isso também implica o uso de diferentes estímulos linguísticos em dias diferentes para evitar a contaminação dos resultados por efeitos de repetição). O presente relato utiliza um experimento com estimulação catodal de áreas de Wernicke como exemplo, mas procedimentos similares se aplicam a outras polaridades/sítios.

A apresentação contextual de novas palavras amplia significativamente as possibilidades de estudo simultâneo de aquisição de forma de palavra por si e de sua semântica. Tradicionalmente, esses processos são estudados separadamente focando tanto na aquisição de uma nova forma de palavra ou na correlação de um significado de uma palavra familiar com outras unidades semânticas24,25,26. O protocolo proposto combina os dois objetivos; Portanto, é possível comparar a dinâmica de uma nova aquisição de conceito ao nível da percepção de forma de palavra e de dominar seu conteúdo, o que é conseguido usando um conjunto abrangente de testes. A necessidade para tal comparação é emfatizada aqui pela dinâmica divergente do desempenho na recordação e no reconhecimento novos das formas de superfície ao contrário da harmonização semântica.

É importante recordar as diferenças principais entre tDCS e outros métodos não-invasivos da estimulação do cérebro, tais como TMS. Como não há uma maneira simples de determinar a sensibilidade individual a tDCS por avaliação de limiar, um único protocolo é aplicado para todos os assuntos. É muito difícil estimar com precisão a área de estimulação – só se pode falar sobre a área aproximada/hipotética que está sendo estimulada. Também é difícil estimar a duração dos efeitos de estimulação offline após a corrente ser desligada. Presumivelmente, os principais efeitos da estimulação são observados até uma hora após o término da estimulação. Entretanto, os efeitos podem às vezes ser detectados mesmo um dia após a estimulação20.

Ainda, comparado com TMS, a facilidade relativa da aplicação de tDCS, o risco substancialmente mais baixo de efeitos laterais e a ausência de artefatos acústicos fazem este protocolo atrativo para estudar a função da fala e da língua. Vale ressaltar também que a combinação de estimulação elétrica com outros métodos, por exemplo, com TMS, fMRI, EEG ou intervenção farmacológica, permite estudar os mecanismos neuronais de tDCS em mais detalhes27,28.

Uma vez que a estimulação de tDCS não é altamente localizada, um efeito não específico é possível. Isto é óbvio da evidência existente, onde os protocolos muito diferentes ou mesmo opostos podem às vezes conduzir aos resultados similares. Isso pode ser devido ao impacto geral sobre outras funções cognitivas e processos como a atenção, recuperação da memória, e assim por diante. Uma bateria especializada de testes é necessária para detectar os efeitos associados a um recurso de idioma específico. Seguindo as etapas propostas da criação de material de estímulo (verificação da freqüência de superfície ou lema das palavras, comprimento das palavras e frases, etc.), é necessário considerar a estrutura gramatical e fonética de uma língua. Por exemplo, o número de palavras em uma frase e o comprimento das palavras podem variar dependendo da necessidade exata. Além disso, as palavras usadas no experimento devem ser controladas tanto para ortografia quanto para som. Em uma linguagem ortograficamente transparente, como o russo, isso é relativamente simples, mas pode ser difícil de alcançar em outras línguas (por exemplo, inglês, dinamarquês ou mandarim).

Em consonância com um corpo de estudos prévios, encontramos diferentes efeitos de aquisição imediatamente após o bloco de aprendizado e após um sono noturno, o que destaca os efeitos da consolidação durante a noite. É importante ressaltar que também encontramos diferenças de grupo (Sham versus cáde) no segundo dia. É geralmente aceito que o efeito físico da estimulação do córtex é relativamente curto-duradouro, na ordem de minutos a várias horas. Isto implica que os efeitos cognitivos conseguidos durante a fase transiente da estimulação são mantidos não obstante durante um período mais longo e podem conseqüentemente ser usados para modulando a aquisição e o processamento da palavra em ajustes práticos. Obviamente, não somente as áreas principais da língua de broca e de Wernicke são envolvidas na função da língua; a adoção do protocolo descrito acima é possível para qualquer área do cérebro, enquanto uma bateria de testes psicolinguísticos aperfeiçoado para fins experimentais específicos ainda é necessária para avaliar o impacto da estimulação em um traço neurolinguístico específico.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

Apoiado pelo governo RF subvenção contrato no. 14. W 03.31.0010. Agradecemos a Ekatarina Perikova e Alexander Kirsanov pelo seu apoio na preparação desta publicação. Estamos gratos a Olga Shcherbakova e Margarita Filippova por sua ajuda na seleção de estímulos e a Anastasia safronova e Pavel Inozemcev por sua assistência na produção de materiais de vídeo.

References

  1. Sebastian, R., Tsapkini, K., Tippett, D. C. Transcranial direct current stimulation in post stroke aphasia and primary progressive aphasia: Current knowledge and future clinical applications. Neuro Rehabilitation. 39, (1), 141-152 (2016).
  2. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology. 128, (9), 1774-1809 (2017).
  3. Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clinical Neurophysiology. 128, (1), 56-92 (2017).
  4. Priori, A. Brain polarization in humans: a reappraisal of an old tool for prolonged non-invasive modulation of brain excitability. Clinical Neurophysiology. 114, (4), 589-595 (2003).
  5. Shah, P. P., Szaflarski, J. P., Allendorfer, J., Hamilton, R. H. Induction of neuroplasticity and recovery in post-stroke aphasia by non-invasive brain stimulation. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 888 (2013).
  6. Nitsche, M. A., et al. Modulation of cortical excitability by weak direct current stimulation--technical, safety and functional aspects. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 255-276 (2003).
  7. Fridriksson, J., Richardson, J. D., Baker, J. M., Rorden, C. Transcranial direct current stimulation improves naming reaction time in fluent aphasia: a double-blind, sham-controlled study. Stroke. 42, (3), 819-821 (2011).
  8. Flöel, A., et al. Short-term anomia training and electrical brain stimulation. Stroke. 42, (7), 2065-2067 (2011).
  9. Hamilton, R. H., Chrysikou, E. G., Coslett, B. Mechanisms of aphasia recovery after stroke and the role of noninvasive brain stimulation. Brain and Language. 118, (1-2), 40-50 (2011).
  10. Shtyrov, Y. Neural bases of rapid word learning. The Neuroscientist. 18, (4), (2012).
  11. Davis, M. H., Di Betta, A. M., Macdonald, M. J. E., Gaskell, M. G. Learning and Consolidation of Novel Spoken Words. Journal of Cognitive Neuroscience. 21, (4), 803-820 (2009).
  12. Villamar, M. F., et al. Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS). Journal of Visualized Experiments. (77), (2013).
  13. Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9, (1), 97-113 (1971).
  14. Rodd, J. M., et al. Learning new meanings for old words: effects of semantic relatedness. Memory & Cognition. 40, (7), 1095-1108 (2012).
  15. Quiroga, R. Q., Fried, I., Koch, C. Brain cells for grandmother. Scientific American. 308, (2), 30-35 (2013).
  16. Mason, R. A., Prat, C. S., Just, M. A. Neurocognitive brain response to transient impairment of Wernicke's area. Cerebral Cortex (New York, N.Y.: 1991). 24, (6), 1474-1484 (2014).
  17. Chatrian, G. E., Lettich, E., Nelson, P. L. Modified nomenclature for the "10%" electrode system. Journal of Clinical Neurophysiology. 5, (2), 183-186 (1988).
  18. Nishitani, N., Schürmann, M., Amunts, K., Hari, R. Broca's Region: From Action to Language. Physiology. 20, (1), 60-69 (2005).
  19. Dumay, N., Gareth Gaskell, M. Overnight lexical consolidation revealed by speech segmentation. Cognition. 123, (1), 119-132 (2012).
  20. Landi, N., et al. Neural representations for newly learned words are modulated by overnight consolidation, reading skill, and age. Neuropsychologia. 111, 133-144 (2018).
  21. Tarapore, P. E., et al. Language mapping with navigated repetitive TMS: Proof of technique and validation. NeuroImage. 82, 260-272 (2013).
  22. Jacobson, L., Koslowsky, M., Lavidor, M. tDCS polarity effects in motor and cognitive domains: a meta-analytical review. Experimental Brain Research. 216, (1), 1-10 (2012).
  23. Malyutina, S., et al. Modulating the interhemispheric balance in healthy participants with transcranial direct current stimulation: No significant effects on word or sentence processing. Brain and Language. 186, 60-66 (2018).
  24. Geranmayeh, F., Leech, R., Wise, R. J. S. Semantic retrieval during overt picture description: Left anterior temporal or the parietal lobe? Neuropsychologia. 76, 125-135 (2015).
  25. Lambon Ralph, M. A., Pobric, G., Jefferies, E. Conceptual knowledge is underpinned by the temporal pole bilaterally: convergent evidence from rTMS. Cerebral Cortex (New York, N.Y.: 1991). 19, (4), 832-838 (2009).
  26. Mueller, S. T., Seymour, T. L., Kieras, D. E., Meyer, D. E. Theoretical Implications of Articulatory Duration, Phonological Similarity, and Phonological Complexity in Verbal Working Memory. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition. 29, (6), 1353-1380 (2003).
  27. Bachtiar, V., Near, J., Johansen-Berg, H., Stagg, C. J. Modulation of GABA and resting state functional connectivity by transcranial direct current stimulation. eLife. 4, e08789 (2015).
  28. Márquez-Ruiz, J., et al. Transcranial direct-current stimulation modulates synaptic mechanisms involved in associative learning in behaving rabbits. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, (17), 6710-6715 (2012).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics