Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) der Bereiche Wernicke und Broca in Studien zum Sprachenlernen und Worterwerb

In diesem Video beschreiben wir ein einfaches zeit- und kosteneffizientes Protokoll zur Verwendung transkranieller Gleichstromstimulation für psycho- und neurolinguistische Experimente, die darauf abzielen, die Rolle der kortikalen Bereiche des menschlichen Gehirns beim Wortlernen auf naturalistische, aber vollständig kontrollierte Weise zu untersuchen, und ein umfassendes Set von Verhaltensverfahren zur Bewertung der Ergebnisse. Sprache ist eine sehr wichtige, aber wenig verstandene Funktion des menschlichen Gehirns. Während Studien über Gehirnaktivierungsmuster während des Sprachverständnisses reichlich vorhanden sind, was oft kritisch fehlt, sind kausale Beweise für die Beteiligung der Gehirnbereiche an einer bestimmten Funktion, nicht zuletzt aufgrund der einzigartigen menschlichen Natur dieser Fähigkeit, und einem Mangel an neurophysiologischen Werkzeugen, um kausale Beziehungen im Gehirn nicht-invasiv zu untersuchen.

In den letzten Jahren ist die Anwendung der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) rapide zugenommen, eine einfache, kostengünstige und sichere nicht-invasive Technik, die den Zustand des stimulierten Hirnbereichs modulieren kann, was sie vermeintlich durch Verschiebung der Anregungs- und Hemmschwellen tut, und somit die Untersuchung ihres besonderen Beitrags zu bestimmten Funktionen ermöglicht. Hier werden wir den Einsatz von tDCS in einem psycholinguistischen Wortlernexperiment beschreiben. Hier werden wir die Anwendung von tDCS auf Sprachbereiche in einem Wortlernexperiment betrachten.

Im Allgemeinen wird der Fall des Wortlernens hier als ein Beispiel für ein neurolinguistisches Experiment genommen, und der tDCS-Teil des Verfahrens sollte sich für andere Arten von Sprachexperimenten, die auf dieselben Bereiche abzielen, nicht wesentlich ändern. Dennoch nutzen wir diese Gelegenheit, um auch wichtige methodische Überlegungen im Worterwerbsexperiment an sich hervorzuheben, was das zweite Hauptziel des aktuellen Berichts ist. Es ist wichtig, alle rechtlichen und ethischen Genehmigungen für Studien zu menschlichen Themen zu erhalten, die von Ihrer lokalen Gesetzgebung gefordert werden.

In unserer Studie wurde die Genehmigung von der Universitäts-Ethikkommission erteilt. Führen Sie alle Messungen in einer schalldichten oder zumindest schalldämpfenden Kamera durch. Schalldämmung ist sehr wichtig, da jeder Fremdeinklang, Lärm, menschliche Sprache usw. die Leistung erheblich beeinflussen und somit die Daten beeinflussen kann.

Um Interferenzen durch unnötigen Betreff-Experimentatorkontakt zu vermeiden, müssen sich nur der Bildschirm, Kopfhörer oder Lautsprecher und alle Eingabegeräte wie Tastatur- oder Tastenboxen innerhalb der Kamera befinden. Die Interaktion mit dem Experimentator ist über die Gegensprechanlage zu halten, es sei denn, es ist ein persönlicher Kontakt erforderlich. Die optimalen Parameter für die Textpräsentation sind schwarzer Text auf grauem Hintergrund.

Wir verwenden Schriftart Arial Größe 27. Um Verzögerungen und Jitter in der visuellen Präsentation zu reduzieren, empfehlen wir die Verwendung einer Grafikkarte und eines Monitors mit einer Bildwiederholrate von 100 Hertz und höher. Um Reaktionszeiten zu messen, verwenden Sie Reaktionspads der Forschungsklasse, die ergonomielich und präziser im Vergleich zu herkömmlichen Tastaturen sind.

Wir haben Wörter der russischen Sprache gewählt, die für ihre Länge und Gesamtstruktur kontrolliert wurden, um grundlegende Auswirkungen von Oberflächeneigenschaften auf die Verarbeitung auf höherer Ebene zu vermeiden. Um mehrere Listen zu erstellen, teilten wir das Wort in Sätze ein, die sich statistisch nicht in ihrer und syllabischen Häufigkeit unterschieden. Dies wurde mit T-Tests festgestellt.

Neuartige Wortformen wurden erstellt, indem die alternativen Silbe innerhalb jedes Satzes von Wörtern transponiert wurden. So ähnelten die neuen Wörter bestehenden Wörtern in Bezug auf die orthographische und phonologische Struktur. Als Ergebnis haben wir eine Liste von zu erlernenden Wortformen und eine Liste ähnlicher ungelernter Pseudowörter aus einem Satz vorhandener Wörter erstellt.

Alle drei Stimulus-Typen, die ein Set teilten, würden daher nach der Lernphase potenziell als Nachbarn in einen lexikalischen Wettbewerb eintreten. Weitere Kontrolllisten von Wörtern und Pseudowörtern, die diese Ähnlichkeit nicht gemeinsam hatten, wurden ebenfalls erstellt. Die Sets wurden um die Themengruppen herum in der Art und Weise ausgeglichen, dass sie verschiedene experimentelle Rollen spielten, um alle Auswirkungen der Oberflächenform auf die neu erworbene Semantik zu minimieren.

Wir haben auch neue Bedeutungen geschaffen, die mit den neuen Wörtern im Lernprozess verbunden sind. Sie wurden aus veralteten oder realen Konzepten hergestellt, die in der Sprache der Teilnehmer nicht vorhanden waren. Für das kontextuelle Erlernen der neuartigen Semantik haben wir für jeden neuen Begriff fünf Sätze geschaffen, die Situationen beschreiben, durch die man die Bedeutung der neuen Wörter allmählich vom allgemeinen zum spezifischeren Kontext verstehen konnte.

Neuartige Wörter wurden in ihrer Grundform dargestellt. Die Länge der Sätze und die Anzahl der Wörter wurden kontrolliert und zwischen den Bedingungen ausgeglichen. Jeder Satz bestand aus acht Wörtern entsprechend der minimalen Länge der Sätze in Russisch, die Ihnen erlauben, den Kontext zu verstehen.

Wenn Sie diese Sätze lesen, können Sie verstehen, dass circunal eine Art negatives Gefühl ist, das auftritt, wenn Sie sich zu viele Passwörter von Ihren Konten merken müssen. Um den Erwerb und das Verständnis von Wortformen und Semantik zu beurteilen, verwenden wir mehrere Aufgaben, freien Rückruf, Cue-Erkennung, lexikalische Entscheidungen, semantische Definition und semantisches Urteilsvermögen. Bei der kostenlosen Rückrufaufgabe mussten die Teilnehmer so viele neue Wortformen reproduzieren, wie sie sich erinnern konnten, indem sie sie in die vorbereitete Tabelle eingeben.

Die Erkennungs- und lexikalischen Entscheidungsaufgaben wurden mit den gleichen Reizen und der gleichen Präsentationsgeschwindigkeit verwendet und unterscheiden sich nur in den Anweisungen. Die Elemente wurden nacheinander und zufällig dargestellt. Bei der Erkennungsaufgabe mussten die Teilnehmer die Taste eins drücken, wenn sie während des Experiments auf das Wort stießen, oder zwei drücken, wenn sie dies nicht taten.

In der lexikalischen Entscheidung mussten sie Die Taste eins drücken, wenn sie präsentiert wurden, was sinnvoll war, oder zwei drücken, wenn nicht. Semantische Aufgaben wurden verwendet, um den Erwerb normaler Bedeutungen und die Übereinstimmung zwischen dieser Bedeutung und der Oberflächenform zu schätzen. In der semantischen Definitionsaufgabe erhalten die Teilnehmer eine Liste der Elemente, die zuvor in der Lernphase vorgestellt wurden.

Sie sollten versuchen, jeden von ihnen zu definieren und ihre Definitionen in die Kalkulationstabelle einzugeben. Bei der semantischen Urteilsaufgabe wurden den Teilnehmern ein Wort und drei Definitionen präsentiert. Sie sollten eine richtige Definition für jedes Wort auswählen, indem sie die entsprechende Taste drücken.

Nur eine der Definitionen war richtig. Darüber hinaus schlagen wir vor, keine dieser oder keine sichere Option einzuschließen. Transkranielle Gleichstrom elektrische Stimulation, tDCS, erzeugt Neuromodulationen und spontane und neuronale Aktivität.

Abhängig von der Strömungsorientierung der Zellen kann das Membranpotential leicht in Richtung Hyperpolarisation verschoben werden. Zum Beispiel, für das Motorsystem geschieht es während der Annodalstimulation, oder Depolarisation für kathhole Stimulation. Diese Änderung in Ihrer neuronalen Erregbarkeit wird zu verschiedenen temporären Veränderungen in der Gehirnfunktion führen, einschließlich der motorischen sensorischen und hohen kognitiven Funktionen.

Hier werden wir die Anwendung von tDCS auf Sprachbereiche wie Wernickes und Brocas Bereiche des Menschen in einem Wortlernexperiment betrachten. Es ist wichtig, sich den Hauptunterschied zwischen tDCS und anderen nicht-invasiven Hirnstimulationsmethoden, wie der transkraniellen magnetischen Stimulation, zu merken, erstens, da es keine einfachere Möglichkeit gibt, die Empfindlichkeit gegenüber tDCS durch Schwellenwertbewertung zu bestimmen, wird ein einziges Protokoll für alle Probanden angewendet. Zweitens ist es sehr schwierig, den Stimulationsbereich genau abzuschätzen.

Man kann nur über den hypothetischen Bereich sprechen. Drittens ist es auch schwierig, die Dauer von Offline-Stimulationseffekten abzuschätzen. Vermutlich wird der Haupteffekt der Stimulation bis zu einer Stunde nach Beendigung der Stimulation beobachtet.

Die Wirkung der Stimulation kann jedoch manchmal sogar einen Tag nach der Stimulation erkannt werden. Es gibt drei Arten der Stimulation, kathhodal, mit einer Kathodenelektrode über Zielbereich, Anodal, mit der Anode über Zielbereich, und Placebo, oder Scheinstimulation. Verwenden Sie Schwammelektroden, die fünf mal fünf Zentimeter messen.

Die Elektroden sollten vor der Anwendung fünf Minuten lang in physiologischer Salzlösung eingeweicht werden. Um die Wirkung der Stimulation auf andere Bereiche des Gehirns zu minimieren, setzen Sie die Annodalelektrode an der Basis des Halses auf der rechten Seite. Wir verwenden schwammige Elektroden, die zwei mal fünf Zentimeter messen.

Besondere Aufmerksamkeit sollte darauf beiliegen, eine Ausbreitung der Lösung über die Grenzen der Elektroden-Anwendungszone hinaus zu verhindern. Besondere Vorsicht ist geboten, um den umgebenden Elektrodenbereich trocken zu halten. Das optimale Protokoll für die Kathodenstimulation ist die Stimulation durch einen Milliampstrom für 10 Minuten.

Zunächst steigt der Strom in den ersten 20 Sekunden auf einen Milliamp, und am Ende der Stimulation sinkt er in den letzten 20 Sekunden der Stimulation auf Null. Die Sätze mit Kontextsätzen, die die neuen Wörter enthalten, werden in zufälliger Reihenfolge dargestellt. Jeder Satz beginnt mit einer Wort-für-Wort-Präsentation.

Danach erscheint der gesamte Satz auf dem Bildschirm, um sein vollständiges Verständnis zu gewährleisten. Die Teilnehmer müssen nach dem Lesen des gesamten Satzes einen angezeigten Antwortknopf mit dem Zeigefinger der linken Hand drücken. Die linke Hand wird verwendet, um Interferenzen mit den Sprachfehlern der linken Hemisphäre zu reduzieren.

Die Dauer der Satzpräsentation beträgt fünf Sekunden. Dann erscheint ein Fadenkreuz in der Mitte des Bildschirms für 500 Millisekunden und der nächste Satz beginnt. Die Sätze der Sätze werden durch das Erscheinen von drei Fadenkreuzen für zwei Sekunden voneinander getrennt.

Jede neue Konzeptpräsentation beginnt mit einem weiteren Fadenkreuz, das 500 Millisekunden lang vorhanden ist, bevor die Satzwörter geblitzt werden. Jedes Wort wird für 500 Millisekunden dargestellt, der leere Bildschirm und die Hintergrundfarbe zwischen den Wörtern innerhalb eines Satzes für 300 Millisekunden. Wir haben eine Batterie von verschiedenen Tests verwendet, da tDCS-Effekte auf die Sprachverarbeitung nicht bekannt sind.

Um die Lerneffekte sowohl sofort als auch nach der Konsolidierungsphase über Nacht zu bewerten, empfehlen wir, den Stimulus in zwei Teilmengen aufzuteilen, die gleichmäßig auf die Stimulusbedingungen verteilt und über die Themengruppe verteilt sind. Wir führen die Bewertungsaufgaben unmittelbar nach dem Lernprotokoll und nach 24 Stunden Verzögerung durch. Dieses Protokoll ermöglicht datenanalysen mit verschiedenen Tests, bei denen zwei Sätze von Proben aus kontinuierlichen Verteilungen mit gleichen Medianen verglichen werden, wie Wilcox- und Rank-Sum-Test oder Mann-Whitney U-Test oder Mediane, um T-Tests zu testen, wenn die Verteilung normal ist.

Innerhalb jeder Gruppe gab es deutliche Unterschiede in den Genauigkeitsergebnissen und Reaktionszeiten zwischen den beiden Bewertungssitzungen. In der Scheingruppe war die Worterkennung am ersten Tag deutlich besser als am zweiten. In der kathotorischen Gruppe war die Reaktionszeit in der Erkennungsaufgabe bei neuen Wörtern deutlich schneller als bei Konkurrenz-Pseudowörtern am ersten Tag, aber nicht am zweiten.

Die Ergebnisse der lexikalischen Entscheidungsaufgabe zeigten, dass nach der kathatorischen Stimulation sowohl am ersten als auch am zweiten Tag bei neuartigen Wörtern deutlich bessere Leistungen zu erzielen waren als bei Pseudowort-Konkurrenten. In der Scheingruppe war dieser Effekt jedoch nur am zweiten Tag signifikant. tDCS von Sprachkortika, die hier durch Wernickes Gebiet veranschaulicht werden, erzeugt ein komplexes Muster von Verhaltensergebnissen.

Die kontextuelle Darstellung neuer Wörter nach tDCS erweitert die Möglichkeiten des gleichzeitigen Studiums der Erfassung von Wortform per se und ihrer Semantik erheblich. Um die verschiedenen Effekte zu lösen, ist eine Batterie von verschiedenen Tests erforderlich, die die Prozesse auf verschiedenen Ebenen des Kurz- und Langzeitgedächtnisses, des lexikalischen Zugriffs, der semantischen Verarbeitung usw. testen könnte. Die kognitiven Effekte, die während der transienten Stimulationsphase erzielt werden, werden über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten und können daher möglicherweise zur Modulation der Worterfassung und -verarbeitung in praktischen Umgebungen verwendet werden.