Aprendizaje De Sonidos De Idiomas Extranjeros Impulsado Por Estimulación Nerviosa No Invasiva

Vagus Concha

Ilustración del nervio vago. Crédito: Kenneth Probst / UCSF

Una nueva investigación realizada por neurocientíficos de la Universidad de Pittsburgh y la Universidad de California en San Francisco (UCSF) reveló que un dispositivo simple similar a un auricular desarrollado en UCSF que estimula imperceptiblemente un nervio clave que conduce al cerebro podría mejorar significativamente la capacidad del usuario para aprender los sonidos de un nuevo idioma. Este dispositivo también puede tener una amplia gama de aplicaciones para impulsar otros tipos de aprendizaje.

El chino mandarín se considera uno de los idiomas más difíciles de aprender para los hablantes nativos de inglés, en parte porque el idioma, como muchos otros en todo el mundo, utiliza cambios distintivos en el tono, llamados “tonos”, para cambiar el significado de palabras que de otra manera suenan como mismo. En el nuevo estudio, publicado hoy en npj Science of Learning (una revista asociada de Nature), los investigadores mejoraron significativamente la capacidad de los hablantes nativos de inglés para distinguir entre tonos mandarín mediante el uso de estimulación no invasiva y sincronizada con precisión del nervio vago, la más larga de las los 12 nervios craneales que conectan el cerebro con el resto del cuerpo. Además, la estimulación del nervio vago permitió a los participantes de la investigación captar algunos tonos mandarín dos veces más rápido.

“Demostrar que la estimulación nerviosa periférica no invasiva puede facilitar el aprendizaje del lenguaje abre potencialmente la puerta para mejorar el rendimiento cognitivo en una amplia gama de dominios”, dijo el autor principal Fernando Llanos, Ph.D., investigador postdoctoral en el Sound Brain Lab de Pitt.

Electrodos tVNS

Electrodos tVNS. Crédito: Leonard Lab / UCSF / Jhia Louise Nicole Jackson

“Esta es una de las primeras demostraciones de que la estimulación no invasiva del nervio vago puede mejorar una habilidad cognitiva compleja como el aprendizaje del lenguaje en personas sanas”, dijo Matthew Leonard, Ph.D., profesor asistente, Departamento de Cirugía Neurológica, UCSF Weill Institute para Neurociencias, cuyo equipo desarrolló el dispositivo de estimulación nerviosa. Leonard es un autor principal del nuevo estudio, junto con Bharath Chandrasekaran, Ph.D., profesor y vicepresidente de investigación, Departamento de Ciencias de la Comunicación y Trastornos de la Facultad de Ciencias de la Salud y Rehabilitación Pitt, y director del Sound Brain Lab.

Los investigadores utilizaron una técnica no invasiva llamada estimulación del nervio vago transcutáneo (tVNS), en la que se coloca un pequeño estimulador en el oído externo y puede activar el nervio vago mediante pulsos eléctricos imperceptibles para estimular una de las ramas cercanas del nervio.

Para su estudio, los investigadores reclutaron a 36 adultos nativos de habla inglesa y los capacitaron para identificar los cuatro tonos del chino mandarín en ejemplos de habla natural, utilizando un conjunto de tareas desarrolladas en el Sound Brain Lab para estudiar la neurobiología del aprendizaje de idiomas.

Auricular tVNS

Auricular tVNS en su lugar. Crédito: Leonard Lab / UCSF / Jhia Louise Nicole Jackson

Los participantes que recibieron tVNS imperceptibles emparejados con dos tonos mandarín que suelen ser más fáciles de diferenciar para los angloparlantes mostraron mejoras rápidas en el aprendizaje de distinguir estos tonos. Al final de la capacitación, esos participantes eran un 13% mejores en promedio en la clasificación de tonos y alcanzaron el rendimiento máximo dos veces más rápido que los participantes de control que usaron el dispositivo tVNS pero nunca recibieron estimulación.

“Existe la sensación general de que las personas no pueden aprender los patrones de sonido de un nuevo idioma en la edad adulta, pero nuestro trabajo históricamente ha demostrado que eso no es cierto para todos”, dijo Chandrasekaran. “En este estudio, estamos viendo que tVNS reduce esas diferencias individuales más que cualquier otra intervención que haya visto”.

“Este enfoque puede nivelar el campo de juego de la variabilidad natural en la capacidad de aprendizaje de idiomas”, agregó Leonard. “En general, la gente tiende a desanimarse por lo difícil que puede ser el aprendizaje de un idioma, pero si pudieras darle a alguien entre un 13% y un 15% mejores resultados después de su primera sesión, es más probable que quieran continuar”

Los investigadores ahora están probando si las sesiones de entrenamiento más largas con tVNS pueden afectar la capacidad de los participantes para aprender a discriminar dos tonos que son más difíciles de diferenciar para los angloparlantes, lo que no mejoró significativamente en el estudio actual.

La estimulación del nervio vago se ha utilizado para tratar la epilepsia durante décadas y recientemente se ha relacionado con beneficios para una amplia gama de problemas que van desde la depresión hasta la enfermedad inflamatoria, aunque no está claro exactamente cómo se confieren estos beneficios. Pero la mayoría de estos hallazgos han utilizado formas invasivas de estimulación que involucran un generador de impulsos implantado en el pecho. Por el contrario, la capacidad de generar un impulso significativo en el aprendizaje mediante la estimulación del nervio vago simple y no invasivo podría conducir a aplicaciones clínicas y comerciales significativamente más baratas y seguras.

Los investigadores sospechan que tVNS impulsa el aprendizaje al mejorar ampliamente la señalización de neurotransmisores en amplias franjas del cerebro para aumentar temporalmente la atención al estímulo auditivo que se presenta y promover el aprendizaje a largo plazo, aunque se necesita más investigación para verificar este mecanismo.

“Estamos mostrando sólidos efectos de aprendizaje de una manera completamente no invasiva y segura, lo que potencialmente hace que la tecnología sea escalable a una gama más amplia de aplicaciones médicas y de consumo, como la rehabilitación después de un accidente cerebrovascular”, dijo Chandrasekaran. “Nuestro siguiente paso es comprender el mecanismo neuronal subyacente y establecer el conjunto ideal de parámetros de estimulación que podrían maximizar la plasticidad cerebral. Consideramos que tVNS es una herramienta potente que podría mejorar la rehabilitación en personas con daño cerebral “.

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Referencia: “La estimulación nerviosa periférica no invasiva mejora selectivamente el aprendizaje de categorías del habla en adultos” por Fernando Llanos, Jacie R. McHaney, William L. Schuerman, Han G. Yi, Matthew K. Leonard y Bharath Chandrasekaran, 6 de agosto de 2020, npj The Ciencia del aprendizaje .
DOI: 10.1038 / s41539-020-0070-0

Los autores adicionales son Jacie McHaney, de Pitt; y William Schuerman, Ph.D., y Han Yi, Ph.D., ambos de UCSF.

La investigación fue financiada por el Programa de Neuroplasticidad Dirigida de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (número de contrato: N66001-17-2-4008).

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