Статья
Cortical neurons multiplex reward-related signals along with sensory and motor information
We here investigate whether the well-known laterality of spoken language to the dominant left hemisphere could be explained by the learning of sensorimotor links between a word's articulatory program and its corresponding sound structure. Human-specific asymmetry of acoustic-articulatory connectivity is evident structurally, at the neuroanatomical level, in the arcuate fascicle, which connects superior-temporal and frontal cortices and is more developed in the left hemisphere. Because these left-lateralised fronto-temporal fibres provide a substrate for auditory-motor associations, we hypothesised that learning of acoustic-articulatory coincidences produces laterality, whereas perceptual learning does not. Twenty subjects studied a large (n=48) set of novel meaningless syllable combinations, pseudowords, in a perceptual learning condition, where they carefully listened to repeatedly presented novel items, and, crucially, in an articulatory learning condition, where each item had to be repeated immediately, so that articulatory and auditory speech-evoked cortical activations coincided. In the 14 subjects who successfully passed the learning routine and could recognize the learnt items reliably, both perceptual and articulatory learning were found to lead to an increase of pseudoword-elicited event-related potentials (ERPs), thus reflecting the formation of new memory circuits. Importantly, after articulatory learning, pseudoword-elicited ERPs were more strongly left-lateralised than after perceptual learning. Source localisation confirmed that perceptual learning led to increased activation in superior-temporal cortex bilaterally, whereas items learnt in the articulatory condition activated bilateral superior-temporal auditory in combination with left-pre-central motor areas. These results support a new explanation of the laterality of spoken language based on the neuroanatomy of sensorimotor links and Hebbian learning principles.
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) является современным методом неинвазивного исследования мозга человека. При ТМС магнитное поле индуцирует в ткани мозга переменное электрическое поле, максимум напряженности которого может быть локализован на участке размером менее 1 см. Появление приборов для ТМС, совмещённых с МРТ-навигацией, открыло широкие перспективы использования ТМС для целей картирования коры. В настоящее время предхирургическое ТМС картирование двигательных и речевых зон получает все большее распространение и становится рутинной клинической процедурой. В то же время использование ТМС картирования для целей динамической оценки коры до сих пор не получило широкого распространения. Одной из главных причин этого является отсутствие единой методологии оценки ТМС карт. В работе представлен разработанный нами программный продукт для количественного анализа результатов двигательного ТМС картирования (бесплатная версия доступна на сайте http://tmsmap.ru/). Программа позволяет количественно оценивать как стандартные параметры ТМС-картирования двигательной коры, так и дополнительные параметры, такие как профиль корковых репрезентаций мышц с учетом плотности распределения вызванных моторных ответов, степень наложения корковых репрезентаций и другие задаваемые пользователем параметры. Входящие данные для программы включают координаты положения катушки, параметры ответа в каждой точке и индивидуальное структурное МРТ.
There has been compared behavior of rats, corvid birds, and monkeys of different species at their performance of the Revecz–Krushinskii test (RKT) developed by L.V. Krushinskii to estimate the human capability for revealing rule of discrete translocation of hidden target object. RKT was introduced as an addition to the test for extrapolation of the movement direction of the lure seen only at the initial pathway fragment; this test is close to Piaget’s test (stage 6) evaluating the capability for mental representation and location of the moving hidden object. During RKT, the lure, hidden from animals, was placed, near where it was previous time: at the first test presentation— under the 1st cylinder, at the 2nd one—under the 2nd cylinder, etc. The animals were tested once. It was shown that they did not catch the necessary for successful solution rule of the lure translocation, direction and step of its translocation at each presentation. Only some of the animals solved RKT, found the lure 3 and more times in succession with no errors or with one error. Nevertheless, in all groups the number of errors was lower than that in the model situation of random search. Such optimization was a consequence of universal for all groups’ strategy of search in the places where the lure was found recently. With the similar number of errors, rats, birds, and monkeys performed the search differently. Rats were looking for lure mainly among the cylinders where they had found it previously, whereas monkeys and birds the first the new cylinders located near the target one, which implies the existence, to the weak extent, of elements of prognosis. For all groups of animals, RKT turned out to be more difficult both of the test for extrapolation and of the Piaget’s test.
Программа предназначена для анализа результатов картирования мозга с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) в нейробиологии, нейрохирургии и нейрореабилитации. Для картирования используются любые показатели ТМС. ТМС-карты строятся на пространственной модели мозга по данным магнитно-резонансной томографии с учетом положения стимулирующей катушки и/или максимума электрического поля от навигационной системы. При моторном картировании оцениваются как стандартные, так и дополнительные параметры ТМС-карт: площадь, форма и профиль зоны корковой репрезентации мышц с учетом вызванных моторных ответов в каждой точке стимуляции, характеристики наложения нескольких корковых репрезентаций.