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Mecanismos neuronales subyacentes efectos Forbrain®: una propuesta de investigación. Carles Escera, PhD, Profesor

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 )


La publicación original en inglés la puedes leer en este enlace http://www.forbrain.com/learn-more/scientific-evaluation.

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.



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).

La publicación original en inglés la puedes leer en este enlace http://www.forbrain.com/learn-more/scientific-evaluation.

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