Published February 6, 2017 | Version v1
Publication Open

Vibrotactile Discrimination Training Affects Brain Connectivity in Profoundly Deaf Individuals

Creators

  • 1. Hospital Civil de Guadalajara
  • 2. University of Guadalajara
  • 3. Universidad de Morón

Description

Early auditory deprivation has serious neurodevelopmental and cognitive repercussions largely derived from impoverished and delayed language acquisition. These conditions may be associated with early changes in brain connectivity. Vibrotactile stimulation is a sensory substitution method that allows perception and discrimination of sound, and even speech. To clarify the efficacy of this approach, a vibrotactile oddball task with 700 and 900 Hz pure-tones as stimuli [counterbalanced as target (T: 20% of the total) and non-target (NT: 80%)] with simultaneous EEG recording was performed by 14 profoundly deaf and 14 normal-hearing (NH) subjects, before and after a short training period (five 1-h sessions; in 2.5-3 weeks). A small device worn on the right index finger delivered sound-wave stimuli. The training included discrimination of pure tone frequency and duration, and more complex natural sounds. A significant P300 amplitude increase and behavioral improvement was observed in both deaf and normal subjects, with no between group differences. However, a P3 with larger scalp distribution over parietal cortical areas and lateralized to the right was observed in the profoundly deaf. A graph theory analysis showed that brief training significantly increased fronto-central brain connectivity in deaf subjects, but not in NH subjects. Together, ERP tools and graph methods depicted the different functional brain dynamic in deaf and NH individuals, underlying the temporary engagement of the cognitive resources demanded by the task. Our findings showed that the index-fingertip somatosensory mechanoreceptors can discriminate sounds. Further studies are necessary to clarify brain connectivity dynamics associated with the performance of vibrotactile language-related discrimination tasks and the effect of lengthier training programs.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الحرمان السمعي المبكر له تداعيات عصبية ومعرفية خطيرة مستمدة إلى حد كبير من اكتساب اللغة الفقير والمتأخر. قد ترتبط هذه الحالات بالتغيرات المبكرة في اتصال الدماغ. التحفيز الاهتزازي هو طريقة استبدال حسية تسمح بالإدراك وتمييز الصوت، وحتى الكلام. لتوضيح فعالية هذا النهج، تم إجراء مهمة غريب الأطوار الاهتزازي مع نغمات نقية 700 و 900 هرتز كمحفزات [موازنة كهدف (T: 20 ٪ من الإجمالي) وغير مستهدف (NT: 80 ٪)] مع تسجيل تخطيط كهربية الدماغ في وقت واحد من قبل 14 شخصًا أصمًا بشدة و 14 شخصًا يسمعون بشكل طبيعي (NH)، قبل وبعد فترة تدريب قصيرة (خمس جلسات لمدة ساعة واحدة ؛ في 2.5-3 أسابيع). جهاز صغير يتم ارتداؤه على السبابة اليمنى يقدم محفزات الموجات الصوتية. تضمن التدريب التمييز بين تردد ومدة النغمة النقية، والأصوات الطبيعية الأكثر تعقيدًا. لوحظت زيادة كبيرة في سعة P300 وتحسن سلوكي في كل من الأشخاص الصم والأشخاص العاديين، مع عدم وجود اختلافات بين المجموعات. ومع ذلك، لوحظ وجود P3 مع توزيع أكبر لفروة الرأس على المناطق القشرية الجدارية والجانبية إلى اليمين في الصم العميق. أظهر تحليل نظرية الرسم البياني أن التدريب القصير زاد بشكل كبير من اتصال الدماغ المركزي الأمامي لدى الأشخاص الصم، ولكن ليس لدى الأشخاص الذين يعانون من الصمم. معًا، صورت أدوات تخطيط موارد المؤسسات وطرق الرسم البياني ديناميكية الدماغ الوظيفية المختلفة لدى الأفراد الصم و NH، والتي تكمن وراء المشاركة المؤقتة للموارد المعرفية التي تتطلبها المهمة. أظهرت النتائج التي توصلنا إليها أن المستقبلات الميكانيكية الحسية الجسدية ذات طرف الإصبع يمكن أن تميز الأصوات. من الضروري إجراء مزيد من الدراسات لتوضيح ديناميكيات اتصال الدماغ المرتبطة بأداء مهام التمييز المتعلقة باللغة الاهتزازية وتأثير برامج التدريب الطويلة.

Translated Description (French)

La privation auditive précoce a de graves répercussions neurodéveloppementales et cognitives en grande partie dues à l'appauvrissement et au retard de l'acquisition du langage. Ces conditions peuvent être associées à des changements précoces de la connectivité cérébrale. La stimulation vibrotactile est une méthode de substitution sensorielle qui permet la perception et la discrimination du son, et même de la parole. Pour clarifier l'efficacité de cette approche, une tâche vibrotactile avec des sons purs de 700 et 900 Hz comme stimuli [contrebalancé comme cible (T : 20% du total) et non cible (NT : 80%)] avec enregistrement EEG simultané a été réalisée par 14 sujets sourds profonds et 14 sujets entendants normaux (NH), avant et après une courte période d'entraînement (cinq séances de 1 h ; en 2,5-3 semaines). Un petit appareil porté sur l'index droit délivrait des stimuli d'ondes sonores. La formation comprenait une discrimination de la fréquence et de la durée des sons purs, et des sons naturels plus complexes. Une augmentation significative de l'amplitude P300 et une amélioration du comportement ont été observées chez les sujets sourds et normaux, sans différence entre les groupes. Cependant, une P3 avec une distribution plus importante du cuir chevelu sur les zones corticales pariétales et latéralisée à droite a été observée chez les sourds profonds. Une analyse de la théorie des graphes a montré qu'un entraînement bref augmentait significativement la connectivité cérébrale fronto-centrale chez les sujets sourds, mais pas chez les sujets NH. Ensemble, les outils ERP et les méthodes graphiques ont décrit les différentes dynamiques cérébrales fonctionnelles chez les individus sourds et NH, sous-jacentes à l'engagement temporaire des ressources cognitives requises par la tâche. Nos résultats ont montré que les mécanorécepteurs somatosensoriels de l'index peuvent discriminer les sons. D'autres études sont nécessaires pour clarifier la dynamique de la connectivité cérébrale associée à l'exécution de tâches de discrimination liées au langage vibrotactile et à l'effet de programmes de formation plus longs.

Translated Description (Spanish)

La privación auditiva temprana tiene graves repercusiones en el desarrollo neurológico y cognitivo derivadas en gran medida de la adquisición del lenguaje empobrecida y retrasada. Estas condiciones pueden estar asociadas con cambios tempranos en la conectividad cerebral. La estimulación vibrotáctil es un método de sustitución sensorial que permite la percepción y discriminación del sonido, e incluso del habla. Para aclarar la eficacia de este enfoque, se realizó una tarea extraña vibrotáctil con tonos puros de 700 y 900 Hz como estímulos [contrapesados como objetivo (T: 20% del total) y no objetivo (NT: 80%)] con registro EEG simultáneo por 14 sujetos profundamente sordos y 14 de audición normal (NH), antes y después de un corto período de entrenamiento (cinco sesiones de 1 hora; en 2.5-3 semanas). Un pequeño dispositivo que se llevaba en el dedo índice derecho emitía estímulos de ondas sonoras. La capacitación incluyó la discriminación de la frecuencia y duración del tono puro, y sonidos naturales más complejos. Se observó un aumento significativo de la amplitud de P300 y una mejora del comportamiento tanto en sujetos sordos como normales, sin diferencias entre grupos. Sin embargo, en los sordos profundos se observó una P3 con mayor distribución del cuero cabelludo sobre zonas corticales parietales y lateralizada a la derecha. Un análisis de la teoría de gráficos mostró que el entrenamiento breve aumentó significativamente la conectividad cerebral frontocentral en sujetos sordos, pero no en sujetos con NH. En conjunto, las herramientas de ERP y los métodos de gráficos representaron las diferentes dinámicas funcionales del cerebro en personas sordas y con NH, lo que subyace al compromiso temporal de los recursos cognitivos exigidos por la tarea. Nuestros hallazgos mostraron que los mecanorreceptores somatosensoriales de la punta del dedo índice pueden discriminar sonidos. Se necesitan más estudios para aclarar la dinámica de conectividad cerebral asociada con el desempeño de tareas de discriminación relacionadas con el lenguaje vibrotáctil y el efecto de programas de capacitación más largos.

Files

pdf.pdf

Files (3.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0cc34c972738d87116007fe46c39ac20
3.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يؤثر التدريب على التمييز الاهتزازي اللمسي على اتصال الدماغ لدى الأفراد الصم بشكل عميق
Translated title (French)
La formation sur la discrimination vibrotactile affecte la connectivité cérébrale chez les personnes profondément sourdes
Translated title (Spanish)
El entrenamiento de discriminación vibrotáctil afecta la conectividad cerebral en personas profundamente sordas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2587297116
DOI
10.3389/fnhum.2017.00028

Is supplement to
https://openalex.org/W4381805184 (Other)
https://openalex.org/W4283327487 (Other)
https://openalex.org/W3170595390 (Other)
https://openalex.org/W2980957596 (Other)
https://openalex.org/W2715977805 (Other)
https://openalex.org/W2461220786 (Other)
https://openalex.org/W2303103652 (Other)
https://openalex.org/W2200901411 (Other)
https://openalex.org/W2108713001 (Other)
https://openalex.org/W2046809807 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1487661658
  • https://openalex.org/W1502745763
  • https://openalex.org/W175810823
  • https://openalex.org/W1760829075
  • https://openalex.org/W1885539505
  • https://openalex.org/W1964137202
  • https://openalex.org/W1970566174
  • https://openalex.org/W1975271531
  • https://openalex.org/W1979384045
  • https://openalex.org/W1982593204
  • https://openalex.org/W1983485726
  • https://openalex.org/W1987924998
  • https://openalex.org/W1991264100
  • https://openalex.org/W1992328660
  • https://openalex.org/W1997293236
  • https://openalex.org/W1997525236
  • https://openalex.org/W2001021610
  • https://openalex.org/W2002313059
  • https://openalex.org/W2002644089
  • https://openalex.org/W2003548990
  • https://openalex.org/W2010836302
  • https://openalex.org/W2015518028
  • https://openalex.org/W2024042027
  • https://openalex.org/W2025894639
  • https://openalex.org/W2029519094
  • https://openalex.org/W2030357781
  • https://openalex.org/W2033570783
  • https://openalex.org/W2036848212
  • https://openalex.org/W2043841827
  • https://openalex.org/W2043876008
  • https://openalex.org/W2044073395
  • https://openalex.org/W2046936604
  • https://openalex.org/W2051276453
  • https://openalex.org/W2062415273
  • https://openalex.org/W2065159495
  • https://openalex.org/W2069244153
  • https://openalex.org/W2069332743
  • https://openalex.org/W2072167531
  • https://openalex.org/W2080600793
  • https://openalex.org/W2086523769
  • https://openalex.org/W2091589061
  • https://openalex.org/W2095784025
  • https://openalex.org/W2100303756
  • https://openalex.org/W2100818777
  • https://openalex.org/W2101752334
  • https://openalex.org/W2104142411
  • https://openalex.org/W2104640717
  • https://openalex.org/W2105549490
  • https://openalex.org/W2105969133
  • https://openalex.org/W2109611113
  • https://openalex.org/W2117049078
  • https://openalex.org/W2117691117
  • https://openalex.org/W2120613434
  • https://openalex.org/W2121976178
  • https://openalex.org/W2122547414
  • https://openalex.org/W2127570060
  • https://openalex.org/W2128701371
  • https://openalex.org/W2129109788
  • https://openalex.org/W2130503044
  • https://openalex.org/W2131294823
  • https://openalex.org/W2135961695
  • https://openalex.org/W2136134005
  • https://openalex.org/W2136562407
  • https://openalex.org/W2137620495
  • https://openalex.org/W2141418886
  • https://openalex.org/W2141686527
  • https://openalex.org/W2142797001
  • https://openalex.org/W2143909130
  • https://openalex.org/W2144745730
  • https://openalex.org/W2145729305
  • https://openalex.org/W2149985837
  • https://openalex.org/W2154585723
  • https://openalex.org/W2156046656
  • https://openalex.org/W2157484753
  • https://openalex.org/W2158911239
  • https://openalex.org/W2159111389
  • https://openalex.org/W2159856807
  • https://openalex.org/W2160307384
  • https://openalex.org/W2161154590
  • https://openalex.org/W2165394321
  • https://openalex.org/W2165710467
  • https://openalex.org/W2166148649
  • https://openalex.org/W2167116773
  • https://openalex.org/W2169332445
  • https://openalex.org/W2170989768
  • https://openalex.org/W2171369451
  • https://openalex.org/W2294189354
  • https://openalex.org/W2305921871
  • https://openalex.org/W2337797628
  • https://openalex.org/W2345869005
  • https://openalex.org/W2395658319
  • https://openalex.org/W2468478141
  • https://openalex.org/W2519923093
  • https://openalex.org/W2556742236
  • https://openalex.org/W4207081748
  • https://openalex.org/W4237130846
  • https://openalex.org/W4237381563
  • https://openalex.org/W4249518851