Mecanismos neuronales subyacentes efectos
Forbrain®: una propuesta de investigación
por Carles Escera, PhD, Profesor
Director del Instituto de Cerebro, Cognición y Conducta (IR3C)
Departamento de Psiquiatría y Psicobiología Clínica de la Universidad de
Barcelona ( info )
Extracto:
(...)
State-of-the-art
Forbrain® es un dispositivo fácil de usar que implementa un
conductor óseo y una serie de filtros dinámicos para alimentar el usuario de
nuevo con su / su propia voz de una manera que se cree que mejora su percepción
por la optimización de todos los componentes del audio bucle vocal. Es
considerado como un producto que puede mejorar el habla, la fluidez, la
memoria, la concentración, la coordinación y muchas otras funciones
sensoriales, dando lugar a varios ajustes en la psicológica (cognitiva) /
dominio emocional.
El uso de un conductor óseo por Forbrain® amplía las
posibilidades de manipulación de estímulo y la presentación de una forma sin
precedentes, que resulta en nuevas posibilidades de enriquecimiento entorno
acústico. A
través de la conducción ósea (vibración de los huesos), la forma de onda que
viaja de un sonido alcanza el oído interno, induce una onda que viaja en la
membrana basilar y estimula la cóclea por los mismos mecanismos como la
conducción de aire normal (Stenfelt et al., 2003). De
esta manera, la cóclea, su membrana basilar y la codificación de la señal de
sonido entrante en un impulso neural, es un cuello de botella a través del cual
tanto el aire conducido y sonidos de hueso llevado a cabo convergen en su
camino hacia el sistema auditivo central (Stenfelt et al., 2003 ; 2005). Si
la amplitud y la fase de un sonido particular se ajustan apropiadamente, su
señal coclear debe ser anulado. Por
lo tanto, a través del filtro dinámico implementado en Forbrain®, cambios
inesperados y aleatorios en la señal de conducción ósea son introducidos que
pueden llegar a anular o distorsionar la señal de conducción de aire a los
mismos sonidos, dando lugar a cambios inesperados, raros y potencialmente
sorprendentes en la señal auditiva.
Con respecto a Forbrain ® y
como un factor crítico que debe tomarse en consideración, tiene que ser
destacado que la cóclea, su membrana basilar y la codificación de la señal de
sonido entrante en un impulso neural pueden ser considerados como un cuello de
botella a través del cual tanto el aire llevaron a cabo y los sonidos de huesos
realizado convergen en su camino a través del sistema auditivo central
(Stenfelt et al, 2003;. 2005). Por
lo tanto, si la amplitud y fase de un sonido particular se ajustan
apropiadamente, su señal coclear debe ser anulado. Esto
ya se observó anecdóticamente por von Békésy para un tono de 0,4 kHz en los
seres humanos, y posteriormente replicado en animales y seres humanos para
rangos de frecuencia de 0,1 a 15 kHz (Wever y Lawrence, 1954; Khanna et al,
1976.). Esto
es importante porque, a través del filtro dinámico implementado en Forbrain ®,
cambios imprevistos y aleatorios en la señal de conducción ósea pueden dar como
resultado que eventualmente puede cancelar, o al menos modificar
sustancialmente con la señal de conducción de aire a los mismos sonidos (es
decir, la uno pronunciada por el usuario que llega al canal de aire y la
emitida por el canal del hueso después de la modificación por la Forbrain ®
filtros que resulta en cambios inesperados, raros y potencialmente
sorprendentes en la señal auditiva que es finalmente transducidas en la cóclea
y se transporta a la central de sistema auditivo.
Se propone aquí que Forbrain® puede inducir cambios
plásticos en el sistema nervioso central por lo menos dos mecanismos neuronales
independientes pero relacionados: 1) al desafiar el bucle audio-vocal a través
de la señal de voz modificada dando lugar a un ambiente acústico enriquecido
dando plasticidadauditiva , y 2) al obligar a una serie de mecanismos ejecutivos
de control de la atención para hacer frente a las señales de atención
involuntarias desencadenadas por las entradas de voz no coincidentes. El
resultado final de todos estos procesos puede ser el refuerzo de los mecanismos
ejecutivos de control de la atención, lo que resulta en una mejor
concentración, una mayor resistencia a los distractores, las mejoras en la
capacidad de trabajo de la memoria y la sensación de estar más enfocado.
En comparación con muchos otros métodos de entrenamiento y
rehabilitación de las habilidades comunicativas, la mejora del lenguaje y la
mejora cognitiva, Forbrain® tiene la ventaja de que aunque --es activa requiere
para hablar en voz alta y para seguir un cierto régimen de ejercicios--, se
impone muy pocas demandas en el usuario. De
hecho, mientras que otros métodos requieren el logro de cierto nivel de
rendimiento en una serie de ejercicios que se estructuran en forma progresiva
de dificultad gradual a lo largo de varias semanas, los ejercicios Forbrain® se
adaptan por la motivación, el compromiso del usuario y la voluntad de seguir
con el entrenamiento , sin más restricciones. Esto
es obviamente una fuerte ventaja competitiva.
Ahora, y críticamente, si la entrada "natural" de la
voz esperada a través del canal de aire es manipulado por proporcionar "no
natural" (el "extra" retroalimentación conducción ósea) y, por
tanto, de entrada "inesperada" a través del canal del hueso, las
predicciones sensoriales provocados por lo tanto, por la copia eferente hayan
sido violados, lo que resulta en los ajustes necesarios en el modelo de la
expectativa sensorial. Esta
violación plantilla por una entrada inesperada resulta necesariamente en un
desafío de la atención, como el sistema auditivo identifica la señal entrante
como "desviado", "raro" o "inesperado",
resultando en un interruptor de atención involuntaria (Escera et al., 1998). Como
cuestión de hecho, un gran cuerpo de evidencia ha indicado que los estímulos
auditivos nuevos o inesperados activan un interruptor de atención involuntaria
hacia el estímulo de entrada que resulta en la distracción del comportamiento
de la tarea primaria en curso y un ajuste concomitante de la actividad cerebral
en la red neuronal subyacente ( ver comentarios en Escera et al, 2000;. Escera
y Corral, 2007, véase también a continuación la captura de la sección Atención
y respuesta de orientación). Por
lo tanto, en condiciones de retroalimentación auditiva a través de la
conducción ósea se podría esperar que presente el sistema auditivo a un régimen
de desafío constante a través de estímulos novedosos o inesperados, la
imposición de una alta carga de demandas de atención. Además,
en el segundo lugar, la aplicación del filtro gating introduce frecuencia y
manipulaciones temporales en la voz emitida de manera que se aparta aún más la
señal de entrada a partir de su copia eferente, aumentando aún más el desafío
atencional condujo por Forbrain ®.
El bucle de audio-vocal
El uso de los filtros dinámicos altera la señal de voz del
usuario que va a ser enviado a través de un conductor de hueso y no coincide
con el corolario de descarga (copia eferente) de los sonidos previstos. Esto
obliga línea Ajustes de grano fino en el bucle de audio-vocal, que pueden
considerarse como un factor de enriquecimiento de la evaluación científica
Forbrain® - 2. entorno acústico que va a la plasticidad auditiva. El
sistema vocal (motor) envía una copia eferente o de descarga corolario del
sonido que pretende producir, de modo que la codificación de la entrada
auditiva resultante de los sonidos de producción propia se atenúa en el sistema
auditivo (Aliu et al., 2008; ver Wolpert et al, 1995;. Crapse y Sommer, 2008;
Scott, 2013).
Es bien sabido que la corteza auditiva que puede sufrir cambios
plásticos en respuesta a los sonidos conductualmente relevantes (Fritz et al,
2005;. Nelken, 2009), como los que están condicionados para premiar o castigo
en experimentos con animales. Lo
que parece ser crítico para inducir estos cambios de plástico son la
importancia del comportamiento del estímulo. Un
ejemplo primordial de esta propiedad del sistema auditivo en visto en el
cerebro de los músicos, que muestran importantes diferencias funcionales y
anatómicos en comparación con no músicos (Zatorre, 2013). Sin
embargo, la plasticidad auditiva no sólo se ha visto en condiciones activas. Por
ejemplo, Eggermont y sus colegas demostraron en los gatos que la exposición
pasiva a largo plazo a un entorno acústico espectral mejorada provoca una
reorganización masiva del mapa tonotópica en la corteza auditiva (Noreña et al,
2006;. Pienkowski y Eggermont, 2012). También
en los seres humanos, la plasticidad cerebral inducida por la música que
escucha pasiva (una hora al día durante dos meses, de los materiales
seleccionados por ellos mismos) se observó en un estudio de pacientes que se
recuperan de un accidente cerebrovascular (Sarkamo et al., 2008), que mostraron
una mayor recuperación en verbal la memoria, la atención se centró y varias
mediciones de humor, que se mantuvo presente incluso después de 6 meses del
tratamiento.
La red cerebral para el lenguaje incluye el área de Broca en el
lóbulo frontal del hemisferio izquierdo, y su contraparte integral, situado en
la zona de Wernicke en el banco posterior del lóbulo temporal superior. Hay,
sin embargo, un área relacionada auditivo particular, situado en la parte
posterior de la temporale planun del hemisferio izquierdo, que también está
implicada en la producción del habla, la llamada área de Spt (Hickok et al.,
2000, 2003). Spt
se activa durante la percepción pasiva de expresión y durante encubierta
(subvocal) la articulación del habla (Buschbaum et al, 2001, 2005), y está
altamente correlacionada con la de los opercularis pars (Buschbaum et al.,
2005) región anatómica --un subserving parte de zona- de Broca, con el que está
interconectado a través densamente tractos de sustancia blanca (Hickok et al.,
2011). Funciones
vocales tracto Por lo tanto, al estar situado en el centro de una red de
auditivo (sulcus temporal superior) y el área motora (pars opercularis), el SPT
ha sido considerado como el eje de la integración sensoriomotora para el habla
y afines (Hickok et al. , 2010), está implicado en el control de retroalimentación
auditiva de la producción del habla. Se
ha propuesto obras región Spt como un mecanismo de control para ajustar
dinámicamente las señales del discurso programado a medida que se produce
(Hickok et al., 2010).
Esto es muy relevante para Forbrain® porque la retroalimentación
sensorial proporcionada por el conductor de los huesos y los filtros dinámicos
no realmente viola las predicciones internas, lo que lleva necesariamente a los
reajustes en línea y resintonizar del modelo interno para el habla. Por
ejemplo, un estudio mostró que los tartamudos develepomental persistentes
muestran una representación deficiente de los sonidos de su idioma nativo
(fonemas), en presencia de representación conservado características acústicas,
según se mide en condiciones pasivas (Corbera et al., 2005). Por
otra parte, estas representaciones de fonemas deficientes correlacionados con
la gravedad de la tartamudeo, apoyando el modelo teórico descrito
anteriormente. Una
implicación importante de la modelo, en general y en particular en relación con
Forbrain®, es que el uso de la propia voz es suficiente para generar señales
correctivas para actos de habla motor, como oír voces de otros oradores es
suficiente para aprender y los nuevos patrones de habla motor afinado. Por
lo tanto, se puede esperar que las redes motor del habla en la corteza frontal
se activan durante la escucha de voz pasiva, a la vez que se toma una profunda
recalibración del sistema lugar en línea a un nivel muy sutil durante la
producción normal del habla. Ahora
bien, si las señales entrantes esperados de la propia voz del uno se violan
profundamente, como ocurre con Forbrain®, cambios dramáticos de plástico son de
esperar en el bucle de audio-vocal.
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Mecanismos de control de la atención
En segundo lugar, las violaciónes inesperados de las
predicciones de la plantilla de los sonidos de auto-emitida desencadena una
cascada de procesos de atención involuntarias, incluyendo orientación
involuntaria de la atención hacia Forbrain® evaluación científica - 3. tesis
cambios, hacer frente a los distractores, y la reorientación de la atención de
nuevo a la tarea primaria (por ejemplo, el mensaje en curso) todos ellos se
producen en una escala por debajo del segundo. De
hecho, una consecuencia de los mecanismos explicado anteriormente es que las
predicciones sensoriales provocadas por la copia eferente del discurso en el
supuesto de violación por la entrada de la conducción ósea manipulado, lo que
resulta en los ajustes necesarios en el modelo de la expectativa sensorial. Esta
violación plantilla por una entrada inesperada resulta en un desafío de la
atención, como el sistema auditivo identifica la señal entrante como
"disruptiva" produciendo un interruptor de atención involuntaria
(Escera et al., 1998). Un
gran cuerpo de evidencia ha indicado que los estímulos auditivos nuevos o
inesperados activan un interruptor de atención involuntaria hacia el estímulo
entrante que resulta en la distracción del comportamiento de la tarea principal
en curso y un ajuste simultáneo de la actividad cerebral en la red neural
subyacente (ver comentarios en Escera et al ., 2000; Escera y Corral, 2007). La
activación de esta red neuronal puede ser seguido por la grabación de su firma
neural en el cuero cabelludo, es decir, mediante la extracción de los
correspondientes potenciales cerebrales relacionados con eventos de la EEG en
curso. Una
serie de forma de onda han sido identificados que conforman el llamado
potencial de distracción (DP; véase la Figura 1), y que refleja tres etapas
sucesivas en la cadena de atención involuntaria: el potencial de disparidad
(MMN) que refleja la detección de la disparidad (Escera et al ., 1998); (.
Escera et al, 1998) la novedad-P3, reflejando la orientación efectiva de la
atención hacia el sonido provocando, y la negatividad reorientación (RON)
(Schröger y Wolff, 1998; Escera et al, 2001.). Además,
el DP puede revelar las interacciones entre arriba hacia abajo y de abajo hacia
arriba las formas de atención, como durante el trabajo de carga de memoria
(SanMiguel et al., 2008) y el desafío emocional (Domínguez-Borràs et al.,
2009). Como
se comentó anteriormente, es muy probable que, por la naturaleza de las
manipulaciones que introduce a la voz de los usuarios, Forbrain® induce un
desafío notable a esta red cerebral para el control de la atención
involuntaria, y la grabación de este involuntarios potenciales relacionados con
la atención ofrece un marco sin precedentes para validar sus principios de
acción.
Además, en adición a la distracción del sistema auditivo también
puede hacer frente a distractores, fácilmente reorientación de atención de
nuevo a la ejecución de tareas después de un interruptor de atención
transitoria (Escera et al, 2001;. Schröger y Wolff, 1998; ver Escera y Corral,
2007). El
resultado final de todos estos procesos de orientación y reorientación de la
atención de ida y vuelta durante la audición de la propia voz manipulada a
través de un conductor óseo podría ser una mejora general de las capacidades de
control de la atención, lo que permite una protección más fácil contra
distractores y un comportamiento mejor enfocada.
Figura 1 . La
distracción potencial (DP). (Izquierda)
potenciales cerebrales relacionados con eventos provocados al estándar,
desviado, y ensayos novedosos durante la ejecución de tareas visuales sin tener
en cuenta
la estimulación
auditiva.(derecha) las formas de onda de resta (distracción, es decir,
desviadas y novedosas, menos ensayos estándar) que revelan DP.
La DP aparece como una
forma de onda de tres fásica revelar la contribución de MMN, N1-mejora, P3a /
novedad-P3,
y Ron. Adaptado
de Escera y Corral (2007).
(...)
Un campo de intereses potencial: habla en
ruido
Mientras que la percepción auditiva y del habla se presenta como
función natural para la mayoría de las personas, incluso cuando se lleva a cabo
en ambientes normales, que generalmente están llenos de diferentes tipos de
ruido de fondo, como en calles muy transitadas de la ciudad, cafeterías,
coincidió eventos sociales e incluso en el salón de clases, el sistema auditivo
tiene a la Figura 1. El potencial de distracción (DP). (Izquierda)
potenciales cerebrales relacionados con eventos provocados al estándar,
desviado, y ensayos novedosos durante la ejecución de tareas visuales sin tener
en cuenta la estimulación auditiva. (Derecha)
las formas de onda de resta (distracción, es decir, desviada y novela, menos
ensayos estándar) revelando DP. El
DP aparece como una forma de onda de tres fásica revelar la contribución de
MMN, N1-mejora, P3a / novedad-P3, y RON. Adaptado
de Escera y Corral (2007). Evaluación
científica Forbrain® - 4 para poner en práctica lo que se conoce como la
percepción exitosa del habla en ruido. Los
niños, especialmente los que tienen problemas de aprendizaje, y los adultos
mayores son particularmente vulnerables a los efectos del ruido en la
percepción del habla (Bradlow et al, 2003;. Ziegler et al, 2005;.. Kim et al,
2006). Estas
dificultades pueden surgir incluso en presencia de una audiometría de audición
normal, lo que sugiere que los déficits subyacentes se deben a mecanismos
deficientes auditivas centrales (Anderson y Kraus, 2010). En
consecuencia, se ha propuesto que algunos problemas de aprendizaje en niños
pueden resultar en parte de un déficit de exclusión de ruido, que se
manifestaría en presencia de ruido, pero no en situaciones bastantes (Sperling
et al, 2005;.. Ziegler et al, 2009) .
La percepción del habla en ruido es una tarea compleja que
involucra la interacción entre los procesos sensoriales y cognitivas. Con
el fin de identificar el sonido blanco de un altavoz del ruido de fondo, los
sistemas auditivos primero tiene que formar un objeto auditivo de lo que está
oyendo basado en señales spectrotemporal. Por
ejemplo, la voz del hablante se identifica por agrupación auditiva de las
características acústicas críticos, tales como la frecuencia fundamental (F0) y
el segundo armónico del estímulo (H2) que define el tono de la voz (Anderson y
Kraus, 2010). Varios
estudios han demostrado que la respuesta auditiva del tronco cerebral
registrada desde el cuero cabelludo humano conocido como la siguiente
frecuencia de respuesta (FFR), considerada como la firma biológica de
codificación de sonido en el tronco encefálico (Skoe y Kraus, 2010;
Chandrasekaran y Kraus, 2009; ver Figura 2) se retrasa y atenúa cuando se
obtienen a los estímulos que se presentan en condiciones de ruido de fondo
(Cunningham et al, 2001;. Anderson y Kraus, 2010). Por
otra parte, varios estudios recientes han demostrado que los diferentes
programas de formación pueden ayudar a mejorar la percepción del habla en ruido
por los mecanismos de mejora de la codificación de las características
relevantes del habla en el tronco encefálico (Anderson y Kraus, 2013; Kraus,
2012). Aquí,
Forbrain® aparece como una herramienta muy potente para inducir los cambios
plásticos auditivas necesarias para mejorar la percepción del habla en ruido.
.png)
Figura 1. La
Respuesta A raíz de frecuencia (FFR) (A) y sus componentes espectrales
correspondientes (B) para los / ba /, / wa / 1, / wa / 2, / wa / 3, / wa / 4
estímulos presentados con igual la probabilidad en
la misma secuencia de
estímulos. A)
Observe la mejora significativa de la amplitud de la respuesta en dos ventanas
de latencia (18-22 ms y ms 27-31) sobre la transición temporal de F1 y F2 que
se observó para el / ba / sílaba en comparación con el / wa / 1 sílaba ('*', p
<0,05). B)
Sorprendentemente, las amplitudes de la H2 armónica siguió el aumento de las
duraciones de transición de formantes, por lo que puede ser considerado como el
marcador biológico de la codificación de esta función de sonido en el tronco
cerebral auditivo humano. Adaptado
de slabu et al.(2012).
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