Et flerleddet forskningsprosjekt. En fmri-undersøkelse av talepersepsjon og taleproduksjon hos personer som stammer

Transkript

1 En fmri-undersøkelse av talepersepsjon og taleproduksjon hos personer som stammer Renate M. Milford Forskningsprosjekt ved Universitetet i Bergen Auditorisk persepsjon, språklateralisering og stamming. En multimodal studie som kombinerer atferdsundersøkelse med funksjonelle hjerneavbildingsteknikker. Første nordiske studie der magnetresonansavbildning (MRI) og funksjonell magnetresonansavbildning (fmri) har blitt benyttet for å studere stamming? Prosjektleder: Professor Karsten Specht Varighet: Et flerleddet forskningsprosjekt Sammenlikning av hjernestruktur og hjerneaktiveringsmønstre knyttet talepersepsjon og taleproduksjon hos personer som stammer (PSS) og personer som ikke stammer (PUS). Vår 2009: Dikotisk Lyttetest (S. Andresen) Vår 2012: fmri x 1 og MRI (R. Milford) Høst 2012: fmri x 2, MRI og Diffusion Tensor Imaging (DTI) (A. S. Martinsen, V. Mykkeltveit og C. R. Nordahl) Vår 2013: fmri x 1, MRI og DTI (V. Olsen og T. Stavland) Veiledere: Professor Karsten Specht ved UiB og Logoped Ragnhild R. Heitmann ved Statped Vest 1

2 Avvikende språklateralisering Den venstre hjernehalvdelen er dominant i språkprosessering hos minst 96 % av høyrehendte individer (Knecht et al., 2000) og minst 60 % av venstrehendte individer (Owens, 2012). Orton og Travis utviklet på 1930-tallet en teori om at manglende språklateralisering forstyrret talemuskulaturens normale synkroni og medførte stamming. Økt bruk av hjerneavbildningsteknikker har ført til fornyet interesse for teorien om abnormal språklateralisering (Ludlow, 2000). Prosjektet 2009: Dikotisk lyttetest S. Andresen undersøkte stamming og språklateralisering Benyttet dikotisk lytting for å undersøke om det var forskjeller i lateralisering av auditiv språkprosessering mellom PSS og PUS. Så etter en sammenheng mellom alvorlighetsgraden av stamming og språklateralisering. Utvalget bestod av 12 PSS (9 menn og 3 kvinner) og 24 PUS (18 menn og 6 kvinner). Alle var høyrehendte og over 18 år. Prosjektet 2009: Dikotisk lyttetest Resultater: Ingen signifikante forskjeller i lateralisering av auditiv språkprosessering mellom PSS og kontrollgruppen PUS. Ingen signifikant korrelasjon mellom alvorlighetsgrad av stamming og språklateralisering. 2

3 2012: Min masteroppgave teoretisk utgangspunkt Forskningsspørsmål Finnes det en lateraliseringsforskjell knyttet til taleproduksjon og talepersepsjon mellom PSS og PUS? Finnes det strukturforskjeller i hjernen hos PSS sammenliknet med PUS? Er det en sammenheng mellom språklateralisering og alvorlighetsgrad av stamming? Hypoteser Vil finne en lateraliseringsforskjell knyttet til taleproduksjon og talepersepsjon hos PSS. Vil finne strukturforskjeller mellom hjernene til PSS og PUS. Det vil være en forbindelse mellom lateralisering og alvorlighetsgrad av stamming. 3

4 Tidligere forskning Forskjellige hjerneavbildningsstudier har gitt en del ulike resultater. En konsekvens av ulike operasjonaliseringer, måleinstrumenter, prosedyrer og analysemetoder? Reflekterer at personer som stammer er en heterogen populasjon, eller at stamming er en forstyrrelse som varierer fra dag til dag og sted til sted? Grå substans Hvit substans 4

5 Hjerneaktivering Avvik og alvorlighetsgrad av stamming Utvalget Utvalget bestod av 9 PSS (8 menn og 1 kvinne) og 12 PUS (5 menn og 7 kvinner). Høyrehendte år Høreterskel 20 desibel (db) eller bedre Norsk morsmål Ikke metall i kropp eller hodet PSS måtte ha stammet siden barndommen, ikke ha andre utviklings-, tale- eller språkforstyrrelser og kunne ikke ha vært i flytskapende behandling i løpet av de to siste årene. 5

6 Metode PSS og PUS gjennomgikk: 1) Dikotisk lyttetest 2) Høyrehendtskjema 3) MRI 4) fmri to ulike eksperimenter 5) DTI 6) MR spektroskopi PSS i tillegg vurdert med: 1) Stuttering Severity Instrument-4 (SSI-4) 2) Wright and Ayre Stuttering Self-rating Profile (WASSP) 3) Perceptions of Stuttering Inventory (PSI) 4) Spørreskjema om andre forstyrrelser og flytskapende terapi fmri-dl-paradigmet Stimuli: [pa], [ba], [ta], [da], [ka] og [ga]. 10 x CC 10 x E1 10 x E2 Silent gap Silent gap Silent gap EPI EPI EPI 1,5 s 4,0 s 1,5 s 4,0 s 1,5 s 4,0 s 5,5 s 5,5 s 5,5 s CC = slappe av E1 = Språkpersepsjon E2 = Språkpersepsjon og produksjon Analyse fmri- data ble analysert med et ANOVA 2 x 2 faktorielt design. MRI data ble analysert med vokselbasert morfometri. Det ble gjennomført korrelasjonsanalyser mellom hjerneaktivering og alvorlighetsgrad av stamming målt med SSI-4, WASSP og PSI. Signifikansnivå p< Klyngeterskel minimum 50 voksler. 6

7 Resultater: hoved- og interaksjonseffekter Blå = hovedeffekt oppgave (forskjell mellom språkpersepsjon og språkproduksjon). Rød = hovedeffekt gruppe (forskjell mellom PSS og PUS). Lilla = interaksjonseffekt mellom taleproduksjon og PSS. Resultater: forhøyet aktivering ved taleproduksjon hos PSS Diskusjon: funksjonelle avvik Vi fant aktiveringsforskjeller kun knyttet til taleproduksjon hos PSS. Forhøyet aktivering i begge hemisfærer. Den forhøyede aktiveringen fant sted i områder knyttet til auditive og motoriske prosesser, og kan tolkes som støtte til teorier om at stamming har sammenheng med forstyrrelser i auditiv -motorisk integrasjon, f.eks Hickok, Houde & Rong (2011). Aktiveringen av dorsolateral prefrontal korteks i høyre hemisfære - knyttet til oppmerksomhet og/eller motorisk prosessering? 7

8 Resultater: redusert grå massetetthet hos PSS Diskusjon: strukturelle avvik Strukturanalysen viste at PSS hadde redusert tetthet i grå masse i venstre nucleus caudatus, en del av basal gangliene. Funnet kan tolkes som støtte til teorien om at stamming har sammenheng med en dysfunksjon i basal gangliene (Alm, 2004). Funksjonelle og strukturelle avvik årsak eller konsekvens av stamming? Resultater: sammenhenger mellom hjerneaktivering og alvorlighetsgrad av stamming Gul = Negativ korrelasjon mellom SSI-4 stammefrekvens ved lesing og aktivering i venstre nucleus caudatus (NC) (basal gangliene). Blå = Positiv korrelasjon mellom PSI strevatferd og aktivering i venstre hemisfære, ved nedre del av primærsensorisk korteks. Lilla = Negativ korrelasjon mellom PSI strevatferd og aktivering i høyre precuneus. Rød = Negativ korrelasjon mellom PSI forventning og aktivering i høyre hemisfære. 8

9 Resultater: negativ korrelasjon mellom PSI forventning og omfattende aktivering i høyre hemisfære. Diskusjon: Sammenhenger mellom hjerneaktivering og alvorlighetsgrad av stamming Flest korrelasjoner mellom aktivering og PSI. Korrelasjon mellom aktivering og SSI-4 stammefrekvens ved lesing. Ingen korrelasjon mellom aktivering og WASSP. Ingen signifikante korrelasjoner mellom SSI-4 og selvrapporteringsskjemaene. Indikerer funnene kompensatorisk høyrehemisfærisk aktivitet og dysfunksjonell venstrehemisfærisk aktivitet? Viser verdien av å benytte selvrapportering i vurderingen av alvorlighetsgrad av stamming. Styrker PSIs validitet som måleinstrument. Prosjektet høst 2012 A. S. Martinsen, V. Mykkeltveit og C. R. Nordahl undersøkte forskjeller mellom PSS og PUS under utførelse av talepersepsjons- og taleproduksjonsoppgaver. Analyserte to fmri-paradigmer; DL og Soundmorph (med p< og terskel 120 voksler), MRI data og Diffusion Tensor Imaging (DTI) data. Utvalget bestod av 9 PSS (8 menn og 1 kvinne) og 19 PUS (7 menn og 12 kvinner). Alle var høyrehendte og over 18 år. 9

10 Prosjektet høst 2012 fmri- DL-paradigmet viste overaktivering hos PSS ved taleproduksjon, men ikke ved talepersepsjon. fmri-soundmorph-paradigmet viste overaktivering hos PSS ved auditiv persepsjon, i alle fire hjernelapper. De fant overaktivering av strukturer knyttet til den dorsale banen bilateralt. Strukturanalysene viste mindre hvit substans under venstre inferior frontal gyrus, ikke langt fra endepunktet til arcuate fasciculus, hos PSS. Ingen avvik knyttet til grå struktur. Prosjektet våren 2013 V. Olsen og T. Stavland undersøkte om det fantes aktiveringsforskjeller og strukturelle forskjeller i motoriske hjernestrukturer knyttet til taleproduksjon mellom PSS og PUS, og om det fantes en sammenheng mellom alvorlighetsgrad av stamming og hjerneaktivering knyttet til taleproduksjon. Analyserte fmri-dl-paradigmet (p(fwe)< 0.05 og terskel 10 voksler), MRI- og DTI-data. Utvalget bestod av 16 PSS (13 menn og 3 kvinner) og 24 PUS (12 menn og 12 kvinner). Både høyreog venstrehendte PSS var inkludert. Alle var over 18 år. Prosjektet våren 2013 fmri- DL-paradigmet viste kun underaktivering hos PSS, i venstre supplementær motorisk korteks (SMA) og pre-sma, og bilateralt i anterior insula. Strukturanalysene viste mindre hvit substans i cerebellum og nær venstre inferior frontal gyrus. Redusert grå substans bilateralt i Amygdala, i høyre NC og i anterior insula. Korrelasjonsanalysen mellom alvorlighetsgrad av stamming og aktivering viste positive korrelasjoner mellom PSI strev og aktivering i NC, PSI forventning og aktivering i SMA, og mellom SSI-4 og aktivering i cerebellum. 10

11 Tanker rundt forskjeller mellom resultatene Ikke uvanlig at hjerneavbildningsstudier gir ulike resultater. Ulikheter mellom gruppene. En indikasjon på undergrupper? Felles funn at PSI og SSI-4, men ikke WASSP, korrelerte med hjerneaktivering. Både selvevalueringsskjemaer og perseptuell vurdering er viktig i vurdering av stamming. Videre forskning Det finnes fremdeles mye uanalysert materiale fra prosjektet vårt. Lete etter undergrupper i datamaterialet? Utvide populasjonsutvalget, i Norge/Norden? Studie med mer komplisert tale/studie av ytre, observerbar stamming? Det er behov for flere studier som ser på strukturelle forskjeller i hjernen hos barn med stamming, og studier som ser på funksjonell aktivering hos barn med stamming, for å kunne si noe mer om årsak virkning. Litteratur Alm, P. A. (2004). Stuttering and the basal ganglia circuits: a critical review of possible relations. Journal of Communication Disorders, 37(4), doi: DOI: /j.jcomdis Hickok, G., Houde, J., & Rong, F. (2011). Sensorimotor integration in speech processing: computational basis and neural organization. Neuron, 69(3), doi: /j.neuron Knecht, S., Dräger, B., Deppe, M., Bobe, L., Lohmann, H., Flöel, A.,... Henningsen, H. (2000). Handedness and hemispheric language dominance in healthy humans. Brain, 123(12), doi: /brain/ Ludlow, C. L. (2000). Stuttering: dysfunction in a complex and dynamic system. Brain, 123(10), doi: /brain/ Owens, R. E. Jr. (2012). Language development: An introduction (8th ed.). Upper Saddle River, NJ: Pearson Education, Inc. For spesielt interesserte finnes masteroppgaven min online: uence=1 11