Förderung der Lip Motor Cortex mit Transkranielle Magnetstimulation

Zusammenfassung

Transkranielle Magnetstimulation (TMS) hat sich als ein nützliches Werkzeug bei der Untersuchung der Rolle des motorischen Kortex in artikulatorische Sprachwahrnehmung sein. Dieser Artikel beschreibt, wie man aufnimmt motorisch evozierte Potentiale (MEPs) aus der Lippenmuskulatur und wie man den Motor Lippe Darstellung stören mit repetitiven TMS.

Zusammenfassung

Transkranielle Magnetstimulation (TMS) hat sich als ein nützliches Werkzeug bei der Untersuchung der Rolle des motorischen Kortex in artikulatorische Sprachwahrnehmung sein. Forscher haben Einzelpuls-und repetitive TMS genutzt, um die Lippe Darstellung im motorischen Kortex zu stimulieren. (; Elektromyographie EMG) Die Erregbarkeit der Lippe Motor Vertretung kann durch die Anwendung TMS Einzelimpulse über dieses kortikalen Bereich und Aufzeichnung TMS-induzierte motorisch evozierte Potentiale (MEPs) über Elektroden auf die Lippenmuskulatur befestigt sucht werden. Größere Abgeordneten spiegeln erhöhte kortikale Erregbarkeit. Studien haben während der Rede zu hören als auch beim Betrachten sprachbezogenen Bewegungen gezeigt, dass die Erregbarkeit steigt. TMS kann auch verwendet werden, um die Lippe Motor Darstellung zu stören. Eine 15-Minuten-Folge von Niederfrequenz-Unterschwellen repetitiven Stimulation hat sich gezeigt, Erregbarkeit Motor für eine weitere 15-20 min zu unterdrücken. Das TMS-induzierte Störung der Motor Lippe Darstellung beeinträchtigt nachfolgendenLeistung in anspruchsvollen Aufgaben und Sprachwahrnehmung moduliert auditorischen Cortex-Antworten auf Sprachlaute. Diese Ergebnisse sind im Einklang mit dem Vorschlag, dass die motorischen Kortex trägt zur Sprachwahrnehmung. Dieser Artikel beschreibt, wie die Lippe Darstellung im motorischen Kortex und wie man die entsprechenden Stimulationsintensität für die Durchführung sowohl Einzelpuls-und repetitive TMS Experimente definieren lokalisieren.

Einleitung

Sprachwahrnehmung ist eine anspruchsvolle Fähigkeit, die Kodierung von komplexen und sehr variabel eingehenden akustischen Signalen benötigt. Zwar ist es unstrittig, dass die auditorischen Kortex spielt eine kritische Rolle in der Sprachverarbeitung, ob die Motor Regionen, die die Bewegungen der Artikulatoren (zB Lippen) während der Sprachproduktion steuern auch dazu beitragen, Sprachwahrnehmung bleibt ein Thema der aktiven Forschung und der wissenschaftlichen Debatte ^{1 - 5.} Die Idee, dass der Motor Darstellungen werden in der Sprachwahrnehmung beteiligt ist nicht neu. Nach Libermans Motor Theorie der Sprachwahrnehmung ^6,7 der Hörer Rede durch Simulation der "bestimmt artikulatorischen Gesten" des Lautsprechers. TMS hat sich als ein leistungsfähiges Werkzeug bei der Untersuchung der mutmaßlichen Rolle des motorischen Kortex während artikulatorische Sprachwahrnehmung sein (für eine Übersicht siehe ^8). Dieser Artikel konzentriert sich auf die Stimulation der Lippe Motordarstellung mit Einzelpuls-undrepetitiven TMS-Techniken.

Einzelpuls-TMS hat sich als äußerst wirksames Mittel, die den Zusammenhang zwischen dem motorischen Cortex und Sprachverarbeitung ^10.08 zur Verfügung gestellt. Einzel TMS Impulse an den primären motorischen Kortex (M1) angewendet entlocken motorisch evozierte Potentiale (dh MdEP) in der kontralateralen Zielmuskel, die mit Hilfe der Elektromyographie (EMG) aufgezeichnet werden können. Die Abgeordneten aus den Handmuskeln aufgezeichnet (M. interosseus dorsalis, FDI) Spitzen ca. 24 ms nach dem Puls, während die Abgeordneten von der Lippenmuskulatur aufgenommen (orbicularis oris; OO) Spitze ca. 15 ms nach dem Puls (siehe Abbildung 1). Dies spiegelt Unterschiede in der Entfernung von der Motorkortex auf die Lippen-und Handmuskeln; kortiko-bulbären Weg auf die Lippen kürzer als die cortico-spinalen Weg zu den Händen. Die Intensität der erforderlich ist, um einen Abgeordneten zu entlocken Impuls unterscheidet sich stark über Teilnehmer, wahrscheinlich reflektieren neuroanatomischen Unterschiede und verschieschiede in der Schädeldicke ^11. Die Amplitude des MEP ist abhängig vom Funktionszustand des Motorsystems, mit Impulsen von konstanter Intensität Induktion größer MEPs wenn die Zielmuskel kontrahiert Vergleich dazu, wenn sich der Muskel entspannt. MdEP Messungen liefern ein genaues Mittel der Lokalisierung der kortikalen Darstellungen von verschiedenen Muskeln in jedem Teilnehmer sowie die Normalisierung der TMS-Intensität zwischen den Fächern. Diese Methode bietet auch eine direkte Messung (dh MEP Amplitude) der Motor Erregbarkeit in Bezug auf eine unabhängige Variable von Interesse. Zum Beispiel haben Einzelpuls TMS Studien gezeigt, dass die Stimulation der Lippe-Darstellung induziert größer Abgeordneten (dh gesteigerte Erregbarkeit) beim Hören von Sprache und Betrachtungssprachbezogenen Lippenbewegungen ^10,12,13. Eine kombinierte PET-und Einzelpuls-TMS-Studie zeigte, dass die Erregbarkeit des motorischen Systems während der Rede auditiven Sprachwahrnehmung wird zum Teil durch Aktivität in der moduliertehinteren linken inferioren frontalen Gyrus ^14.

Während Einzelpuls TMS kann Veränderungen in der Erregbarkeit des Motorsystems während Sprachwahrnehmung zeigen sie nicht an, ob der Motor Cortex trägt zur Sprachverarbeitung. Repetitive TMS (rTMS) kann verwendet werden, um eine vorübergehende Störung (dh "eine virtuelle Läsion") in der Motorkortex ¹⁵ zu induzieren. Diese "virtuellen Läsion"-Ansatz ermöglicht Untersuchung der Sprachwahrnehmung während kontrollierte, kurzfristige Störungen zu einem Schwerpunktbereich des motorischen Systems. Die "virtuelle Läsionen" von TMS verursacht unterscheiden sich von echten Läsionen bei Patienten, die oft weit verbreitete decken kortikalen Regionen, die zu funktionellen Reorganisation des Gehirns über die Zeit. Patienten-Studien vergleichen typischerweise Verhalten der Patienten zu einer Kontrollgruppe und selten vermitteln Kenntnisse der Leistung vor dem Schlaganfall / Läsion. Durch die Verwendung von rTMS ist es möglich, eines Teilnehmers Fähigkeit, s durchführen zu untersuchenPeech Wahrnehmung Aufgaben mit und ohne Motor Störungen und damit zu prüfen, ob diese Störungen beitragen, um die Leistung.

Unterschwellen niederfrequente rTMS kann verwendet werden, um den Motor Lippe Darstellung vorübergehend zu stören und es wurde verwendet, um die Rolle des motorischen Kortex in artikulatorische Sprachwahrnehmung ^16-18 zu untersuchen. In diesen Experimenten wurden monophasische Pulssequenzen verwendet werden, da monophasischen niederfrequente rTMS wurde gezeigt, wirksamer bei der Verringerung kortikalen Erregbarkeit Vergleich zu biphasische rTMS ¹⁹ sein. Die Größe der Abgeordneten von den Lippen aufgenommen nach einer 15-Minuten-Folge von Unterschwellen monophasischen TMS-Impulse bei Raten unter 1 Hz, dh Motor Erregbarkeit sinkt angewendet wird unterdrückt ^18. Diese rTMS-induzierte Störung beeinträchtigt auch Zuhörer Fähigkeit, wahrnehmen kategorisch akustische continua zwischen zwei Sprachlaute, dass an Stelle der Artikulation (zB unterschied 'ba & #39; vs 'da' und 'pa' vs 'ta'). Das beeinträchtigt die Leistung nach der Unterbrechung der Lippe motorischen Kortex lässt vermuten, dass das motorische System trägt zur Sprachwahrnehmung. Die Unterbrechung der Hand Motor Darstellung hat keinen Effekt auf kategoriale Wahrnehmung von Sprachlauten. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit früheren Befunden zeigt, dass zu prämotorischen Cortex angewendet niederfrequente rTMS beeinträchtigt Leistung in einem phonetischen Diskriminierung Aufgabe bei der Verwendung von Silben in Lärm vorgestellt Vergleich zu einem Farbunterscheidungssteuerungsaufgabe auf Schwierigkeiten, Aufgabenstruktur und Reaktionstyp ²⁰ abgestimmt. Diese Studien zeigen, dass rTMS ist ein äußerst wirksames Mittel zur Erkundung der Gehörmotor-Stromkreise, die sowohl Sprachproduktion und Wahrnehmung unterstützen kann. Niederfrequente rTMS kann auch in Verbindung mit bildgebenden Verfahren verwendet, um dieses Thema weiter zu untersuchen (siehe Diskussion) werden.

Protokoll

1. Vorbereitung

1. Fragen Sie die Teilnehmer, füllen Sie ein Sicherheits-Screening-Form (siehe z. B. ^21). Hinweis: Teilnehmer, die Kontraindikationen für TMS haben, sollten nicht gefördert werden; die häufigsten Kontraindikationen sind: Schlafmangel, Medikamente (zB Antidepressiva), und eine Familiengeschichte von Epilepsie.
2. Erklären Sie den TMS Verfahren und die experimentelle Details zu dem Teilnehmer und informierte Zustimmung zu erhalten.
3. Mit Alkohol, reinigen Sie die Haut über dem Bauch des FDI-Muskel in der rechten Hand und in der Bezugsstelle (zB Sehne des FDI-Muskel) und befestigen Elektroden auf diesen Seiten.
4. Reinigen der Haut an der rechten Seite des OO Muskel mit Alkohol und Befestigen einer Elektrode an der rechten Ecke der oberen Lippe und einer Elektrode in der rechten Ecke der Unterlippe.
5. Reinigen Sie die Haut rund um die Seite für die Masseelektrode (z. B. auf der Stirn) und bringen Sie die elektrode.
6. Verbinden Sie die Kabel der Elektroden zu einer Elektrode Feld zu einer EMG-Aufzeichnungssystem befestigt.
7. Überprüfen Sie die EMG-Signale von den Hand-und Lippenmuskulatur aufgezeichnet, wenn der Teilnehmer Kontraktion und Entspannung dieser Muskeln (durch Sichtprüfung sie zB mit Spike2 Software). Wenn die Signale aussehen laut, wenn der Teilnehmer entspannt die Lippen-und Handmuskeln, drehen Sie die Elektrodenkabel, wieder sauber die Haut an der Elektrodenstelle und / oder fragen Sie die Teilnehmer, ihre Beine uncross, ihre Schuhe auszuziehen und haben ihre Füße auf den Boden (besser Erdung).
8. Schützen des Teilnehmers Anhörung durch Ohrstöpsel.
9. Setzen Sie die Kappe auf dem Kopf des Teilnehmers um in der Lage, die Position der TMS-Spule zu markieren.

2. Lokalisierung von Motorhand Vertretung

1. Markieren Sie den Scheitelpunkt auf der Kappe (durch das Anbringen einer kleinen Aufkleber oder mit Hilfe eines Kugelschreibers) und messen Sie den Abstand vom Scheitelpunkt nach links präaurikulären Punkt. Bewegung33% dieser Abstand vom Scheitelpunkt nach links präaurikulären Punkt und markieren Sie diese Stelle.
2. Legen Sie die Mitte der Figur Acht TMS-Spule an dieser Stelle. Ausrichten der Griff der Spule 45 Grad von der Mittellinie.
3. Geben Sie die erste TMS-Impuls zB durch Drücken eines Fußpedals. Wählen Sie eine niedrige Intensität (z. B. 40% der max Stimulator Intensität), wenn der Motor Schwelle der Teilnehmer nicht bekannt ist. Bewegen Sie die Spule leicht und / oder erhöhen Sie die Intensität, wenn kein MEP oder Muskelzuckungen in der Hand zu sehen.
4. Wenn ein Abgeordneter hervorgerufen wird, in Bewegung bleiben die Spule in 5-mm-Schritten um dieses Gebiet, um eine entsprechende "hot spot" zu finden, dh die Website und Spulenorientierung, die die maximale Abgeordneten bei einer bestimmten Intensität entlockt. Halten Sie mindestens eine 5-Sekunden-Pause zwischen den Impulsen. Beachten Sie die Teilnehmer die Hand, um zu prüfen, welche Muskeln zucken. Wenn der Ort, in dem die Abgeordneten sind der größte gefunden wird, markieren Sie diese "Hot Spot" und die Ausrichtung derdie Spule auf der Kappe.

3. Lokalisierung von Motor Lip Vertretung

1. Mark einen Platz 2-3 cm von der FDI Stelle entlang einer geraden Linie in Richtung der Ecke des linken Auges (die Lage des Motors Darstellung ist anterioren und inferioren als die der Hand-Darstellung).
2. Setzen Sie die Spule an dieser Stelle. Fragen Sie die Teilnehmer, um die Lippenmuskulatur Geldbörse; Dies senkt die Kraftschwelle und daher macht es einfacher, den Motor Lippe Darstellung finden.
3. Sagen Sie den Teilnehmer, die TMS-Pulse können an dieser Stelle intensiver als in der vorherigen Position fühlen und dass er / sie kann zuckt in seinem / ihrem Gesicht (durch periphere Stimulation) fühlen und unwillkürliche Augen-blinkt. Fragen Sie die Teilnehmer, um den Experimentator an einem beliebigen Punkt zu informieren, wenn die Stimulation unangenehm oder schmerzhaft wird oder wenn sie die Stimulation zu beenden möchten.
4. Liefern Sie die ersten Impulse. Wenn keine Abgeordneten hervorgerufen werden, etwas bewegen Sie die Spule und / oder erhöhen Sie die Intensität. Keep mindestens 5 Sekunden Pause zwischen den Impulsen. Wenn ein Abgeordneter hervorgerufen wird, in Bewegung bleiben die Spule um diesen Bereich in 5-mm-Schritten, um ein "Hot Spot" für die OO Muskel finden. Hinweis: Die Form der Lippe Abgeordneten ist oft mehrphasigen und ihre Form kann von Teilnehmer zu Teilnehmer variieren. Auch ist die Kraftschwelle für die Lippenmuskel als für die Handmuskeln oft höher.

4. Definieren Intensität für Einzel-Pulsexperimente

1. Trainieren Sie den Teilnehmer, ein konstantes Niveau der Kontraktion zu erhalten, wenn die Abgeordneten aus Auftragslippenmuskulatur aufgenommen werden. Hinweis: Die Bereitstellung visuelle Rückmeldung über die Macht des EMG-Signals (zB durch Verwendung Spike2 Software) hilft während der Ausbildung; Training kann gestoppt werden, wenn die Teilnehmer in der Lage zu halten das Niveau der Kontraktion stabil für mindestens 1 min.
2. Setzen Sie die Spule auf der Hot-Spot für die OO Muskel. Liefern Sie 10 Impulse mit festen Intensität. Halten Sie mindestens eine 5-Sekunden-Pause zwischen den Impulsen. EStimate die Größen von Abgeordneten durch visuelle Inspektion ihnen. Erhöhen Sie die Intensität, wenn die Abgeordneten sind sehr klein oder es gab keine MEP auf jeder Prüfung. Liefern Sie 10 Impulse wieder. Halten Sie die Erhöhung der Intensität, bis eine robuste MEP ist auf jeder Versuch ausgelöst (z. B. mit einer Amplitude von etwa 0,3 mV, wenn die Lippe Muskel ist entspannt oder mit einer Amplitude von etwa 1 mV, wenn die Lippe Muskel kontrahiert). Verwenden Sie diese Intensität während der Einzelpuls-Experiment. Hinweis: Es ist eine gute Praxis, Stimulator Intensitäten in Publikationen zu melden.

5. Definieren aktiv Motor Schwelle für rTMS Experimente

1. Fragen Sie die Teilnehmer, um die Lippenmuskeln so hart wie sie können schrumpfen. Bestimmen Sie die Amplitude dieser maximalen Kontraktion (durch visuelle Inspektion der EMG-Signal).
2. Fragen Sie die Teilnehmer, um die Kontraktion der Lippen zu reduzieren. Führen Sie ihn / sie, um die Kontraktion Niveau, das rund 20% des Maximal ist zu erreichen. Fragen Sie die Teilnehmer, dieses Niveau zu halten für 1 kmn. Geben Sie ihm / ihr eine kurze Pause und wiederholen Sie die Übung so oft wie nötig. Hinweis: Die Bereitstellung visuelle Rückmeldung über die Macht des EMG-Signals (zB durch Verwendung Spike2 Software) hilft während der Ausbildung; Training kann gestoppt werden, wenn die Teilnehmer in der Lage zu halten das Niveau der Kontraktion stabil für mindestens 1 min.
3. 10 liefert Impulse über den Hotspot für OO während der Teilnehmer Ziehen der Lippe bei 20% des Maximums. Zählen Sie, wie viele Abgeordnete wurden ausgelöst. Wenn es eine MdEP (mit Spitze-zu-Spitze-Amplitude von mindestens 0,2 mV) in weniger als 5 von 10 Studien, die Intensität erhöhen. Wenn es ein Abgeordneter mehr als 5 von 10 Studien, senken Sie die Intensität. Wiederholen, bis ein Minimum Intensität, die Abgeordneten auf mindestens 50% der Studien (aktiven Motorschwelle) entlockt gefunden wurde.
4. Fragen Sie die Teilnehmer, um die Lippenmuskulatur entspannen und liefern 10 Impulse bei der Intensität des aktiven Motor Schwelle. Sicherstellen, dass keine Abgeordneten ausgelöst wurden (dh Stimulation inIntensität ist unterhalb der Schwelle). Wenn keine Abgeordneten ausgelöst wurden, verwenden Sie diese Intensität (dh 100% der aktiven motorischen Schwelle) während der rTMS-Bahn (während die Lippe Muskel ist entspannt). Wenn die Abgeordneten hervorgerufen wurden, gehen Sie zurück auf 5,3.

6. Niederfrequente rTMS

1. Geben TMS-Impulse mit einer Frequenz von bis zu 1 Hz für 15-min während der rTMS Zug. Bei Verwendung der MagStim BiStim System, das aus zwei Stimulatoren besteht, lösen diese Stimulatoren alternierend (dh jeden Stimulator liefert einen Impuls alle 3 Sek.), Um eine monophasische Impulsfolge von 0,66 Hz erstellen. Hinweis: Spike2 Software zusammen mit dem EMG-Erfassungssystem (Cambridge Elektronik) kann verwendet werden, um eine Folge von Triggerimpulsen zu erzeugen. Hinweis: In der Praxis ist die maximale Intensität für 0,66 Hz Impulsfolge mit der MagStim BiStim System-und Standardspulen 65% der maximalen Stimulator-Ausgang. Diese Grenze bezieht sich auf die maximale Impulsfrequenz jedes Stimulators (0,33 Hz), Überhitzungder Spulen-und Teilnehmerkomfort.
2. Überwachung der Aufnahmen von der Lippe und die Handmuskeln während der rTMS Zug, um sicherzustellen, keine Abgeordneten hervorgerufen, die eine Zunahme der Erregbarkeit oder Verbreitung Auswirkungen auf die Nachbar Darstellung anzeigen würde. Außerdem überwachen die Teilnehmer auf Anzeichen von Beschwerden oder Veränderungen in der Höhe der Aufmerksamkeit.
3. Ändern Sie die Spule nach 7,5 min, um eine Überhitzung zu vermeiden. Anmerkung: Dieser Schritt kann bei der Verwendung von Spezialspulen, die während der Stimulations gekühlt werden weggelassen; Erhitzen der Spulen kann die Stärke des Magnetfeldes beeinflusst.

Ergebnisse

Ergebnisse aus Einzelpulsexperimente

In Einzelpuls-Experimente, die abhängige Maß der MEP-Amplitude. Die Größe der MEPs wird typischerweise entweder als Spitze-zu-Spitze-Amplitude ^13,18 oder Fläche unter der Kurve ¹⁰ gemessen. Die Lippen Abgeordneten können entweder von der entspannten Muskels oder einer leicht verkürzten Muskels aufgezeichnet werden. Im letzteren Fall können die TMS-Impulse mit einer geringeren Intensität geliefert werden, weil die Kontraktion verringert die Kraftschwelle. Es ist sehr wichtig, dass die Höhe der Kontraktion bleibt während des gesamten Experiments konstant, weil die Stärke der Kontraktion beeinflusst die MEP-Amplituden. Je stärker die Kontraktion ist, desto größer sind die Abgeordneten. Daher ist es wichtig, die Teilnehmer trainieren, um ein konstantes Niveau der Kontraktion vor der TMS-Intensität der Definition zu erhalten, wenn die Abgeordneten aus der verkürzten Muskels erfasst. Visuelles Feedback hilft während der Ausbildung (siehe Protokoll 4.1.). Manchmal ist die Schwellenist so hoch, dass die Intensität der Pulse TMS ist unbequem für den Teilnehmer und das Experiment nicht durchgeführt werden. Auch ist es nicht immer möglich, die Lippe Darstellung finden oder aufzeichnen robust Abgeordneten, vor allem, wenn die Lippenmuskulatur entspannt. Es ist eine gute Übung, um die Anzahl der Teilnehmer, bei denen der Versuch konnte nicht durchgeführt werden in Publikationen zu melden. Abbildung 1 zeigt die Abgeordneten von einer entspannten und vertraglich Lippe Muskel für einen einzelnen Teilnehmer aufgezeichnet. Die Intensität der Pulse TMS wurde in drei Stufen von Kontraktion konstant gehalten. Der Motor Erregbarkeit erhöht, wenn der Muskel kontrahiert wird, und damit die Abgeordneten größer werden.

Abbildung 1. Die Wirkung der Muskelkontraktion auf Lippe Europaabgeordneten. Die Abgeordneten wurden von einem Teilnehmer gemessen, während sie (1)entspannt ihre Lippen, (2) vertraglich die Lippen, als sie konnte leicht (<5% des Maximums) und (3), wenn sie vertraglich die Lippen etwa 20% des Maximums. Die Intensität der monophasischen Pulse TMS war das gleiche in allen drei Bedingungen (58% der maximalen Intensität). 6 Die Abgeordneten wurden in jedem Zustand (in der Figur überlagert) aufgezeichnet. Die Abbildung zeigt, dass die Abgeordneten größer werden, wenn die Höhe der Kontraktion steigt. Eine kortikale stillen Periode ist eindeutig in dem Zustand mit der stärksten Kontraktion sichtbar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Motor Erregbarkeit während hören Rede und Anzeigen von sprachbezogenen Lippenbewegungen der Lippen Darstellung steigt. Abbildung 2 zeigt die Lippe MEP während hören Sprache und nonverbale Lärm aufgezeichnet und während Augenbewegungen beobachten und sprachbezogene Lippenbewegungen ^10. In tseine Studie Abgeordneten wurden aus leicht kontrahiert Lippenmuskulatur aufgezeichnet. Die Höhe der Kontraktion wurde als Kovariate in der MEP-Analyse aufgenommen und verwendet, um die MEP-Größe anzupassen. Die Lippen Abgeordneten der linken M1 Stimulation hervorgerufen wurden während hören Rede und beobachten sprachbezogenen Lippenbewegungen relativ zum Ausgangszustand deutlich verbessert, während die Lippe Abgeordneten der rechten M1 Stimulation hervorgerufen wurden während eine der Bedingungen moduliert.

Abbildung 2. Abgeordneten während der Wahrnehmung von auditiven und visuellen Sprache in ein Teilnehmer. Die Abgeordneten wurden von der etwas zusammengezogen Lippen Muskel aufgezeichnet, während die linke motorischen Kortex stimuliert wurde. Die Abgeordneten wurden während hören Rede und Anzeigen von sprachbezogenen Lippenbewegungen verstärkt. Abbildung aus modifizierten ^10.

Eine aktuelle Studie untersucht die Spezifität der Veränderungen in der Erregbarkeit des motorischen Kortex Lippe während der Beobachtung der visuellen Mundbewegungen ^13. Z-Scores für Lippen Abgeordneten bei der visuellen Wahrnehmung von bekannten Sprach (English) aufgezeichnet, unbekannte Sprache (Hebräisch), Nicht-Sprach-Mundbewegungen (Gurning) und ein noch Gesicht sind in Abbildung 3 dargestellt. Diese z-Werte wurden in Bezug auf die berechnete bedeuten, von allen Bedingungen. TMS-Impulse wurden über die linke M1 und Abgeordneten von der entspannten Lippenmuskel aufgezeichnet ausgeliefert. Die Abgeordneten waren größer bei der Beobachtung von bekannten Sprach als unbekannte Sprache oder Nicht-Sprach-Mundbewegungen. Die während der Beobachtung eines noch Gesicht aufgezeichnet Abgeordneten waren so groß wie bei der Beobachtung der englischen Sprache. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Lippe motorischen Kortex beteiligt sich bei der Verarbeitung von visuellen Signalen bei der Sprachkommunikation. Bitte klicken sieE um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3. Motor Erregbarkeit während Wahrnehmung von visuellen Sprache. A. Teilnehmer vorgestellt wurden Videos von bekannten Sprach (also Englisch), unbekannte Sprache (dh Hebräisch), Nicht-Sprach-Mundbewegungen (dh gurns) und ein noch Mund. Ein TMS-Impuls wurde während jedem Video geliefert. Interpulsintervall (IPI) variiert zwischen 5 und 8 Sekunden. B. Die Abbildung zeigt standardisierten Amplituden der Abgeordneten (± SEM) von der Lippe bei der Beobachtung von Videos gemessen. Die z-Werte wurden relativ zu dem Mittelwert aller Bedingungen berechnet. Die Abgeordneten waren deutlich größer bei der Beobachtung von bekannten Sprach als unbekannte Sprache (p = 0,001) oder gUrnen (p <0,05). Unterschiede in der MEP-Amplituden zwischen den Bedingungen spiegeln Unterschiede in der Erregbarkeit der Lippe Darstellung im motorischen Kortex. Abbildung ¹³ modifiziert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Ergebnisse aus Experimenten rTMS

Es hatte sich gezeigt, dass niederfrequente rTMS über die Hand Motor Darstellung kann den Motor Erregbarkeit reduzieren und induzieren eine vorübergehende Störung in diesem Bereich (dh "eine virtuelle Läsion") ^15. rTMS über der Lippe Motor Darstellung reduziert auch die Erregbarkeit dieser Bereich ^18. Änderungen in der Abgeordneten-Amplituden nach 15 min von Niederfrequenzstimulation über die Lippe Darstellung in der linken M1 Kortex sind in Abbildung 4 dargestellt. Die von den Lippen aufgenommen Abgeordneten wurden 7 min unterdrückt nach dem Ende der repetitiven TMS Zug, hatte aber started bis 15 min nach erholen. Dies unterdrückt Erregbarkeit zeigt, dass niederfrequente rTMS gestört Funktionieren der Lippe Darstellung im motorischen Kortex für ca. 15 min.

Die TMS-induzierte Störungen der Leistung der artikulatorischen motorischen Kortex beeinträchtigen Teilnehmer in den anspruchsvollsten Aufgaben der Sprachwahrnehmung. Abbildung 5 zeigt, wie TMS-induzierte Störung der Lippe Darstellung moduliert Leistung in einer gleich verschiedene Unterscheidungsaufgabe ^18. Die Teilnehmer wurden mit Paaren von synthetischen Silben sowohl vor niederfrequenten rTMS und nach vorgestellt. Ihre Aufgabe war es, anzugeben, ob Silben waren gleich oder verschieden sind. Die TMS-induzierte Störung beeinträchtigt die Teilnehmer die Fähigkeit, Sprachlaute aus synthetischen Sprachlaute, die nicht von den Lippen ("ba 'vs' da 'und' pa 'vs' ta ') angelenkt sind, die sind Lippengelenk diskriminieren. Allerdings hat diese Störung nicht ihre Fähigkeit beeinflussenzwei Sprachlaute, die nicht von den Lippen ("ka" gegen "ga" und "da" gegen "ga ') angelenkt sind, zu unterscheiden. Dies deutet darauf hin, dass die Lippe Darstellung trägt zur Sprachwahrnehmung in einem Artikulator spezifische Art und Weise.

Abbildung 4. Effekte der rTMS auf Motor Erregbarkeit und Sprach Diskriminierung. A. Die Grafik präsentiert mittleren Veränderungen (± SEM) im Peak-to-Peak-Amplituden der Post-rTMS Abgeordneten in Bezug auf die vor-rTMS Abgeordneten. Die Abgeordneten wurden von der Lippenmuskulatur aufgezeichnet und die rTMS wurde über Lippen motorischen Kortex in der linken Hemisphäre in beiden Experimenten 1 und 2 angelegt. Die Post-rTMS Abgeordneten wurden ~ 7 min (post1) aufgezeichnet und ~ 15 min (post2) nach dem Ende der 15-Minuten-Niederfrequenz-rTMS Zug. Die Abgeordneten wurden deutlich nach rTMS sowohl in E unterdrücktXperimente 1 und 2. B. Die Teilnehmer wurden mit synthetischen Sprachlaute aus achtstufigen akustischen continua zwischen zwei Sprachlaute präsentiert. Die "über-Kategorie" Paare wurden auf der Basis der Ort der Kategoriegrenzen, die für jeden Teilnehmer individuell bestimmt wurden ausgewählt. Die Teilnehmer durchgeführt gleich verschiedene Unterscheidungsaufgabe vor und nach der Niederfrequenz-rTMS über der Lippe Motor-Darstellung. Änderungen in Anteilen von "anders" Antworten (± SEM) aufgetragen. Nach TMS waren die Teilnehmer bei der Unterscheidung in ärmeren-Kategorie-Paare, die Lippe-Gelenksprachlaute ("ba 'vs' da 'und' pa 'vs' ta ') als vor rTMS enthalten. Unterscheidbarkeit von anderen Paaren blieb stabil. Die Zahlen sind aus ¹⁸ modifiziert. ** P <0,01, *** p <0,001. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Diskussion

Während der letzten zwei Jahrzehnte, TMS hat sich eine weit verbreitete Methode in der kognitiven Neurowissenschaft, weil sie Informationen, die komplementär zu bildgebenden Verfahren ist. Es wurde auch Sprachwissenschaftler vorgesehen mit neuen Werkzeugen zu untersuchen, ob der Motor der Sprachproduktion System könnte in der Sprachwahrnehmung beteiligt werden. Insbesondere stellt TMS ein wichtiges Mittel, experimentell zu testen, ob die neuronalen Schaltkreise, die Artikulations steuern, werden beim Hören, Sprache erleichtert und, ob diese Schaltungen tragen zur Sprachwahrnehmung.

Dieser Artikel beschreibt, wie der Motor Lippe Darstellung kann unter Verwendung von TMS stimuliert werden, und wie die beiden Einzelpuls und repetitive TMS-Techniken wurden verwendet, um die Rolle des motorischen Cortex Sprachwahrnehmung zu untersuchen. Die hier berichteten Studien belegen, dass die motorischen Cortex trägt zur Sprachverarbeitung im menschlichen Gehirn. TMS andere Paradigmen sind auch verwendet worden, um zu untersuchen spEECH Verarbeitung im motorischen System. Dual TMS Impulse über den Motor Lippen-und Zungen Darstellungen vor Gehör Silben geliefert wurde gezeigt, daß die Anerkennung der Lippe und Zungengelenk Silben bzw. ²² zu erleichtern. Ein paired-Spule Paradigma verwendet werden, um effektive Konnektivität zwischen der Lippe und andere Darstellung kortikalen Regionen während der Sprachwahrnehmung ²³ zu untersuchen. Es wurde gezeigt, dass die wirksame Verbindung zwischen dem Motor und Lippen Darstellung TPJ und der unteren frontalen Kortex während hört Rede während hören weißes Rauschen verstärkt, aber nicht. Kontinuierliche Theta-Burst Stimulation (cTBS) über die TPJ abgeschafft seine effektive Konnektivität mit dem Motor Lippe Darstellung, was ein weiterer Beweis, dass diese kortikalen Regionen sind funktionell während hören Sprach ²³ gekoppelt. Der Vorteil cTBS über niederfrequente rTMS ist, dass ein relativ kurzer Zug cTBS ( zB 40 sec) kann eine lang anhaltende Störung des motorischen Kortex (bis zu 60 min) ²⁴ zu erzeugen. Jedoch sind die Wirkungen von cTBS an Kraft Erregbarkeit auf ²⁵ Teilnehmer sehr variabel.

Die Kombination von TMS mit anderen bildgebenden Verfahren, die ganze Aktivität des Gehirns messen kann Einblick in die TMS wirkt neuronalen Prozesse sowohl in der benachbarten und weiter entfernten kortikalen Regionen. Hirnregionen zweifellos miteinander interagieren während Wahrnehmungs und kognitiven Prozessen, und so ist es nicht überraschend, dass eine induzierte "virtuelle Läsion" in einem Bereich des Gehirns würde Funktionieren anderen Gehirnbereichen in demselben Prozess Eingriff modulieren. Um das Verständnis der neuronalen Grundlagen der Sprachwahrnehmung zu fördern, ist es wichtig zu untersuchen, wie die Artikulations motorischen Kortex interagiert mit den auditiven Regionen in der oberen temporalen Kortex während der Rede zu hören und wie diese Wechselwirkungen zur Sprachwahrnehmung. Die Zusammenarbeitmbination von TMS mit bildgebenden Verfahren bietet die Möglichkeit, diese Fragen zu beantworten. Zum Beispiel ist es möglich, Einflüsse der TMS-induzierten Störungen im Artikulationssystem zur Verarbeitung von Sprachsignalen in der oberen temporalen Kortex mit Elektroenzephalographie (EEG) zu untersuchen, Magnetenzephalographie (MEG), funktionelle MRT-und Positronenemissionstomographie (PET). Experimente kombiniert niederfrequente rTMS und EEG zeigen, dass TMS-induzierte Störung in der artikulatorischen motorischen Kortex moduliert automatische Unterscheidung der Rede, aber nicht nicht-Rede, klingt im auditorischen System, die zeigen, dass diese Systeme während der Sprachverarbeitung ¹⁶ interagieren. Kombination von rTMS mit MEG ist auch eine leistungsfähige Methode, um den Zeitpunkt der auditiv-Motor ¹⁷ Wechselwirkungen zu untersuchen.

Dennoch ist der Zusammenhang zwischen Sprachproduktion und Wahrnehmung immer noch wenig verstanden. TMS kombiniert mit Sprach Aufgaben und zusätzliche bildgebende Verfahren können helfenWissenschaftler, um das Verständnis der neuronalen Grundlagen der Sprachwahrnehmung und Produktion zu verbessern und ob sie sich überlappen.

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
TMS stimulator	Magstim Limited, Wales, U.K.	Magstim BiStim (two MagStim 200s connected)
2 TMS coils	Magstim Limited, Wales, U.K.	70-mm figure-of-eight coil, D70 Alpha
Electrodes for recording EMG signal	Covidien llc, MA, USA.	Kendall Neonatal ECG electrodes, 22 mm x 30 mm
Electrode box (for EMG recording)	Cambridge Electronic Design Limited, U.K.	CED 1902-11/4 Electrode Adaptor
Data acquisition unit (for EMG)	Cambridge Electronic Design Limited, U.K.	Micro1401-3
Amplifier (for EMG)	Cambridge Electronic Design Limited, U.K.	1902
Software for EMG recording and analyses	Cambridge Electronic Design Limited, U.K.	Spike2, version 7