Investigating cerebral laterality for writing in healthy adults and children with dyslexia and dysgraphia with the use of functional transcranial Doppler ultrasound (fTCD)

Abstract

This thesis delves into the cerebral lateralization for written language, a domain overshadowed by the extensive research on oral language lateralization. While it is well established that the left hemisphere is dominant for oral language in the majority of individuals, investigations into written language lateralization, particularly in left-handers, remain sparse. In parallel, individuals with conditions that are associated with writing difficulties, such as specific language disorder, and, of particular importance for this thesis, dyslexia, remain neglected in terms of studying their lateralization for written language. It has been shown that dyslexia is associated with a more symmetrical or right lateralized pattern for reading and oral language, which can be reorganized following an appropriate educational intervention. Writing involves both language and motor components, jointly contributing to cerebral activation, yet prior research has not effectively disentangled these elements. The three studies in this thesis built upon one another and aimed to disentangle the language and motor components of writing lateralization by comparing cerebral activation during (i) written word generation and (ii) letter copying. Cerebral lateralization was measured using functional transcranial Doppler (fTCD) ultrasound and the strength of the evidence was assessed using the Bayesian approach. For the first study, an adult sample balanced for handedness was recruited (n = 60), and preregistered hypotheses anticipated (a) weaker cerebral lateralization for the linguistic component in left-handers compared to right-handers, and (b) a lack of correlation between oral language and the linguistic component of written language in terms of cerebral lateralization. However, the findings did not provide compelling evidence for either hypothesis, underscoring the intricate processes involved in both written and oral language. For the second study, 7- to 9-year-old children at risk for dyslexia (n = 12) were compared with age-matched typically developing peers (n = 24) in terms of the lateralization for the linguistic component of written language and it was hypothesized that the linguistic component of written language would be less left-lateralized in children at risk for dyslexia than in controls, but there was inadequate evidence to support this hypothesis. Additionally, the study explored correlations between writing competence, handwriting quality, orthography, and cerebral lateralization, revealing a lack of evidence for such correlations. For the third study, which was a pilot study (n = 5 children at risk who were administered a phonological intervention compared to n = 5 age-matched, gender-matched, and intelligence-matched peers), the aim was to explore the impact of a phonological intervention on the cerebral lateralization of the linguistic component of written language in children at risk for dyslexia. A pragmatic intervention was also tested for feasibility. Although the phonological intervention was hypothesized to induce a leftward shift in cerebral lateralization, the findings did not decisively support or refute this hypothesis. Collectively, these findings suggest that, despite a predominant left lateralization for written language among most participants, factors such as handedness, age, and proficiency in reading and writing moderate this pattern. Furthermore, this thesis confirmed that fTCD lends itself to measure cerebral lateralization in adults and also extended this practice to children as young as 7 years old, while emphasizing the difficulty in devising a control task that effectively isolates the motor component of writing. Overall, the outcomes derived from this series of studies carry potential implications for the importance of including written language in language lateralization studies when assessing the typical brain, as well as in the context of special learning difficulties, such as dyslexia. Finally, the present thesis underscores the impact of educational interventions on reading performance and how this is reflected in the cerebral lateralization for written language.

Αυτή η διατριβή ασχολείται με την εγκεφαλική πλευρίωση της γραπτής γλώσσας, έναν τομέα που επισκιάστηκε από την εκτεταμένη έρευνα για την πλευρίωση της προφορικής γλώσσας. Ενώ έχει καταστεί σαφές ότι το αριστερό ημισφαίριο κυριαρχεί για την προφορική γλώσσα στην πλειονότητα των ατόμων, η γραπτή γλώσσα, ιδιαίτερα στους αριστερόχειρες, παραμένει υπομελετημένη. Παράλληλα, περιπτώσεις που σχετίζονται με δυσκολίες γραφής, όπως ειδικές γλωσσικές διαταραχές και, με ιδιαίτερη σημασία για αυτή τη διατριβή, η δυσλεξία, δεν έχουν εξεταστεί από την άποψη της πλευρίωσης για γραπτή γλώσσα. Έχει δειχθεί ότι η δυσλεξία συνδέεται με ένα πιο συμμετρικό ή δεξιόπλευρο πρότυπο πλευρίωσης για την ανάγνωση και την προφορική γλώσσα, το οποίο μπορεί να αναδιοργανωθεί μετά από μια κατάλληλη εκπαιδευτική παρέμβαση. Η γραφή αποτελείται τόσο από ένα γλωσσικές όσο κι από ένα κινητικές συνιστώσες, οι οποίες συμβάλλουν από κοινού στην εγκεφαλική ενεργοποίηση, ωστόσο οι πρότερες έρευνες δεν έχουν κατορθώσει να διαχωρίσουν αυτές τις συνιστώσες όσον αφορά στην πλευρίωση. Οι τρεις μελέτες που περιλαμβάνονται στην παρούσα διατριβή δομήθηκαν η μία πάνω στην άλλη και αποσκοπούσαν στην απομόνωση της γλωσσικής και της κινητικής συνιστώσας της γραφής στο πλαίσιο της πλευρίωσης, συγκρίνοντας την εγκεφαλική ενεργοποίηση κατά τη διάρκεια (i) γραπτής παραγωγής λέξεων και (ii) αντιγραφής γραμμάτων. Η εγκεφαλική πλευρίωση μετρήθηκε χρησιμοποιώντας λειτουργικό διακρανιακό υπέρηχο Doppler (FTCD). Για την πρώτη μελέτη, στρατολογήθηκε ένα δείγμα ενηλίκων ισοκατανεμημένο ως προς την κυριοχειρία (n = 60) και οι προκαταχωρημένες υποθέσεις υπέθεταν (α) ασθενέστερη εγκεφαλική πλευρίωση της γλωσσικής συνιστώσας της γραφής στους αριστερόχειρες σε σύγκριση με τους δεξιόχειρες και (β) την έλλειψη συσχέτισης μεταξύ της προφορικής γλώσσας και της γλωσσικής συνιστώσας της γραπτής γλώσσας όσον αφορά στην εγκεφαλική πλευρίωση. Ωστόσο, τα ευρήματα δεν παρείχαν ισχυρές ενδείξεις για καμία από τις ανωτέρω υποθέσεις, υπογραμμίζοντας τις περίπλοκες διαδικασίες που εμπλέκονται τόσο στη γραπτή όσο και στην προφορική γλώσσα. Για τη δεύτερη μελέτη, παιδιά 7 έως και 9 ετών με κίνδυνο εμφάνισης δυσλεξίας (n = 12) συγκρίθηκαν με τυπικά αναπτυσσόμενους συνομηλίκους (n = 24) όσον αφορά στην πλευρίωση της γλωσσικής συνιστώσας της γραπτής γλώσσας. Διαμορφώθηκε η υπόθεση ότι η γλωσσική συνιστώσα της γραπτής γλώσσας θα είναι λιγότερο αριστερά πλευριωμένη σε παιδιά με κίνδυνο εμφάνισης δυσλεξίας από ό,τι στο δείγμα ελέγχου, αλλά δεν υπήρχαν αρκετές ενδείξεις για να υποστηρίξουν αυτή την υπόθεση. Επιπλέον, η μελέτη διερεύνησε συσχετισμούς μεταξύ της ικανότητας γραφής, δηλαδή της ποιότητας του γραπτού λόγου ή της ορθογραφίας, και της εγκεφαλικής πλευρίωσης, αλλά δεν προέκυψαν ισχυρές συσχετίσεις. Τέλος, διενεργήθηκε πιλοτική μελέτη (5 παιδιά με κίνδυνο εμφάνισης δυσλεξίας στα οποία χορηγήθηκε φωνολογική παρέμβαση σε σύγκριση με παιδιά τυπικής ανάπτυξης αντιστοιχισμένα για την ηλικία, το φύλο, και το νοητικό δυναμικό), η οποία αποσκοπούσε στη διερεύνηση της επίδρασης μιας φωνολογικής παρέμβασης στην εγκεφαλική πλευρίωση της γλωσσικής συνιστώσας της γραπτής γλώσσας σε παιδιά με κίνδυνο εμφάνισης δυσλεξίας. Μια παρέμβαση πραγματολογίας δοκιμάστηκε επίσης για το ενδεχόμενο να εφαρμοστεί μελλοντικά. Παρόλο που είχε διαμορφωθεί η υπόθεση ότι η φωνολογική παρέμβαση θα επάγει μια μετατόπιση προς τα αριστερά στην εγκεφαλική πλευρίωση της γλωσσικής συνιστώσας του γραπτού λόγου, τα ευρήματα δεν υποστήριξαν επαρκώς ή αντέκρουσαν αυτήν την υπόθεση. Στο σύνολό τους τα παρόντα ευρήματα είναι ενδεικτικά μίας αριστερής πλευρίωσης για τη γραπτή γλώσσα για την πλειονότητα των συμμετεχόντων, με την κυριοχειρία, την ηλικία, και τις αναγνωστικές και γραφικές ικανότητες να περιπλέκουν τη διαμόρφωση ενός εμφανούς προτύπου πλευρίωσης για το γραπτό λόγο. Επίσης, αυτή η διατριβή υπογραμμίζει τη δυσκολία ανάπτυξης μιας συνθήκης ελέγχου που να απομονώνει αμιγώς την κινητική συνιστώσα της γραφής. Εν κατακλείδι, τα αποτελέσματα που προκύπτουν από αυτή τη σειρά μελετών αναδεικνύουν τη σημασία της συμπερίληψης της γραφής στις μελέτες γλωσσικής πλευρίωσης όσον αφορά στη μελέτη του τυπικού εγκεφάλου, όπως και σε ειδικές μαθησιακές δυσκολίες όπως η δυσλεξία και υπογραμμίζουν τον αντίκτυπο μιας εκπαιδευτικής παρέμβασης στην εγκεφαλική πλευρίωση για τη γραπτή γλώσσα.