Stimolazione transcranica della corrente diretta (tDCS) delle aree di Wernicke e Broca negli studi sull'apprendimento delle lingue e sull'acquisizione di parole

In questo video, descriviamo un semplice protocollo efficiente in termini di tempo e costi per l'utilizzo della stimolazione della corrente continua transcranica per esperimenti psico e neurolinguistici volti a studiare in modo naturalistico, ma completamente controllato, il ruolo delle aree corticali del cervello umano nell'apprendimento delle parole e una serie completa di procedure comportamentali per valutare i risultati. Il linguaggio è una funzione molto importante, ma poco compresa, del cervello umano. Mentre gli studi sui modelli di attivazione cerebrale durante la comprensione del linguaggio sono abbondanti, ciò che spesso manca criticamente è l'evidenza causale del coinvolgimento delle aree cerebrali in una particolare funzione, non da ultimo a causa della natura umana unica di questa abilità e della carenza di strumenti neurofisiologici per studiare le relazioni causali nel cervello in modo non invasivo.

Gli ultimi anni hanno visto un rapido aumento dell'uso della stimolazione della corrente continua transcranica, o tDCS, che è una tecnica non invasiva facile, economica e sicura in grado di modulare lo stato dell'area cerebrale stimolata che fa putativamente spostando le soglie di eccitazione e inibizione, e quindi consente lo studio del suo particolare contributo a funzioni specifiche. Qui, descriveremo l'uso del tDCS in un esperimento psicolinguistico di apprendimento delle parole. Qui, prenderemo in considerazione l'applicazione di tDCS alle aree linguistiche in un esperimento di apprendimento delle parole.

In generale, il caso dell'apprendimento delle parole è preso qui come un esempio di esperimento neurolinguistico, e la parte tDCS della procedura non dovrebbe cambiare sostanzialmente per altri tipi di esperimenti linguistici che si rivolgono alle stesse aree. Tuttavia, abbiamo questa opportunità per evidenziare anche importanti considerazioni metodologiche nel termine esperimento di acquisizione di per sé, che è il secondo obiettivo principale della presente relazione. È importante ottenere tutte le autorizzazioni legali ed etiche per gli studi su argomenti umani richiesti dalla legislazione locale.

Nel nostro studio, il permesso è stato concesso dal Comitato Etico della Ricerca dell'Università di San Pietroburgo. Eseguire tutte le misurazioni in una telecamera insonorizzata, o almeno attenuata dal suono. L'isolamento acustico è molto importante, poiché qualsiasi suono estraneo, rumore, parlato umano e così via può influenzare significativamente le prestazioni e quindi influenzare i dati.

Per evitare interferenze da parte di un contatto non necessario con lo sperimentatore soggetto, solo lo schermo, le cuffie o gli altoparlanti e tutti i dispositivi di input, come le caselle della tastiera o dei pulsanti, devono trovarsi all'interno della fotocamera. L'interazione con lo sperimentatore deve essere tenuta sopra il citofono, a meno che non sia necessario un contatto personale. I parametri ottimali per la presentazione del testo sono il testo nero su sfondo grigio.

Usiamo font face Arial taglia 27. Per ridurre i ritardi e il jitter nella presentazione visiva, si consiglia di utilizzare una scheda video e un monitor con una frequenza di aggiornamento di 100 hertz e superiore. Per misurare i tempi di reazione, utilizzare cuscinetti di risposta di livello di ricerca che sono stati ergonomici e tempi più precisi rispetto alle tastiere convenzionali.

Abbiamo scelto parole di lingua russa che sono state controllate per la loro lunghezza e struttura generale per evitare qualsiasi effetto di base delle proprietà superficiali sull'elaborazione di livello superiore. Per creare più liste, abbiamo diviso la parola in insiemi che non differivano statisticamente sulla loro frequenza e sillabica. Questo è stato stabilito utilizzando test T.

Nuove forme di parola sono state create trasponendo le sillabe alternative all'interno di ogni insieme di parole. Quindi, le nuove parole assomigliavano a parole esistenti in termini di struttura ortografica e fonologica. Di conseguenza, abbiamo creato un elenco di forme di parole da imparare e un elenco di pseudo parole simili non apprese da un insieme di parole esistenti.

Tutti e tre i tipi di stimolo che condividevano un insieme potrebbero quindi potenzialmente entrare in competizione lessicale come vicini dopo la fase di apprendimento. Sono stati preparati anche un ulteriore elenco di parole e pseudo parole che non condividevano questa somiglianza. Gli insiemi sono stati controbilanciati intorno ai gruppi di soggetti nel modo in cui hanno svolto diversi ruoli sperimentali per ridurre al minimo eventuali effetti della forma superficiale sulla semantica appena acquisita.

Abbiamo anche creato nuovi significati associati alle nuove parole nel processo di apprendimento. Erano fatti di concetti obsoleti o reali non presenti nella lingua dei partecipanti. Per l'apprendimento contestuale della nuova semantica, abbiamo creato cinque frasi per ciascuno dei nuovi concetti che descrivono situazioni attraverso le quali si potrebbe comprendere gradualmente il significato delle parole novelle dal contesto generale a quello più specifico.

Parole nuove erano rappresentate nella loro forma di base. La lunghezza delle frasi e il numero di parole sono stati controllati e l'equilibrio tra le condizioni. Ogni frase consisteva di otto parole in base alla lunghezza minima delle frasi in russo, che consentono di comprendere il contesto.

Mentre leggi queste frasi, puoi capire che il circunal è una sorta di sensazione negativa che appare quando devi ricordare troppe password dai tuoi account. Per valutare l'acquisizione e la comprensione delle forme e della semantica delle parole usiamo diversi compiti, richiamo gratuito, riconoscimento cue, decisioni lessicali, definizione semantica e giudizio semantico. Nell'attività di richiamo gratuito, i partecipanti hanno dovuto riprodurre tutti i nuovi moduli di parole che potevano ricordare digitandoli nel foglio di calcolo preparato.

I compiti di riconoscimento e di decisione lessicale sono stati utilizzati gli stessi stimoli e la stessa velocità di presentazione e differiscono solo nelle istruzioni. Gli articoli sono stati presentati in sequenza e casualmente. Nell'attività di riconoscimento i partecipanti hanno dovuto premere il pulsante uno se hanno incontrato la parola durante l'esperimento o premerne due se non l'hanno fatto.

Nella decisione lessicale, dovevano premere il pulsante uno se presentavano ciò che aveva senso o premerne due se non lo faceva. I compiti semantici sono stati usati per stimare l'acquisizione di significati normali e la corrispondenza tra quel significato e la forma superficiale. Nell'attività di definizione semantica, ai partecipanti viene fornito un elenco degli elementi, quelli presentati in precedenza nella fase di apprendimento.

Dovrebbero cercare di definire ciascuno di essi e digitare le loro definizioni nel foglio di calcolo. Nel compito di giudizio semantico, ai partecipanti sono state presentate una parola e tre definizioni. Dovrebbero scegliere una definizione corretta per ogni parola premendo il pulsante corrispondente.

Solo una delle definizioni era corretta. Inoltre, ti consigliamo di includere nessuna di queste opzioni o di non essere sicuro. La stimolazione elettrica a corrente continua transcranica, tDCS, genera neuromodulazioni e attività spontanea e neuronale.

A seconda dell'orientamento delle cellule rispetto alla corrente, il potenziale della membrana può essere spostato leggermente verso l'iperpolarizzazione. Ad esempio, per il sistema motorio avviene durante la stimolazione anodale, o la depolarizzazione per la stimolazione catodale. Questo cambiamento nella tua eccitabilità neurale porterà a varie alterazioni temporanee nella funzione cerebrale, comprese le funzioni cognitive sensoriali motorie e di alto livello.

Qui, prenderemo in considerazione l'applicazione del tDCS ad aree linguistiche come le aree umane di Wernicke e Broca in un esperimento di apprendimento delle parole. È importante ricordare la principale differenza tra tDCS e altri metodi di stimolazione cerebrale non invasiva, come la stimolazione magnetica transcranica, in primo luogo, poiché non esiste un modo più semplice per determinare la sensibilità al tDCS mediante valutazione della soglia, viene applicato un singolo protocollo per tutti i soggetti. In secondo luogo, è molto difficile stimare con precisione l'area di stimolazione.

Si può parlare solo dell'area ipotetica. In terzo luogo, è anche difficile stimare la durata degli effetti di stimolazione offline. Presumibilmente, l'effetto principale della stimolazione si osserva fino a un'ora dopo la fine della stimolazione.

Tuttavia, l'effetto della stimolazione può talvolta essere rilevato anche un giorno dopo la stimolazione. Esistono tre tipi di stimolazione, catodale, con un elettrodo catodico sull'area bersaglio, anodale, con l'anodo sopra l'area bersaglio e placebo, o stimolazione fittizia. Utilizzare elettrodi di spugna che misurano cinque per cinque centimetri.

Gli elettrodi devono essere immersi in una fisiologica soluzione salina per cinque minuti prima dell'applicazione. Al fine di ridurre al minimo l'effetto della stimolazione su altre aree del cervello, mettere l'elettrodo anodale alla base del collo sul lato destro. Usiamo elettrodi spugnosi che misurano due per cinque centimetri.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata per evitare la diffusione della soluzione oltre i confini della zona di applicazione degli elettrodi. Prestare particolare attenzione a mantenere asciutta l'area dell'elettrodo circostante. Il protocollo ottimale per la stimolazione del catodo è la stimolazione di una corrente milliamp per 10 minuti.

In primo luogo, la corrente sale a un milliamp nei 20 secondi iniziali e alla fine della stimolazione diminuisce a zero negli ultimi 20 secondi della stimolazione. Gli insiemi con frasi contestuali contenenti le nuove parole sono presentati in ordine casuale. Ogni frase inizia con una presentazione parola per parola.

Successivamente, l'intera frase appare sullo schermo per garantirne la piena comprensione. I partecipanti devono premere un pulsante di risposta indicato con il dito indice della mano sinistra dopo aver letto l'intera frase. La mano sinistra viene utilizzata per ridurre le interferenze con gli errori linguistici dell'emisfero sinistro.

La durata della presentazione della frase è di cinque secondi. Quindi un mirino appare al centro dello schermo per 500 millisecondi e inizia la frase successiva. I set delle frasi sono separati l'uno dall'altro dalla comparsa di tre mirini per due secondi.

Ogni nuova presentazione concettuale inizia con un altro mirino presente per 500 millisecondi prima che le parole della frase siano lampeggiate. Ogni parola viene presentata per 500 millisecondi, lo schermo vuoto e il colore di sfondo tra le parole entro una frase per 300 millisecondi. Abbiamo usato una batteria di test diversi poiché gli effetti tDCS sull'elaborazione del linguaggio non sono ben noti.

Per valutare gli effetti di apprendimento sia immediatamente che dopo la fase di consolidamento notturno, si consiglia di suddividere lo stimolo impostato in due sottoinsiemi, equamente distribuiti tra le condizioni di stimolo e controbilanciati in tutto il gruppo temato. Stiamo eseguendo le attività di valutazione immediatamente dopo il protocollo di apprendimento e dopo un ritardo di 24 ore. Questo protocollo consente l'analisi dei dati utilizzando diversi test confrontando due set di campioni provenienti da distribuzioni continue con mediane uguali, come il test Wilcox e Rank Sum, o il test Mann-Whitney U, o mediane per campionare il test T se la distribuzione è normale.

All'interno di ciascun gruppo, ci sono state notevoli differenze nei punteggi di accuratezza e nei tempi di reazione tra le due sessioni di valutazione. Nel gruppo fittizio il riconoscimento delle nuove parole era significativamente migliore il primo giorno che il secondo. Nel gruppo catodale la latenza del tempo di reazione nel compito di riconoscimento era significativamente più veloce per le parole nuove che per le pseudo parole concorrenti il primo giorno, ma non il secondo.

I risultati del compito decisionale lessicale hanno mostrato che dopo la stimolazione catodale sia il primo che il secondo giorno c'erano prestazioni significativamente migliori per le parole nuove che per i concorrenti di pseudo parole. Nel gruppo sham, tuttavia, questo effetto è stato significativo solo il secondo giorno. tDCS di cortici linguistici esemplificato qui dall'area di Wernicke produce un complesso modello di risultati comportamentali.

La presentazione contestuale di nuove parole dopo tDCS espande significativamente le possibilità di studio simultaneo dell'acquisizione della forma delle parole di per sé e della sua semantica. Per disinnestare i vari effetti è necessaria una batteria di diversi test, che potrebbe testare i processi a diversi livelli di memoria a breve e lungo termine, accesso lessicale, elaborazione semantica e così via. Gli effetti cognitivi ottenuti durante la fase di stimolazione transitoria sono mantenuti per un periodo più lungo e possono quindi essere eventualmente utilizzati per modulare l'acquisizione e l'elaborazione delle parole in ambienti pratici.