Summary
Il presente studio propone un protocollo per studiare l'adattamento a sinistra-destra provino invertito soltanto mediante dispositivi indossabili, utilizzando neuroimaging, che può essere uno strumento efficace per scoprire l'adattabilità degli esseri umani a un ambiente novello nella dominio uditivo.
Abstract
Un insolito spazio sensoriale è uno degli strumenti efficaci per scoprire il meccanismo di adattamento degli esseri umani a un ambiente novello. Anche se la maggior parte degli studi precedenti hanno utilizzato speciali occhiali con prismi per raggiungere spazi insoliti nel dominio visivo, una metodologia per studiare l'adattamento agli spazi insoliti uditivi ha ancora completamente essere stabiliti. Il presente studio propone un nuovo protocollo per set-up, convalidare e utilizzare un sistema stereofonico invertito di sinistra-destra utilizzando solo dispositivi indossabili, e di studiare l'adattamento a sinistra-destra invertita audizione con l'aiuto di neuroimaging. Sebbene caratteristiche acustiche individuali non sono state ancora implementate, e lieve eccesso di suoni unreversed è relativamente incontrollabile, l'apparecchio costruito Mostra ad alte prestazioni in una localizzazione di sorgente sonora 360° accoppiata con problemi di udito caratteristiche con un piccolo ritardo. Inoltre, si presenta come un lettore musicale mobile e consente a un partecipante a concentrarsi sulla vita quotidiana senza destare curiosità o attirare l'attenzione di altri individui. Poiché gli effetti dell'adattamento con successo sono stati rilevati a livello percettivo, comportamentale e neuroplasticità, è concluso questo protocollo fornisce una metodologia promettente per lo studio di adeguamento al provino invertita destra-sinistra che è uno strumento efficace per scoprendo l'adattabilità degli esseri umani ad un romanzo ambienti nel dominio uditivo.
Introduction
Capacità di adattamento a un ambiente novello è una delle funzioni fondamentali per gli esseri umani a vivere robustamente in qualsiasi situazione. Uno strumento efficace per scoprire il meccanismo di adattabilità ambientale negli esseri umani è un insolito spazio sensoriale che viene artificialmente prodotta da apparati. Nella maggior parte degli studi precedenti si tratta di questo argomento, occhiali speciali con i prismi sono stati utilizzati per ottenere una visione invertita destra-sinistra1,2,3,4,5 o su-giù invertito visione6,7. Inoltre, l'esposizione a tale visione da pochi giorni a più di un mese ha rivelato un adattamento percettivo e comportamentale1,2,3,4,5, 6 , 7 (per esempio, la capacità di guidare una bicicletta2,5,7). Inoltre, le misurazioni periodiche dell'attività del cervello utilizzando tecniche di neuroimaging, come l'elettroencefalografia (EEG)1, magnetoencefalografia (MEG)3e la formazione immagine a risonanza magnetica funzionale (fMRI)2, 4,5,7, hanno rilevato cambiamenti nell'attività neurale sottostante l'adattamento (ad es., attivazione bilaterale visual per stimolazione visiva unilaterale4, 5). anche se aspetto del partecipante diventa strano in una certa misura e grande cura è necessario per l'osservatore mantenere la sicurezza del partecipante, visione invertita con prismi fornisce precise informazioni visive tridimensionali (3D) senza qualsiasi ritardo in modo da indossare. Di conseguenza, la metodologia per scoprire il meccanismo di adattabilità ambientale relativamente viene stabilita nel dominio visivo.
Nel 1879, Thompson ha proposto un concetto di pseudophone, "uno strumento per indagare le leggi della audizione binaurale attraverso le illusioni che produce la percezione acustica dello spazio"8. Tuttavia, in contrasto con i casi visual1,2,3,4,5,6,7, pochi sono stati tentativi di studiare l'adattamento a insolito spazi uditivi e nessuna conoscenza notevole è stato ottenuto fino ad oggi. Nonostante una lunga storia di sviluppo di display uditivi virtuali9,10, indossabili apparecchi per il controllo 3D provino raramente sono stati sviluppati. Quindi, soltanto alcuni rapporti esaminato l'adeguamento al provino invertita destra-sinistra. Uno tradizionale apparato è costituito da una coppia di curve trombe che sono attraversati e inseriti nel canale uditivo di un partecipante in un contrariwise modo11,12. Nel 1928, giovane primo segnalato l'uso di questi attraversato trombe e li portava continuamente per 3 giorni al massimo o un totale di 85 h per testare adattamento ad audition invertita destra-sinistra. Willey et al. 12 rianalizzato l'adattamento in tre partecipanti indossando le trombe per 3, 7 e 8 giorni, rispettivamente. Le trombe curve facilmente fornito provino invertita destra-sinistra, ma ha avuto un problema con l'affidabilità di precisione spaziale, vestibilità e strano aspetto. Un apparato più avanzato per l'audizione invertito è un sistema elettronico in cui linee di sinistra e destra della testa/auricolari e microfoni sono inversamente collegati13,14. Ohtsubo et al. 13 raggiunto uditiva inversione utilizzando i primi mai binaurale per cuffie-microfoni che sono stati collegati ad un amplificatore fisso e valutate le prestazioni. Più recentemente, Hofman et al. 14 reticolato completare a canale-apparecchi acustici e testato adattamento in due partecipanti che portava l'aids per 49H in 3 giorni e 3 settimane, rispettivamente. Anche se questi studi sono segnalati ad alte prestazioni della localizzazione di sorgente sonora nel campo uditivo anteriore, la localizzazione di sorgente sonora nel backfield e un potenziale ritardo dei dispositivi elettrici non sono mai state valutate. Soprattutto in Hofman et al.' Studio s, la prestazione spaziale di apparecchi acustici è stata garantita per la parte anteriore 60° nella condizione di testa-fisso e per il 150° anteriore nello stato privo di testa, suggerendo le prestazioni omniazimuth sconosciuto. Inoltre, il periodo di esposizione può essere troppo breve per rilevare fenomeni legati all'adattamento rispetto ai casi più lungo di visione invertita2,4,5. Nessuno di questi studi hanno misurato l'attività di cervello utilizzando tecniche di neuroimaging. Pertanto, l'incertezza nella precisione spazio-temporale, i periodi di esposizione breve e il mancato utilizzo del neuroimaging potrebbe essere motivi per il piccolo numero dei rapporti e la limitata quantità di conoscenze sull'adattamento al provino invertita destra-sinistra.
Grazie ai recenti progressi nella tecnologia acustica indossabile, Aoyama e Kuriki15 riusciti a costruire un sinistra-destra invertita audizione 3D utilizzando solo indossabili che recentemente è diventato disponibile e realizzato il sistema di omniazimuth con alta spatiotemporal precisione. Inoltre, circa 1 mese esposizione al provino invertita utilizzando l'apparecchio esposto alcuni risultati rappresentativi per misurazioni di MEG. Basato su questo rapporto, descriviamo, in questo articolo, un protocollo dettagliato per set-up, convalidare e utilizzare il sistema, e per verificare l'adattamento a sinistra-destra invertito audizione con l'aiuto di neuroimaging che viene eseguita periodicamente senza il sistema. Questo approccio è efficace per scoprire l'adattabilità degli esseri umani a un ambiente novello nel dominio uditivo.
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Protocol
Tutti i metodi descritti qui sono stati approvati dal comitato etico di Tokyo Denki University. Per ogni partecipante, il consenso informato è stato ottenuto dopo che il partecipante ha ricevuto una spiegazione dettagliata del protocollo.
1. installazione di sinistra-destra invertito sistema Audition
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Installazione del sistema Audition invertito senza un partecipante
- Preparare un lineare registratore (LPCM) modulazione a impulsi, microfoni binaurali e binaurale auricolari in-ear.
- Collegare le linee di destra e sinistra dei microfoni sotterfugio al registratore LPCM affinché sinistra-destra invertiti segnali audio analogici vengono digitalizzati. Inoltre, collegare le linee sinistra e destra degli auricolari dritti al registratore affinché i segnali digitalizzati invertiti immediatamente vengono riprodotti.
Nota: Nel caso che impiegano l'auricolare-microfoni binaurali come auricolari binaurale, non utilizzare le parti di auricolare al fine di ridurre la propagazione dei suoni che passano attraverso le parti di microfono. - Mettere i corpi di microfoni e auricolari insieme per ogni orecchio con isolamento leggero di materiali sonori di correzione e coprire i microfoni con parabrezza dedicati per sopprimere il rumore del vento.
- Inserire le batterie ricaricabili e una carta di grande capacità di memoria ad alta velocità nel masterizzatore LPCM e accenderlo. Impostare le condizioni di registrazione correttamente in maniera tale che i segnali audio vengono registrati sulla scheda di memoria come un formato LPCM a una frequenza di campionamento di 96 kHz con una profondità di 24 bit.
- Posizionare il corpo del sistema in un sacchetto di formato tascabile.
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Installazione del sistema Audition invertita con un partecipante
- Incaricare un partecipante per inserire gli auricolari del sistema invertita provino strettamente nel canale uditivo.
- Scollegare le linee per i microfoni di sinistra e destra e collegare il lato dominante-orecchio del microfono dritto al registratore.
- Istruire il partecipante da togliere e mettere sul lato dominante-orecchio del sistema ripetutamente mentre si regola il volume dell'audio del registratore per rendere il livello sonoro soggettivo di diretta (normale) e indiretta (invertita) suona uguale (il più vicino possibile).
- Controllare il volume per l'orecchio non dominante pure e collegare tutte le linee del sistema di nuovo.
- Collocare il sistema in tasca del partecipante, fissaggio delle corde sui vestiti del partecipante in modo appropriato per impedire loro di rimanere impigliati e raccogliere i rumori indesiderati.
2. convalida della sinistra-destra invertito sistema Audition
Nota: Eseguire la procedura seguente per convalidare il sistema di audizione invertita destra-sinistra, indipendentemente dalla esperimenti studiando adattamento ad inversione sinistra-destra.
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Convalida la localizzazione di sorgente sonora del sistema Audition invertito
- Individuare un goniometro digitale angolo cui direzione iniziale è definita come 0° al centro di una camera anecoica, e assumere un cerchio virtuale centrato a questo punto con un raggio di 2 m. lungo il cerchio virtuale, mark 72 sorgenti sonore possibili ogni 5 ° da-180 ° a 175 ° in un modo in senso orario e impostare gli altoparlanti di onda piana in questi punti diretti verso il centro del cerchio.
- Impostare una videocamera vicino al centro della stanza per registrare il display del goniometro digitale.
Nota: Poiché il display del goniometro si muove con il corpo del goniometro, il campo visivo del video deve essere sufficientemente grande da coprire tutte le aree possibili. Inoltre, la videocamera deve essere posizionata con cura al fine di non disturbare la posizione seduta del partecipante e la presentazione audio. - Preparare per due sessioni di localizzazione di sorgente sonora: nella prima sessione, il partecipante non mettere sul sistema provino invertita. Nella seconda sessione, il partecipante mette sull'apparecchiatura, si calibra e controlla il sistema (come spiegato nel passaggio 1.2) più velocemente possibile.
- Guidare i partecipanti di sedersi comodamente e con gli occhi bendati al centro del lato cerchio 0° sorgente sonora e attendere che l'esperimento iniziare.
- Condurre due sessioni della localizzazione di sorgente sonora. In entrambe le sessioni, hanno l'uso partecipante il goniometro per indicare la direzione sonora percepita più precisamente possibile senza muovere la testa.
- Per ogni sessione, avviare la registrazione video sul display di angolo del goniometro e suoni di 1000 Hz presenti a livello di 65 dB di pressione sonora (SPL) da una qualsiasi delle sorgenti sonore: il suono in un'unica sede è casualmente commutato al suono in un'altra posizione ogni 10 s in tale un modo che ogni posizione è usato una volta.
Nota: Qui si usa MATLAB con il Toolbox psicofisica16,17,18. Anche se la casella degli strumenti viene comunemente utilizzato per presentare suoni, qualsiasi software di stimolazione affidabile anche può essere utilizzato. - Dopo ogni sessione, interrompere la registrazione video e istruire i partecipanti a prendere una pausa per quantità di tempo sufficiente.
- Leggere gli angoli percettivi prova-di-prova visualizzati il goniometro dal video registrato e valutare la prestazione spaziale del sistema invertita provino confrontando gli angoli percettivi normale e le condizioni rovesciate contro il fisico angoli definiti dalla direzione delle sorgenti sonore.
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Convalida del ritardo del sistema Audition invertito
- Mettere il sistema invertita audizione su una scrivania in una camera tranquilla con nessuno dei partecipanti.
- Scollegare una linea al microfono sinistro e posizionare un altoparlante di onda piana e l'auricolare sinistro più vicino possibile al microfono giusto.
- Avviare la registrazione diretti (normali) suoni dall'altoparlante e suoni indiretti (invertiti) dall'auricolare sinistro contemporaneamente attraverso il microfono giusto.
- 1-ms presenti fare clic su suoni dall'altoparlante con un intervallo di Inter-stimolo moderato alle 65-dB SPL.
- Dopo un numero sufficiente di prove, tappa che presenta e registrare i suoni.
- Al fine di confermare la configurazione simmetrica del sistema, è necessario ripetere gli stessi passaggi sopra utilizzando l'auricolare destro e il sinistro microfono.
- Leggere i dati audio registrati utilizzando software (ad es., MATLAB) e valutare la differenza tra i tempi di insorgenza dei suoni (normali) diretti e indiretti suoni (invertiti), che corrisponde ad un potenziale ritardo causato dal tempo trascorso, passando attraverso il percorso elettrico nel sistema.
3. studiare l'adattamento a sinistra-destra invertita Audition
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Procedura dell'esposizione a Audition invertito
- Ricordare ai partecipanti più volte del loro diritto di chiudere l'esposizione in qualsiasi momento.
Nota: Fermare l'esposizione più presto se il partecipante segnala malattia o se si osserva alcun segno che il partecipante vuole chiudere l'esposizione per qualsiasi motivo. - Preparare un numero sufficiente di ricambio batterie ricaricabili e schede di memoria ad alta velocità di grande capacità per consentire al partecipante di sostituirli in qualsiasi momento.
- Indicare al partecipante di indossare, calibrare e controllare il sistema di audizione invertita da soli durante il periodo di esposizione, come spiegato al punto 1.2. Eseguire la stessa procedura ogni volta che il partecipante indossa il sistema dopo ogni interruzione.
- Istruire i partecipanti a svolgere attività di vita quotidiana mentre indossa il sistema continuamente per circa un mese, tranne durante il sonno, balneazione, neuroimaging e altre volte di emergenza. In questi casi, chiedere ai partecipanti di rimuovere il sistema e inserire immediatamente i tappi per le orecchie nelle loro orecchie per impedire il ripristino di adattamento.
Nota: Anche se è l'ideale per il partecipante da indossare tutto il giorno e la notte il sistema, è consigliabile che il sistema non essere indossato durante il sonno e balneazione al fine di evitare rumori imprevisti e scosse elettriche, rispettivamente. - Sostituire le batterie e schede di memoria regolarmente prima di esaurimento della batteria e la memoria di sovraccapacità, rispettivamente. Rimuovere il sistema e sostituirlo con tappi per le orecchie rapidamente in un luogo silenzioso senza produrre alcun suono.
- Quando un partecipante ha bisogno di muoversi in auto all'esterno, il partecipante in una macchina, accompagnare il partecipante in movimento, o chiedere loro di utilizzare il mezzo di trasporto sicuro per gli atti compiuti da solo.
Nota: Occorre prestare molta attenzione da parte del ricercatore al fine di non compromettere la sicurezza del partecipante durante il periodo di esposizione, soprattutto quando il partecipante va fuori. Vietano il partecipante di adempiere eventuali comportamenti pericolosi. - Al fine di facilitare l'adattamento, indicare al partecipante di sperimentare situazioni che coinvolgono alti input uditivi, come camminare in un centro commerciale o un campus, avendo una conversazione con più di due persone, e riproduzione video 3D giochi, per quanto possibile.
- Istruire i partecipanti a tenere un diario o un rapporto soggettivo ad un osservatore come frequentemente come possibile circa i cambiamenti percettivi e comportamentali, esperti eventi e tutto ciò che il partecipante si accorge.
- Dopo il periodo di esposizione di destinazione, istruire il partecipante a decollare il sistema provino invertita.
Nota: È anche importante seguire i cambiamenti percettivi e comportamentali al fine di esaminare il processo di recupero dall'adattamento ad audition invertita destra-sinistra.
- Ricordare ai partecipanti più volte del loro diritto di chiudere l'esposizione in qualsiasi momento.
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Neuroimaging durante l'esposizione al provino invertito
- Istruire il partecipante addestrare un'attività che verrà utilizzato durante gli esperimenti di neuroimaging come sufficientemente come possibile.
- Ad esempio, i treni al partecipante di eseguire un compito di tempo di reazione selettiva in due condizioni, compatibili e incompatibili15. La circostanza compatibile consiste di reagire immediatamente al suono di destra-orecchio con il dito indice destro e al suono di sinistra-orecchio con il dito indice sinistro. La condizione incompatibile è costituito da risponde immediatamente al suono di destra-orecchio con il dito indice sinistro e al suono di sinistra-orecchio con il dito indice destro.
- Utilizzare suoni di 1000 Hz a 65 dB SPL per 0,1 s con un intervallo di Inter-stimolo di 2,5 – 3,5 s, che appare casualmente su entrambi i lati dell'orecchio.
- Prima dell'esposizione al provino invertita, condurre un esperimento di neuroimaging in attività di formazione.
- Ad esempio, registrare le risposte di MEG o EEG, come pure le risposte di sinistra e destra dito sotto il tempo di reazione selettiva attività15. L'operazione consiste di due compatibili e due blocchi incompatibili che sono disposti alternativamente con un intervallo di Inter-blocco di almeno 30 s e con i suoni che appaiono 80 volte per ogni blocco attraverso gli auricolari inseriti con tubi di plastica dell'orecchio.
Nota: Anche se un sistema di MEG 122-canale è stato usato in Aoyama e Kuriki15, un sistema di EEG multicanale è anche adatto per questo protocollo. - Per il registrazione di MEG/EEG, impostare la frequenza di campionamento a 1 kHz e la banda passante di registrazione analogica a 0,03 – 200 Hz.
- Ad esempio, registrare le risposte di MEG o EEG, come pure le risposte di sinistra e destra dito sotto il tempo di reazione selettiva attività15. L'operazione consiste di due compatibili e due blocchi incompatibili che sono disposti alternativamente con un intervallo di Inter-blocco di almeno 30 s e con i suoni che appaiono 80 volte per ogni blocco attraverso gli auricolari inseriti con tubi di plastica dell'orecchio.
- Durante circa 1 mese esposizione al provino invertita, condurre esperimenti neuroimaging sotto il compito addestrato ogni settimana senza il sistema invertita provino esattamente nello stesso modo come l'esperimento di pre-esposizione (punto 3.2.2).
Nota: Il sistema è rimosso immediatamente prima e immediatamente dopo ogni esperimento. - Una settimana dopo l'esposizione, condurre un esperimento di neuroimaging sotto il compito addestrato in esattamente allo stesso modo come l'esperimento di pre-esposizione (punto 3.2.2).
- Analizzare i dati raccolti prima, durante e dopo l'esposizione all'audizione invertita destra-sinistra.
- Ad esempio, dopo aver respinto le epoche contaminate con gli artefatti relativi al occhio, rimuovere l'offset nell'intervallo pre-stimolo e impostare il passa-basso filtro a 40 Hz, media i dati MEG/EEG da 100 ms prima a 500 ms dopo l'inizio di suono per il stimolo-risposta condizioni compatibili e incompatibili15.
- Utilizzando un MNE software pacchetto19,20, stimare le origini dell'attività del cervello con mappe parametriche statistiche dinamiche (dSPMs) sovrapposti su immagini di superficie corticale e quantificare l'intensità dell'attività cerebrale con minimo-norma stima (multinazionali) per ciascun punto di tempo dei dati media.
- Calcolare la connettività funzionale uditivo-motore da single-trial zero-media MEG/EEG di dati da 90 a 500 ms dopo l'inizio del suono per ogni condizione
Nota: Qui usiamo MATLAB con la casella degli strumenti causalità di Granger multivariata21. - Per i dati comportamentali, calcolare i tempi di reazione medi per le condizioni di stimolo-risposta compatibili e incompatibili.
- Istruire il partecipante addestrare un'attività che verrà utilizzato durante gli esperimenti di neuroimaging come sufficientemente come possibile.
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Representative Results
I risultati rappresentativi mostrati qui sono basati su Aoyama e Kuriki15. Il presente protocollo raggiunto provino invertita destra-sinistra con elevata precisione spazio-temporale. La figura 1 Mostra la localizzazione della sorgente sonora in direzioni oltre 360 ° prima e immediatamente dopo aver messo sul sistema provino invertita destra-sinistra (Figura 1A), in sei partecipanti, come indicato dalla somiglianza coseno. Come mostrato in Figura 1B, gli angoli percettivi nella normale condizione abbastanza bene sono stati correlati con gli angoli fisici (correlazione positiva, regolata R2 = 0,99). Gli angoli percettivi nella condizione inversa anche bene sono stati correlati con gli angoli fisici (correlazione negativa, rettificato R2 = 0,96; vedere anche Figura 4 in Aoyama e Kuriki15), anche se esisteva un leggero distorsione percettiva verso la rotazione in senso antiorario, soprattutto per i suoni provenienti dalla parte anteriore di destra e le indicazioni di terzino sinistro. In particolare, gli angoli percettivi nella condizione inversa più sono stati correlati con gli angoli percettivi disposti in modo opposto nella condizione normale (regolato R2 = 0,98) rispetto agli angoli di fisici, come mostrato in Figura 1. Inoltre, un potenziale ritardo del sistema è stato stimato per essere una costante ms. 2 del presente protocollo hanno raggiunto un aspetto naturale e da portare, come l'ascolto di musica con un lettore musicale mobile, evitando così qualsiasi stress di essere notato da altri individui.
Figura 1: localizzazione delle sorgenti in direzioni di 360°, prima e immediatamente dopo aver messo sul sistema provino invertita destra-sinistra, in sei partecipanti del suono. (A) costruito sinistra-destra invertito sistema di audizione. (B) coseno somiglianza tra angoli percettivi e regolamentati segno fisico angoli nel normale (blu) e invertita (rosse) condizioni complottate contro angoli fisici (non regolamentati), rispettivamente. Mentre gli angoli fisici vengono utilizzati direttamente per la somiglianza del coseno nella condizione normale, i segni degli angoli fisici sono invertiti nella condizione inversa. (C) somiglianza coseno angoli percettivi nella condizione inversa e disposte in modo opposto angoli percettivi nella condizione normale complottato contro angoli fisici (viola). Questa figura è stata modificata da Aoyama e Kuriki15. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Il presente protocollo ha rivelato cambiamenti percettivi all'audizione invertito da una fase relativamente precoce durante l'esposizione di circa 1 mese. Anche se una sensazione di stranezza è stata segnalata solo dopo l'esposizione, ha cominciato a diminuire entro una settimana dell'esposizione ed ha continuato a cadere ulteriormente nel tempo. Suoni di specchio-immagine gradualmente sono stati percepiti come normale, che si è verificato anche con informazioni visive e movimenti. Una settimana dopo la fine del periodo di esposizione, tutte le modifiche restituite all'esposizione pre-livello. Il presente protocollo rilevato cambiamenti non solo percettivi, ma anche comportamentali e neuroplasticità sottostante l'adattamento. La figura 2 Mostra cambiamenti nelle risposte comportamentali e neurali durante l'attività selettiva reazione tempo sopra il tempo di esposizione in un partecipante rappresentanza. Come mostrato nella Figura 2A, i tempi di reazione medi per i suoni di risposta-incompatibile nel complesso erano più lunghi di quelli per risposta compatibile con suoni dal periodo pre-esposizione per la terza settimana, ma è diventato leggermente più corto nella quarta settimana. Questa relativa inversione seguita la transitoria allungamento dei tempi di reazione medi indipendentemente dalla compatibilità nella seconda settimana. Dopo l'esposizione, tutti significa tempi di reazione ritornati al livello iniziale. Le intensità MNE dei componenti N1m destra e sinistra hanno esibito tendenze simili tempi di reazione media, come mostrato nella Figura 2B, anche se il rapporto compatibile-incompatibile è stato invertito. I componenti N1m sono distinti campi evocati uditivi osservati a circa 90 ms dopo l'inizio di suono, e loro fonte è stata confermata per essere situato nei piani temporali superiori bilaterali utilizzando dSPMs. Nel complesso, le intensità nelle condizioni compatibili stimolo-risposta erano superiori a quelli nelle condizioni incompatibili dal periodo pre-esposizione per la terza settimana, ma erano leggermente più bassi nella quarta settimana. Questa inversione relativa seguito il miglioramento transitorio delle intensità indipendentemente dalla compatibilità e lateralità nella seconda settimana. Dopo l'esposizione, sono tornati ai livelli iniziali.
Figura 2: le risposte comportamentali e neurali durante l'attività selettiva tempo di reazione in un partecipante rappresentanza. (A) significa tempi di reazione per stimolo-risposta condizioni compatibili e incompatibili. (B) sinistra e destra uditiva N1m intensità per condizioni compatibili e incompatibili di stimolo-risposta, come valutata dalle stime di minimo-norm. Zone in gialli indicano un periodo esposto ad audition invertita destra-sinistra. Questa figura è stata modificata da Aoyama e Kuriki15. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Inoltre, il presente protocollo ha rivelato cambiamenti nella connettività funzionale attraverso la sinistra e destra uditiva e aree motorie durante l'attività selettiva tempo di reazione in due partecipanti, come mostrato nella Figura 3. La connettività funzionale è stata testata con la prova di causalità di Granger ad una soglia di p < 0.05. Inizialmente, queste aree uditive-motor comunicavano con l'altro indipendentemente dalla stimolo e risposta. Tuttavia, dopo l'esposizione all'audizione invertito, la connettività uditivo-motor è diventato instabile. In particolare, nella seconda settimana, la connettività uditivo-motor è stato interrotto drasticamente, soprattutto nel feedback proprio motore-a-uditivo e comunicazione motore sinistro-destro. Subito dopo, la connettività ha recuperato a livello della prima settimana e ritornato al livello iniziale dopo l'esposizione.
Figura 3: connettività funzionale uditivo-motore come testata dai test di causalità di Granger durante l'attività selettiva tempo di reazione in due partecipanti. Rosso, giallo e non le frecce indicano il numero di partecipanti che hanno mostrato il significato ad una soglia di p < 0.05 (N = 2, 1 e 0, rispettivamente). LM e RM identificano aree sinistra e destra motore, rispettivamente, e LA e RA identificano aree sinistra e destra uditive, rispettivamente. Questa figura è stata modificata da Aoyama e Kuriki15. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Il protocollo proposto mirato a stabilire una metodologia per lo studio di adattamento a sinistra-destra invertita audizione come strumento efficace per scoprire l'adattabilità degli esseri umani a un ambiente uditivo novello. Come testimoniano i risultati rappresentativi, l'apparato costruito raggiunto provino invertita destra-sinistra con elevata precisione spazio-temporale. Anche se gli apparecchi precedenti per audizione invertita11,12,13,14 erano per lo più affidabili nel campo uditivo anteriore, questo protocollo fornisce prestazioni elevate in una sorgente sonora a 360 ° localizzazione accoppiato con le caratteristiche dell'udito. Inoltre, un potenziale ritardo di 2 ms perdita attraverso il percorso elettrico nel sistema, che mai è stato valutato in altri apparati elettronici13,14, è considerato trascurabile a causa l'acuità uditiva temporale umano22 . A differenza di apparato tradizionale delle trombe curvi11,12 con un aspetto strano e scomodo in forma, il sistema invertita provino utilizzato nel presente protocollo si presenta come un lettore musicale mobile e consente a un partecipante al concentrarsi sulla vita quotidiana senza destare curiosità o attirare l'attenzione di altri individui. A questo punto, è persino superiore agli apparati per la visione invertita utilizzando prismi1,2,3,4,5,6,7 . Infatti, come testimoniano i risultati rappresentativi, circa 1 mese di indossare l'apparecchio raggiunto adattamento a sinistra-destra provino invertita a livello percettivo, comportamentale e neuroplasticità. Come in precedenti protocolli11,12,13,14, è stato molto impegnativo per eseguire esperimenti con molti partecipanti, a causa del periodo di ricerca lungo e difficoltà nel reclutamento di partecipante. Tuttavia, risultati individuali fornite informazioni affidabili, ricche e preziose sull'adattamento uditivo (per informazioni dettagliate, vedere Aoyama e Kuriki15). Pertanto, il presente protocollo è molto più adatto per facilitare l'adattamento al provino invertita rispetto a qualsiasi altri protocolli precedenti che non sono riusciti a conoscere notevolmente in anticipo circa l'adattamento11,12, 13,14.
Come una premessa di base, la massima priorità nel protocollo proposto dovrebbe essere sicurezza del partecipante, la salute e sarà durante l'esposizione all'audizione invertita. Al fine di preservare questi, un osservatore deve fare molta attenzione e comunicare con il partecipante per quanto possibile, soprattutto durante e subito dopo il periodo di esposizione. Se le condizioni non sono soddisfacenti, un osservatore deve fermare immediatamente l'esposizione. A parte questo, una delle fasi più critiche del protocollo è quello di istruire i partecipanti a sperimentare situazioni che coinvolgono alti input uditivi per quanto possibile. A differenza di visual casi dove l'input retinico ha risoluzione spaziale fine23,24, esposizione ad audition invertita è meno efficace a causa della bassa risoluzione spaziale uditiva25,26. Inoltre, non ambientale eventi uditivi si presentano raramente nella vita quotidiana, a meno che una persona è sottoposta agli ingressi uditivi alti. Inoltre, non è sufficiente per i suoni ad essere direzionale e lateralized, ma i suoni dovrebbero essere accompagnati anche da altre informazioni sensoriali o movimento per facilitare l'adattamento. Senza questo passaggio, inferiore o addirittura nessun effetto adattivo, è previsto. Un altro passo fondamentale è quello di istruire il partecipante addestrare un'attività sufficientemente come possibile prima che il primo neuroimaging sperimentare in modo che le prestazioni di attività converge ad un certo livello. Ciò è necessario per una valutazione precisa dell'adaptive effetto sulle risposte comportamentali e neurale, perché è abbastanza difficile dissociare tra il adaptive e l'attività di apprendimento gli effetti nel tempo. Preliminare riduzione dell'effetto di apprendimento così attività promuove ulteriormente analisi dell'adattamento.
Il presente protocollo può essere modificato in modo flessibile, a seconda della disponibilità di attrezzature sperimentali e lo scopo di studio. Ad esempio, per convalidare la localizzazione di sorgente sonora del sistema provino invertita, è accettabile per impiegare un altro metodo stabilito per la localizzazione di sorgente sonora, anziché il goniometro digitale di angolo e una stanza insonorizzata sufficientemente calma, invece di una camera anecoica. Per studiare l'adattamento al provino invertita destra-sinistra, il periodo di esposizione può essere abbreviato o prolungato e la frequenza di neuroimaging può essere inferiore o superiore, secondo la situazione. Per ulteriori approfondimenti, si consiglia di eseguire neuroimaging più frequentemente dopo il periodo di esposizione per studiare il processo di recupero dopo l'adattamento. Se neuroimaging non è disponibile, è possibile sostituire gli esperimenti neuroimaging di esperimenti comportamentali. In questo protocollo, c'è una possibilità che un partecipante sarà richiesta la sospensione temporanea dell'esposizione a causa di inevitabili motivi. A meno che il partecipante si impegna a inserire i tappi per le orecchie nelle orecchie durante il periodo di sospensione, l'esposizione dovrebbe essere terminata a causa di effetti di recupero sconosciuto il riadattamento; un nuovo esperimento dovrebbe essere avviato con un altro partecipante. Un altro possibile problema è che un equilibrio di intensità soggettiva tra destro e sinistro suoni diventa incerto a causa di contatto fisico con il sistema o per altri motivi. In tal caso, è consigliabile per il partecipante a confermare, con gli occhi chiusi, se i suoni provenienti dalla parte anteriore sono localizzati solo nella parte anteriore prima di riaggiustare il volume.
Anche se il presente apparecchio mostrato ad alte prestazioni nella localizzazione di sorgente sonora a 360°, i risultati hanno indicato una lieve distorsione percettiva verso la rotazione in senso antiorario, soprattutto per i suoni provenienti dalla parte anteriore di destra e le indicazioni di terzino sinistro. Supponendo che gli auricolari vengono correttamente inseriti nel canale uditivo del partecipante, due possibilità sono considerati per la distorsione asimmetrica della localizzazione: posto di singole caratteristiche acustiche e la propagazione di suoni. Caratteristiche acustiche in genere sono modellate come trasferimento riferita alla testa funzioni (HRTF)27e HRTF comuni sono utilizzati per qualsiasi partecipante nella versione corrente dell'apparato senza ottimizzazione specifica. Così, c'è spazio per migliorare l'apparato implementando HRTF individuali per ogni orecchio e partecipante. Al contrario, lieve spillover di suoni unreversed è relativamente incontrollabile. Anche se riduce la separazione delle parti microfono e auricolare del sistema spillover e suoni usuali non rischiano di generare percettibile conduzione ossea28, è tecnicamente difficile impedire la ricaduta completamente in modo da indossare. Inoltre, durante l'esposizione, è quasi impossibile controllare osso-condotto voci autoprodotti; così,... non c'è niente da fare, ma ad assumere una distribuzione simmetrica della luce per loro. Pertanto, si ritiene che l'attuazione dei singoli HRTF è la priorità per migliorare l'apparato e conseguire più efficaci di adattamento.
A nostra conoscenza, questo è il primo successo protocollo stabilito per studiare l'adattamento a lungo termine preciso sinistra-destra invertita audizione con neuroimaging. Inoltre, questo protocollo ha un grande potenziale per vasta applicabilità nella ricerca uditiva e multisensoriale. Ad esempio, potrebbe istituire il sistema che incorpora un microcomputer per indurre alterazioni diverse in uno spazio uditivo, come uno spostamento generale verso destra o una compressione dello spazio uditivo verso il centro. Poiché l'informazione territoriale concordemente viene elaborato attraverso modalità sensoriali, spazio uditivo alterato potrebbe essere uno strumento forte per rivelare meccanismi di ricalibrazione multisensoriale spaziale in un modo simile a Zwiers et al. 29, che hanno riferito gli effetti di indossare lenti a Prisma con spazialmente compresso visione sulla localizzazione di sorgente sonora. Al giorno d'oggi, sta diventando sempre più popolare di utilizzare tecniche attualmente disponibili in maniera multimodale, ad esempio l'uso simultaneo di EEG e fMRI30, e uso di stimolazione cerebrale transcranica ed EEG/MEG31combinato un ritardato. Mentre l'uso simultaneo di due tecniche di neuroimaging compensa reciprocamente le loro debolezze, il ritardo uso combinato di tecniche di neurostimolazione e neuroimaging rivela cervello funzioni correlate alle conseguenze causate dal neurostimolazione utilizzando il neuroimaging. In particolare, un regime sperimentale del presente protocollo può essere considerato come una versione espansa di quest'ultimo caso. Simili alle tecniche di neurostimolazione, continue indossando un apparato indossabile con insolito spazio sensoriale provoca postumi di adattamento. Questi effetti possono essere quindi misurati da una tecnica di neuroimaging. Pertanto, il ritardo combinato di utilizzazione di un dispositivo indossabile e una tecnica di neuroimaging rivela funzioni cerebrali legate alla adattamento (come brevemente sottolineato in Aoyama e Kuriki15). Da un punto di vista generale, questo schema può fornire nuove intuizioni gli studi di neuroimaging con una varietà di effetti adattivi. In conclusione, il presente protocollo, secondo questo sistema, fornisce una metodologia promettente per lo studio di sinistra-destra invertita audizione come uno strumento per scoprire l'adattabilità degli esseri umani a un ambiente novello nel dominio uditivo.
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Disclosures
L'autore non ha nulla di divulgare.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato parzialmente sostenuto da una sovvenzione JSPS KAKENHI Grant numero JP17K00209. L'autore ringrazia Takayuki Hoshino e Kazuhiro Shigeta per assistenza tecnica.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Linear pulse-code-modulation recorder | Sony | PCM-M10 | |
| Binaural microphones | Roland | CS-10EM | |
| Binaural in-ear earphones | Etymotic Research | ER-4B | |
| Digital angle protractor | Wenzhou Sanhe Measuring Instrument | 5422-200 | |
| Plane-wave speaker | Alphagreen | SS-2101 | |
| Video camera | Sony | HDR-CX560 | |
| MATLAB | Mathworks | R2012a, R2015a | R2012a for stimulation and R2015a for analysis |
| Psychophysics Toolbox | Free | Version 3 | http://psychtoolbox.org |
| Insert earphones | Etymotic Research | ER-2 | |
| Magnetoencephalography system | Neuromag | Neuromag-122 TM | |
| Electroencephalography system | Brain Products | acti64CHamp | |
| MNE | Free | MNE Software Version 2.7, MNE 0.13 |
https://martinos.org/mne/stable/index.html |
| The Multivariate Granger Causality Toolbox | Free | mvgc_v1.0 | http://www.sussex.ac.uk/sackler/mvgc/ |
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