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

Neste vídeo, descrevemos um protocolo simples de tempo e custo-benefício para o uso de estimulação transcraniana de corrente direta para experimentos psico e neurolinguísticos destinados a estudar de forma naturalista, mas totalmente controlada o papel das áreas corticais do cérebro humano na aprendizagem de palavras, e um conjunto abrangente de procedimentos comportamentais para avaliar os resultados. A linguagem é uma função altamente importante, mas mal compreendida, do cérebro humano. Embora os estudos de padrões de ativação cerebral durante a compreensão da linguagem sejam abundantes o que muitas vezes está faltando criticamente é a evidência causal do envolvimento das áreas cerebrais em uma determinada função, especialmente devido à natureza humana única dessa habilidade, e à escassez de ferramentas neurofisiológicas para estudar relações causais no cérebro não invasivamente.

Nos últimos anos, houve um rápido aumento no uso de estimulação transcraniana de corrente direta, ou tDCS, que é uma técnica fácil, barata e segura não invasiva que pode modular o estado da área cerebral estimulada que faz putativamente mudando os limiares de excitação e inibição, e assim permite o estudo de sua contribuição particular para funções específicas. Aqui, descreveremos o uso do tDCS em um experimento psicolinguístico de aprendizagem de palavras. Aqui, consideraremos a aplicação do TDCS em áreas linguísticas em um experimento de aprendizagem de palavras.

Em geral, o caso da aprendizagem de palavras é tomado aqui como um exemplo de um experimento neurolinguístico, e a parte tDCS do procedimento não deve mudar substancialmente para outros tipos de experimentos linguísticos que visam as mesmas áreas. No entanto, aproveitamos esta oportunidade para destacar também grandes considerações metodológicas no experimento de aquisição de palavras em si, que é o segundo principal objetivo do relatório atual. É importante obter todas as permissões legais e éticas para estudos sobre seres humanos que são exigidos pela sua legislação local.

Em nosso estudo, a permissão foi concedida pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade de São Petersburgo. Conduza todas as medidas em uma câmera à prova de som, ou pelo menos atenuada. O isolamento acústico é muito importante, uma vez que qualquer som estranho, ruído, fala humana, e assim por diante pode afetar significativamente o desempenho e, assim, influenciar os dados.

Para evitar interferências por contato desnecessário do experimentador de assuntos, apenas a tela, fones de ouvido ou alto-falantes e quaisquer dispositivos de entrada, como teclado ou caixas de botões, devem ser localizados dentro da câmera. A interação com o experimentador deve ser realizada durante o interfone, a menos que seja necessário contato pessoal. Os parâmetros ideais para apresentação de texto são texto preto no fundo cinza.

Usamos o rosto da fonte Arial tamanho 27. Para reduzir atrasos e nervosismo na apresentação visual, recomendamos usar uma placa de vídeo e um monitor com uma taxa de atualização de 100 hertz e mais. Para medir os tempos de reação, use almofadas de resposta de grau de pesquisa que foram ergonomia e tempo mais preciso em comparação com teclados convencionais.

Escolhemos palavras da língua russa que foram controladas por seu comprimento e estrutura geral para evitar qualquer efeito básico das propriedades superficiais no processamento de nível mais alto. Para criar várias listas, dividimos a palavra em conjuntos que não diferem estatisticamente em sua frequência e silábica. Isso foi estabelecido usando testes T.

Novas formas de palavras foram criadas pela transposição das sílabas alternativas dentro de cada conjunto de palavras. Assim, as palavras novas se assemelhavam às palavras existentes em termos de estrutura ortográfica e fonológica. Como resultado, criamos uma lista de formulários de palavras a serem aprendidas e uma lista de pseudo-palavras semelhantes não aprendidas de um conjunto de palavras existentes.

Todos os três tipos de estímulo que compartilhavam um conjunto, portanto, potencialmente entrariam em competição léxica como vizinhos após a fase de aprendizado. Também foram preparadas outras listas de controle de palavras e pseudo-palavras que não compartilhavam essa semelhança. Os conjuntos foram contrabalançados em torno dos grupos sujeitos da forma como desempenharam diferentes papéis experimentais para minimizar quaisquer efeitos da forma superficial na semântica recém-adquirida.

Também criamos novos significados associados às novas palavras no processo de aprendizagem. Eram feitos de conceitos obsoletos ou reais não presentes na linguagem dos participantes. Para o aprendizado contextual da semântica nova, criamos cinco frases para cada um do novo conceito descrevendo situações através das quais se poderia entender o significado das novas palavras gradualmente de contexto geral para mais específico.

Palavras novas foram representadas em sua forma base. A duração das frases e o número de palavras foram controlados e o equilíbrio entre as condições. Cada frase consistia em oito palavras de acordo com o comprimento mínimo das frases em russo, que permitem entender o contexto.

Como você está lendo essas frases, você pode entender que circunal é um tipo de sentimento negativo que aparece quando você tem que lembrar muitas senhas de suas contas. Para avaliar a aquisição e compreensão de formas de palavras e semânticas utilizamos várias tarefas, recall livre, reconhecimento de deixa, decisões léxicas, definição semântica e julgamento semântico. Na tarefa de recall gratuito, os participantes tiveram que reproduzir o máximo de formas de palavras novas que pudessem se lembrar digitando-as na planilha preparada.

As tarefas de reconhecimento e decisões léxicas foram utilizadas os mesmos estímulos e velocidade de apresentação e diferem apenas nas instruções. Os itens foram apresentados sequencialmente e aleatoriamente. Na tarefa de reconhecimento, os participantes tiveram que pressionar o botão um se encontrassem a palavra durante o experimento ou pressionassem dois, se não o encontrassem.

Na decisão léxica, eles tinham que pressionar o botão um se apresentassem o que fazia sentido ou pressionassem dois se não fizessem. Tarefas semânticas foram utilizadas para estimar a aquisição de significados normais e a correspondência entre esse significado e a forma de superfície. Na tarefa de definição semântica, os participantes recebem uma lista dos itens, aqueles apresentados anteriormente na fase de aprendizagem.

Eles devem tentar definir cada um deles e digitar suas definições na planilha. Na tarefa de julgamento semântico, os participantes foram apresentados com uma palavra e três definições. Eles devem escolher uma definição correta para cada palavra pressionando o botão correspondente.

Apenas uma das definições estavam corretas. Além disso, sugerimos incluir nenhuma opção ou nenhuma opção certa. Estimulação elétrica de corrente direta transcraniana, tDCS, gera modulações neurológicas e atividade espontânea e neuronal.

Dependendo da orientação das células em relação à corrente, o potencial da membrana pode ser ligeiramente deslocado para a hiperpolarização. Por exemplo, para o sistema motor acontece durante a estimulação anodal, ou despolarização para estimulação catodal. Essa mudança em sua excitabilidade neural levará a várias alterações temporárias na função cerebral, incluindo as funções cognitivas sensoriais motoras e de alto nível.

Aqui, consideraremos a aplicação do TDCS em áreas linguísticas como as áreas humanas de Wernicke e Broca em um experimento de aprendizagem de palavras. É importante lembrar a principal diferença entre o TDCS e outros métodos de estimulação cerebral não invasivos, como a estimulação magnética transcraniana, em primeiro lugar, uma vez que não há uma maneira mais simples de determinar a sensibilidade ao TDCS por avaliação de limiar, um único protocolo é aplicado para todos os sujeitos. Segundo, é muito difícil estimar com precisão a área de estimulação.

Só se pode falar sobre a área hipotética. Terceiro, também é difícil estimar a duração dos efeitos de estimulação offline. Presumivelmente, o principal efeito da estimulação é observado até uma hora após o término da estimulação.

No entanto, o efeito da estimulação às vezes pode ser detectado mesmo um dia após a estimulação. Existem três tipos de estimulação, catodal, com um eletrodo de cátodo sobre a área alvo, anodal, com o ânodo sobre a área alvo, e placebo, ou estimulação falsa. Use eletrodos de esponja medindo cinco por cinco centímetros.

Os eletrodos devem ser encharcados em solução fisiológica de soro fisiológico por cinco minutos antes da aplicação. A fim de minimizar o efeito da estimulação em outras áreas do cérebro colocar o eletrodo anodal na base do pescoço no lado direito. Usamos eletrodos esponjosos medindo dois por cinco centímetros.

Atenção especial deve ser dada para evitar a disseminação da solução além dos limites da zona de aplicação de eletrodos. Deve-se tomar cuidado especial para manter a área de eletrodo ao redor seca. O protocolo ideal para estimulação de cátodo é a estimulação por uma corrente miliampa por 10 minutos.

Primeiro, a corrente sobe para um miliamper nos 20 segundos iniciais, e no final da estimulação diminui para zero nos últimos 20 segundos da estimulação. Os conjuntos com frases contextuais contendo as palavras novas são apresentados em uma ordem aleatória. Cada frase começa com uma palavra por palavra de apresentação.

Depois disso, toda a frase aparece na tela para garantir sua compreensão completa. Os participantes têm que pressionar um botão de resposta indicado com o dedo indicador da mão esquerda após a leitura da frase inteira. A mão esquerda é usada para reduzir a interferência com os erros de linguagem do hemisfério esquerdo.

A duração da apresentação da sentença é de cinco segundos. Em seguida, uma mira aparece no centro da tela por 500 milissegundos e a próxima frase começa. Os conjuntos das frases são separados um do outro por aparecimento de três miras por dois segundos.

Cada nova apresentação conceitual começa com outra mira presente por 500 milissegundos antes que as palavras de frase sejam piscadas. Cada palavra é apresentada por 500 milissegundos, a tela vazia e a cor de fundo entre as palavras dentro de uma frase por 300 milissegundos. Usamos uma bateria de diferentes testes, uma vez que os efeitos tDCS no processamento do idioma não são bem conhecidos.

Para avaliar os efeitos de aprendizagem imediatamente e após a fase de consolidação durante a noite, recomendamos quebrar o estímulo definido em dois subconjuntos, distribuídos igualmente em condições de estímulo e contrabalanceados em todo o grupo sujeito. Estamos executando as tarefas de avaliação imediatamente após o protocolo de aprendizagem e após um atraso de 24 horas. Este protocolo permite a análise de dados usando diferentes testes comparando dois conjuntos de amostras provenientes de distribuições contínuas com medianas iguais, como o teste de Wilcox e Rank Sum, ou teste de Mann-Whitney U, ou medianas para amostrar t-test se a distribuição for normal.

Dentro de cada grupo, houve diferenças notáveis nos escores de precisão e nos tempos de reação entre as duas sessões de avaliação. No grupo falso, o reconhecimento de palavras foi significativamente melhor no primeiro dia do que no segundo. Na latência do tempo de reação do grupo catódal na tarefa de reconhecimento foi significativamente mais rápida para palavras novas do que para pseudo-palavras concorrentes no primeiro dia, mas não no segundo.

Os resultados da tarefa de decisão léxica mostraram que após a estimulação catódal tanto no primeiro quanto no segundo dia houve um desempenho significativamente melhor para palavras novas do que para concorrentes pseudo-palavra. No grupo falso, no entanto, esse efeito foi significativo apenas no segundo dia. tDCS de cortices linguísticos exemplificados aqui pela área de Wernicke produz um padrão complexo de resultados comportamentais.

A apresentação contextual de novas palavras após o TDCS amplia significativamente as possibilidades de estudo simultâneo de aquisição de forma de palavra em si e de sua semântica. Para desengatar os vários efeitos é necessária uma bateria de diferentes testes, que poderia testar os processos em diferentes níveis de memória de curto e longo prazo, acesso léxico, processamento semântico, e assim por diante. Os efeitos cognitivos obtidos durante a fase de estimulação transitória são mantidos por um período mais longo e, portanto, podem ser possivelmente utilizados para modular a aquisição e o processamento de palavras em ambientes práticos.