Continuous Theta-Burst Stimulation of the Primary Motor Cortex Induces Specific Influence on Novel Vocabulary Acquisition in Different Learning Environments

E. I. Perikova; Перикова Е. И.; E. N. Blinova; Блинова Е. Н.; E. A. Andriushchenko; Андрющенко Е. А.; E. D. Blagovechtchenski; Благовещенский Е. Д.; O. V. Shcherbakova; Щербакова О. В.; Y. Y. Shtyrov; Штыров Ю. Ю.

doi:10.31857/S0131164622600896

Ритмическая транскраниальная магнитная стимуляция первичной моторной коры избирательно влияет на усвоение новых слов в разных средах обучения

Авторы: Перикова Е.И.¹, Блинова Е.Н.¹, Андрющенко Е.А.¹, Благовещенский Е.Д.¹^,2, Щербакова О.В.¹, Штыров Ю.Ю.³
Учреждения:
1. Санкт-Петербургский государственный университет
2. ФГБУН Институт физиологии имени И.П. Павлова РАН
3. Орхусский университет
Выпуск: Том 49, № 3 (2023)
Страницы: 96-105
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0131-1646/article/view/139822
DOI: https://doi.org/10.31857/S0131164622600896
EDN: https://elibrary.ru/GEOSNG
ID: 139822

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Моторная кора головного мозга (ГМ) человека задействуется на различных этапах речевого научения в том случае, если оно происходит одновременно с совершением двигательной активности. Однако в исследованиях, направленных на поиск причинно-следственных связей между активацией первичной моторной коры (М1) и эффективностью выполнения речевых задач, обнаруживаются противоречивые результаты, что, возможно, обусловлено различиями в средах обучения и характере двигательной активности, задействованной в экспериментальной процедуре. Целью данной работы стало исследование влияния активности моторной коры на эффективность запоминания новых слов при варьировании условий обучения и способа совершения моторного ответа. Активность моторной коры модулировалась при помощи ритмической транскраниальной магнитной стимуляции (рТМС) ГМ. После рТМС зоны М1 либо применения контрольных условий (плацебо-ТМС, активный контроль) участники исследования (n = 96) выполняли задания на усвоение новых слов посредством установления ассоциаций между визуально представленными изображениями предметов и аудиально предложенными словоформами в двух обучающих средах: при помощи компьютерного монитора либо в интерфейсе виртуальной реальности. В каждом условии испытуемым предъявлялись восемь новых слов с семантической привязкой и вопросом о визуальных характеристиках стимулов. Ответы на обучающие задания участники давали посредством выполнения дистальных высокоамплитудных движений рукой или проксимальных низкоамплитудных движений пальцами кисти. В качестве показателя эффективности усвоения новых слов использовалась правильность воспроизведения изученных слов сразу после обучения и на следующий день. В обеих средах обучения были обнаружены значимые различия в успешности воспроизведения новых слов сразу после стимуляции и на следующий день для испытуемых, получивших рТМС зоны М1 первичной моторной коры, в тех случаях, когда они давали ответы посредством совершения низкоамплитудных движений пальцами. Полученные результаты позволяют сделать вывод об участии моторной коры в речевом научении при интерактивном взаимодействии субъекта с обучающим материалом.

Ключевые слова

ритмическая транскраниальная магнитная стимуляция, усвоение языка, речевое научение, речь, мозг, моторная кора, воплощенное познание, виртуальная реальность.

Список литературы

Tulving E. Precis of Episodic Memory // Behav. Brain Sci. 1984. V. 7. № 2. P. 223.
Barsalou L.W. Grounded cognition // Annu. Rev. Psychol. 2008. V. 59. P. 617.
Pulvermüller F. Brain mechanisms linking language and action // Nat. Rev. Neurosci. 2005. V. 6. № 7. P. 576.
Matheson H.E., Barsalou L.W. Embodiment and Grounding in Cognitive Neuroscience / Stevens’ Handbook of Experimental Psychology and Cognitive Neuroscience (4th ed.) // Eds. Wixted J.T., Phelps E.A., Davachi L. Wiley, 2018. P. 1.
Ведясова О.А., Моренова К.А., Павленко С.И. Электроэнцефалографические и вегетативные корреляты воображаемых и реальных движений ног у правшей и левшей // Физиология человека. 2022. Т. 48. № 5. С. 38. Vedyasova O.A., Morenova K.A., Pavlenko S.I. Electroencephalographic and autonomic correlates of imaginary and real movements of legs in right-handers and left-handers // Human Physiology. 2022. V. 48. № 5. P. 516.
Buccino G., Riggio L., Melli G. et al. Listening to action–related sentences modulates the activity of the motor system: A combined TMS and behavioral study // Cogn. Brain Res. 2005. V. 24. № 3. P. 355.
Taylor L.J., Zwaan R.A. Action in cognition: The case of language // Lang. Cogn. 2009. V. 1. № 1. P. 45.
Postle N., McMahon K.L., Ashton R. et al. Action word meaning representations in cytoarchitectonically defined primary and premotor cortices // Neuroimage. 2008. V. 43. № 3. P. 634.
Clark G.M., Barham M.P., Ware A.T. et al. Dissociable implicit sequence learning mechanisms revealed by continuous theta-burst stimulation // Behav. Neurosci. 2019. V. 133. № 4. P. 341.
Vukovic N., Feurra M., Shpektor A. et al. Primary motor cortex functionally contributes to language comprehension: An online rTMS study // Neuropsychologia. 2017. V. 96. P. 222.
Нарышкин А.Г., Галанин И.В., Егоров А.Ю. Управляемая нейропластичность // Физиология человека. 2020. Т. 46. № 2. С. 112. Naryshkin A.G., Galanin I.V., Egorov A.Yu. Controlled Neuroplasticity // Human Physiology. 2020. V. 46. № 2. P. 216.
Jannati A., Oberman L.M., Rotenberg A., Pascual-Leone A. Assessing the mechanisms of brain plasticity by transcranial magnetic stimulation // Neuropsychopharmacology. 2023. V. 48. № 1. P. 191.
Huang Y.Z., Edwards M.J., Rounis E. et al. Theta burst stimulation of the human motor cortex // Neuron. 2005. V. 45. № 2. P. 201.
Repetto C., Colombo B., Cipresso P., Riva G. The effects of rTMS over the primary motor cortex: The link between action and language // Neuropsychologia. 2013. V. 51. № 1. P. 8.
Murteira A., Sowman P.F., Nickels L. Does TMS disruption of the left primary motor cortex affect verb retrieval following exposure to pantomimed gestures? // Front. Neurosci. 2018. V. 12. P. 920.
Tomasino B., Fink G.R., Sparing R. et al. Action verbs and the primary motor cortex: A comparative TMS study of silent reading, frequency judgments, and motor imagery // Neuropsychologia. 2008. V. 46. № 7. P. 1915.
Witt J.K., Kemmerer D., Linkenauger S.A., Culham J. A functional role for motor simulation in identifying tools // Psychol. Sci. 2010. V. 21. № 9. P. 1215.
Xie Y., Chen Y., Ryder L.H. Effects of using mobile-based virtual reality on Chinese L2 students’ oral proficiency // Comput. Assist. Lang. Learn. 2021. V. 34. № 3. P. 225.
Ковалев А.И., Роголева Ю.А., Егоров С.Ю. Сравнение эффективности применения технологий виртуальной реальности с традиционными образовательными средствами // Вестник Московского университета. Сер. 14: Психология. 2019. № 4. С. 44. Kovalev A.I., Rogoleva Yu.A., Egorov S.Yu. A Comparison of the effectiveness of learning using virtual reality and traditional educational methods // Moscow University Psychology Bulletin. 2019. № 4. P. 44.
Legault J., Zhao J., Chi Y.A. et al. Immersive Virtual Reality as an Effective Tool for Second Language Vocabulary Learning // Languages. 2019. V. 4. № 1. P. 13.
Repetto C., Di Natale A.F., Villani D. et al. The use of immersive 360° videos for foreign language learning: a study on usage and efficacy among high-school students // Interact. Learn. Envir. 2021. https://doi.org/10.1080/10494820.2020.1863234
Alfadil M. Effectiveness of virtual reality game in foreign language vocabulary acquisition // Computers & Education. 2020. V. 153. P. 103893.
Vázquez C., Xia L., Aikawa T., Maes P. Words in motion: Kinesthetic language learning in virtual reality / 2018 IEEE 18th International Conference on Advanced Learning Technologies. 09-13 July, 2018. P. 272.
Vukovic N., Hansen B., Lund T.E. et al. Rapid microstructural plasticity in the cortical semantic network following a short language learning session // PLoS B-iol. 2021. V. 19. № 6. P. e3001290.
Oldfield R.C. The assessment and analysis of handedness: The Edinburgh inventory // Neuropsychologia. 1971. V. 9. № 1. P. 97.
Ясюкова Л.А. Тест Амтхауэра. Диагностика структуры интеллекта. СПб.: Питер, 2007. 80 с.
Перикова Е.И., Блинова Е.Н., Андрющенко Е.А. Влияние обучающей среды на имплицитное и эксплицитное научение новым словам: результаты пилотажного исследования // Сибирский психологический журн. 2022. № 85. С. 174. Perikova E.I., Blinova E.N., Andriushchenko E.A. The Influence of the Learning Environment on Fast Mapping and Explicit Encoding of New Vocabulary: Results of a Pilot Study // Siber. J. Psychol. 2022. № 85. P. 174.
Clark H.H. The language-as-fixed-effect fallacy: A critique of language statistics in psychological research // J. Verbal Learning Verbal Behav. 1973. V. 12. P. 335.
Penfield W., Boldrey E. Somatic motor and sensory representation in the cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation // Brain J. 1937. V. 60. № 4. P. 389.
Yousry T.A., Schmid U.D., Alkadhi H. et al. Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark // Brain. 1997. V. 120. Pt. 1. P. 141.
Cisek P., Pastor-Bernier A. On the challenges and mechanisms of embodied decisions // Philos. Trans. R. Soc. B: Biol. Sci. 2014. V. 369. № 1655. P. 20130479.
Derosiere G., Zénon A., Alamia A., Duque J. Primary motor cortex contributes to the implementation of implicit value-based rules during motor decisions // Neuroimage. 2017. V. 146. P. 1115.
Bhattacharjee S., Kashyap R., Abualait T. et al. The role of primary motor cortex: more than movement execution // J. Motor Behav. 2021. V. 53. № 2. P. 258.
Barrett R.C.A., Poe R., O’Camb J.W. et al. Comparing virtual reality, desktop-based 3D, and 2D versions of a category learning experiment // PLoS One. 2022. V. 17. № 10. P. e0275119.
Dumay N., Gaskell M.G. Overnight lexical consolidation revealed by speech segmentation // Cognition. 2012. V. 123. № 1. P. 119.
Shtyrov Y., Kirsanov A., Shcherbakova O. Explicitly Slow, Implicitly Fast, or the Other Way Around? Brain Mechanisms for Word Acquisition // Front. Hum. Neurosci. 2019. V. 13. P. 116.
Васильева М. Ю., Князева В. М., Александров А.А., Штыров Ю.Ю. Сверхбыстрое усвоение новой лексики: нейрофизиологические корреляты механизма “fast mapping” у детей и взрослых / От слова – к репрезентации. Нейрокогнитивные основы вербального научения. СПб.: Скифия-принт, 2022. С. 144.
Papin K., Kaplan–Rakowski R. A study of vocabulary learning using annotated 360° pictures // Comput. Assist. Lang. Learn. 2022. https://doi.org/10.1080/09588221.2022.2068613