Intacte maar minder toegankelijke fonologische representaties in dyslexie?

Transcriptie

1 Intacte maar minder toegankelijke fonologische representaties in dyslexie? Evidentie via hersendecodering en connectiviteitsanalyse Bart Boets KU Leuven I.s.m. H. Op de Beeck, M. Vandermosten, S. Scott, D. Mantini, C. Gillebert, J. Bulthé, S. Sunaert, J. Wouters, P. Ghesquière

2 Lezen, fonologie en dyslexie Ontwikkelingsdyslexie: een erfelijk bepaalde neurologische stoornis die gekenmerkt wordt door ernstige en hardnekkige lees- en/of spellingproblemen Alfabetisch schriftsysteem: correspondentie van spraakklank (foneem) met visueel symbool (grafeem) Fonologische beperkingen bij dyslexie beperkingen met het verwerken en manipuleren van spraakklanken

3 Fonologische problemen bij dyslexie 1. Fonologisch bewustzijn Bewustzijn dat gesproken woorden uit individuele spraak klanken zijn opgebouwd De vaardigheid om deze klanken te manipuleren Bvb foneemdeletie, spoonerism 2. Verbaal korte-termijn geheugen De opslag van auditieve informatie die verbaal gelabeld kan worden Bvb. Digit span, nonwoord repetitie 3. Lexicale toegang / snel serieel benoemen Het automatisch en snel ophalen van fonologische codes uit het lange-termijn geheugen Bvb snel serieel benoemen van kleuren, objecten, cijfers,

4 Fonologische deficit hypothese dyslexie Hypoth.: Bij individuen met dyslexie zijn de fonologische representaties verstoord, minder ontwikkeld, minder robuust, minder onderscheiden, Fonologische representatie ~ de wijze waarop individuele spraakklanken op hersenniveau worden gerepresenteerd Robuust: Alle akoestische variaties van een foneem moeten onder dezelfde foneemcategorie geclassificeerd worden Onderscheiden: Uitingen die tot een verschillende foneemcategorie behoren moeten onderscheiden worden - Fonologische representaties zijn niet aangeboren, maar ontwikkelen door contact met moedertaal

5 Recente controverse Toonaangevende hypothese sinds 1973: oorzaak van dyslexie = deficiënte fonologische representaties Recent: Ramus & Ahissar (2008 / 2012) the phonological representations of people with dyslexia may be intact, and the phonological deficit surfaces only as a function of certain task requirements, notably short-term memory, conscious awareness, and time constraints. a deficit in access to phonological representations.

6 Doel van huidige studie 1. Deficiënte fonologische representaties in dyslexie? Multivoxel pattern analysis (MVPA) fmri 2. Deficiënte toegang tot fonologische representaties in dyslexie? Functionele hersenconnectiviteit Structurele hersenconnectiviteit (DTI)

7 Deelnemers Dyslexic readers (n = 23) Normal readers (n = 22) Test statistics Gender (men/women) 6/17 5/17 - Age (years) 21 (2.4) 21 (2.8) p=.42 Non-verbal IQ 107 (13) 107 (10) p=.94 Literacy (Z) -5.0 (1.2) 0 (1) p <.0001 Phonological awareness (Z) -2.1 (1) 0 (1) p <.0001 Verbal short-term memory (Z) -1.7 (1.1) 0 (1) p <.0001 Lexical access (Z) -1.9 (1.0) 0 (1) p <.0001

8 Hypothese 1 Deficiënte fonologische representaties in dyslexie? Multivoxel pattern fmri analyse om de robuustheid en onderscheidenheid van fonologische representaties te kwantificeren 13 anatomische regio s /ba/ /da/ /by/ /dy/ = Zelfde spraakklank Verschillende spraakklank /ba1/ /ba2/ /ba/ /da/ Grotendeels zelfde activatiepatroon Relatief verschillend activatiepatroon

9 Resultaten 1. Zijn we in staat om deze klanken te onderscheiden (=decoderen) obv hersenactivatie? Ja, beste decodering in primaire + secundaire auditieve cortex (PAC, STG, MTG) Geen decodering mogelijk in hogere-orde fonologische gebieden (LIFG / Broca) L hemisfeer beter dan R hemisfeer in decoderen van medeklinkers Geen hemisfeer verschillen voor decoderen van klinkers 2. Zijn er groepsverschillen in de neurale kwaliteit van deze fonologische representaties? Neen! In geen vd 13 anatomische regio s. Ook niet met linear Support Vector Machine MVPA analyse Ook niet als we enkel naar passieve spraakverwerking kijken (geen compensatie mogelijk)

10 Resultaten whole-brain searchlight MVPA Hebben we anatomische regio s over het hoofd gezien die gevoelig zijn voor het fonologische contrast of die groepsverschillen in gevoeligheid herbergen? Hele brein systematisch afgespeurd (adhv bolvormige 123-voxel cluster) Discriminatie-index berekend (Corr tss fonologisch identieke syllaben) (corr tss fonologisch verschillende syllaben) - Total Group (FWE p <.05) - Geen signif groepsverschillen

11 Hypothese 2 Deficiënte toegang tot de fonologische representaties? Representaties op zich zijn intact Maar dyslecten hebben er minder vlotte toegang toe waardoor ze moeite hebben om ze te manipuleren

12 Deficiënte toegang?

13 Functionele connectiviteit Rationale: Continu patroon van traag fluctuerende hersenactivatie Niet random, gestructureerd in tijd en ruimte; georganiseerde patronen netwerken Co-activatie van verschillende hersenregio s ~ functionele communicatie index van (voorgeschiedenis van) samenwerking Intrinsieke functionele connectiviteit (FC) Gewoonlijk berekend op resting-state fmri data Maar: evidentie dat de spontane activiteit en de task-evoked activiteit lineair optelbaar zijn (Fox et al., 2005; Fair et al., 2006) Mogelijk om de task-evoked hersenactiviteit uit te filteren en zo artificieel resting-state data te bekomen

14 Functionele connectiviteit Seed-based functionele connectiviteitsanalyse Seeds: peak activiteit in elk vd 13 anatomische regio s Obv conjunctie analysis (across groups) van foneemdiscriminatie versus rust contrast Cluster van voxels binnen 6-8 mm radius

15 Functionele connectiviteit matrix

16 Groepsverschil in functionele connectiviteit Minder efficiënte communicatie tussen Broca en bilaterale auditieve cortex Individuele verschillen in sterkte van deze FC zijn gerelateerd aan Woord lezen (r =.40) Nonwoord lezen(r =.48) Spelling (r =.53) Fon BWZ (r =.46) VKTG (r =.44) RAN (r =.46) RT op foneemdiscriminatie taak in scanner (r = -.51)

17 Structurele connectiviteit Neuroanatomische connectie tussen Broca en Wernicke via linker arcuate fasciculus Integriteit van de witte materie in de arcuate fasciculus onderzocht adhv DTI tractografie (cf. Vandermosten et al., 2012)

18 Groepsverschil in structurele connectiviteit Verminderde kwaliteit van de witte materie van de linker arcuate fasciculus bij dyslecten, in het bijzonder in de directe fronto-temporale connectie ~ gerelateerd aan fonologisch bewustzijn en leesvaardigheden Structurele en functionele connectiviteit tesamen verklaren 35% van de variantie in leesvaardigheden voorspellen diagnostische status met 73% accuraatheid

19 Conclusie Intacte fonologische representaties in bilaterale auditieve cortex bij volwassenen met dyslexie MAAR: Specifieke beperkingen in functionele en structurele connectiviteit tussen Broca s regio en bilaterale auditieve cortex belemmerde toegang tot de fonologische representaties

20 Interpretatie / speculatie Wat betekent dit nu voor onze notie van dyslexie? Is dit nu werkelijk zo wereldschokkend? Hoe verzoenen we deze bevindingen met de vroeger vergaarde kennis omtrent dyslexie? Wat impliceert dit voor de klinische praktijk / remediëring?

21 Integratie met vroegere bevindingen Studies Boets / Ramus: volwassenen met dyslexie! generaliseerbaar naar kinderen met dyslexie? 2 theoretische posities: 1) Ook intacte fonologische representaties bij kinderen met dyslexie plausibel maar misschien niet houdbaar gegeven de evidentie? 2) Ontwikkelingsmatige gevolgen van minder adequate frontotemporale connectie Ontwikkeling van fonologische representaties vereist interactie tussen sensorische systeem en articulatorische systeem Aanvankelijke ontwikkelingsachterstand in kwaliteit van representaties bij dyslexie? Representationele problemen lossen op, maar dysfunctionele fronto-temporale connectie blijft bestaan problemen met hogere-orde fonologie Cf. Boets et al. 2011

22 Implicaties voor praktijk? Exacter begrip van de stoornis dyslexie Op cognitief/gedragsmatig vlak zijn representaties + toegang tot representaties onlosmakelijk verbonden. Dus zowel de representaties als de connectie worden getraind. Maar in de toekomst misschien meer gerichte interventies om de connectie tussen frontale en temporale taalzones te stimuleren?

23 Dank voor uw aandacht!