Summary
Studien foreslår en protokoll for å undersøke tilpasningen til venstre høyre tilbakeførte audition oppnås kun ved bærbare enheter, bruke neuroimaging, som kan være et effektivt verktøy for avdekke tilpasningsevne mennesker en roman miljøet i den Auditory domene.
Abstract
En uvanlig sensoriske plass er en av de effektive verktøyene for å avdekke mekanisme tilpasning av mennesker til et romanen miljø. Selv om de fleste av de tidligere studiene har brukt spesielle briller med prismer for å oppnå uvanlig mellomrom i visuelle domenet, ennå en metode for å studere tilpasningen til uvanlig auditiv mellomrom etableres fullt. Studien legger en ny protokoll å sette opp, validere, og bruk en venstre høyre tilbakeførte stereofoniske system bruker bare bærbare enheter, og studere tilpasningen til venstre høyre reversert audition ved hjelp av neuroimaging. Selv om individuelle akustiske egenskaper ikke er ennå implementert, og liten ringvirkninger av unreversed lyder er relativt ukontrollerbare, viser konstruert apparatet høy ytelse i en 360° lydkilde lokalisering kombinert med hørsel egenskaper med liten forsinkelse. Dessuten, det ser ut som en transportabel musikkspilleren og lar deltaker å fokusere på daglige liv uten arousing nysgjerrighet eller trekke oppmerksomhet til andre personer. Siden effekten av tilpasning ble oppdaget på Perseptuell, atferdsmessige og nevrale nivå, kan det konkluderes at denne protokollen gir en lovende metode for å studere tilpasning til venstre høyre tilbakeførte audition, og er et effektivt verktøy for avdekke tilpasningsevne mennesker til en roman miljøer i auditiv domenet.
Introduction
Tilpasning til en roman miljø er en av de grunnleggende funksjonene for mennesker å leve robust i enhver situasjon. Et effektivt verktøy for avdekke mekanismen av miljømessige tilpasningsevne i mennesker er en uvanlig sensoriske plass som produseres kunstig av apparatene. I fleste av de tidligere studiene som omhandler dette emnet, har spesielle briller med prismer blitt brukt til å oppnå venstre høyre tilbakeførte visjon1,2,3,4,5 eller opp og ned reversert visjon6,7. Videre har eksponering for slik visjon fra noen dager til mer enn en måned avslørt perseptuell og atferdsmessige tilpasning1,2,3,4,5, 6 , 7 (f.eks, evnen til å kjøre en sykkel2,5,7). Videre periodiske målinger av hjerneaktiviteten bruke neuroimaging teknikker, som Elektroencefalogram (EEG)1magnetoencephalography (MEG)3og funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI)2, 4,5,7, har oppdaget endringer i nevrale aktiviteten underliggende tilpasning (f.eks, bilaterale visuelle aktivisering for ensidig visuell stimulering4, 5). selv om deltakerens utseendet blir rart til en viss grad og stor forsiktighet er nødvendig for observatøren å opprettholde deltakerens sikkerhet, motsatt visjon prismer gir presis tredimensjonal (3D) visuell informasjon uten forsinkelser på en bærbar måte. Derfor er metodikken for avdekke mekanismen av miljømessige tilpasningsevne relativt etablert i visuelle domenet.
I 1879 foreslo Thompson et konsept av pseudophone, "et instrument for å undersøke lover binaural audition ved hjelp av illusjoner produserer i akustisk oppfatningen av plass"8. Men i motsetning til den visuelle tilfeller1,2,3,4,5,6,7, har noen forsøk blitt gjort å studere tilpasningen til uvanlig Auditory mellomrom og ingen merkbar kunnskap har anskaffet til dato. Til tross for en lang historie med å utvikle virtuelle auditiv viser9,10, er slitesterk apparatene for å kontrollere 3D audition sjelden utviklet. Derfor undersøkt bare noen rapporter tilpasningen til venstre høyre tilbakeførte audition. En tradisjonell apparater består av et par buede trompeter som krysset og settes inn i en deltakers øre kanaler i en contrariwise måte11,12. I 1928 unge først rapportert bruk av dette krysset trompeter og bar dem kontinuerlig i 3 dager høyst eller totalt 85 h å teste tilpasning til venstre høyre tilbakeførte audition. Willey et al. 12 testes tilpasningen i tre deltakere iført trompeter for 3, 7 og 8 dager, respectively. Buet trompeter lett gitt venstre høyre tilbakeførte audition, men hadde problemer med påliteligheten av romlige nøyaktigheten, bærbarhet og merkelig utseende. En mer avansert apparater for tilbakeførte audition er et elektronisk system der venstre og høyre linjene i hode/hodetelefonene og mikrofoner er reversert tilkoblede13,14. Ohtsubo et al. 13 oppnådd auditiv tilbakeføring ved hjelp av de første noensinne binaural hodetelefon-mikrofonene som er koblet til en fast forsterker og evaluere ytelsen. Flere nylig, Hofman et al. 14 krysskoblet fullføre i kanalen høreapparater og testet tilpasning i to deltakerne som hadde hjelpemidler for 49 h i 3 dager og 3 uker, henholdsvis. Selv om disse studiene har rapportert høy ytelse av lydkilden lokalisering i feltet foran auditiv, lydkilde lokalisering i backfield og en mulig forsinkelse på elektriske enheter har aldri blitt evaluert. Spesielt i Hofman et al.' s studien, romlig ytelsen av høreapparater ble garantert for 60° i hodet-fast tilstand- og for den foran 150° i hodet-fri tilstand, tyder ukjent omniazimuth ytelse. Videre er eksponeringen perioden for kort til å oppdage fenomener relatert til tilpasning mot lengre tilfeller av motsatt visjon2,4,5. Ingen av disse studiene har målt hjerneaktiviteten bruke neuroimaging teknikker. Derfor kan usikkerheten i spatiotemporal nøyaktighet, kort eksponering periodene og ikke-utnyttelsen av neuroimaging være årsaker for lite antall rapporter og begrenset mengde kunnskap om tilpasning til venstre høyre tilbakeførte audition.
Takket være de siste fremskritt innen bærbar akustisk teknologi reversert Aoyama og Kuriki15 lyktes i å lage en venstre-høyre 3D audition bruker bare bærbare enheter som nylig ble tilgjengelig og oppnådde omniazimuth systemet med høy spatiotemporal nøyaktighet. Videre vist ca en 1-måned eksponering til motsatt audition bruke apparatet noen representant resultater for MEG målinger. Basert på denne rapporten, beskriver vi, i denne artikkelen, en detaljert protokoll å sette opp, validere og bruke systemet og teste tilpasningen til venstre høyre reversert audition ved hjelp av neuroimaging som utføres med jevne mellomrom uten systemet. Denne tilnærmingen er effektivt for avdekke tilpasningsevne mennesker en roman miljøet i auditiv domenet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle metodene som er beskrevet her er godkjent av etikk-komiteen av Tokyo Denki University. For hver deltaker, ble informert samtykke innhentet etter at deltakeren mottatt en detaljert forklaring av protokollen.
1. installasjonen av venstre-høyre reversert Audition System
-
Oppsett av motsatt Audition systemet uten deltaker
- Forberede en lineær pulse code modulation (LPCM) opptaker, binaural mikrofoner og binaural øreplugger.
- Koble venstre og høyre linjene av mikrofonene crossly til LPCM opptakeren slik at venstre høyre tilbakeførte analoge lydsignaler er digitalisert. Dessuten koble venstre og høyre linjene av øretelefoner rett gjennom til opptakeren slik at tilbakeførte digitalisert signalene spilles umiddelbart.
Merk: Ved ansette binaural øretelefon-mikrofoner som binaural øretelefoner, ikke bruk hodetelefoner deler for å redusere ringvirkninger av lydene som går gjennom mikrofonen deler. - Sette likene av mikrofoner og hodetelefoner sammen for hvert øre med liten isolasjon av lyd prøvetrykk materialer, og dekker mikrofoner med dedikert frontruter for undertrykking av vindstøy.
- Sette inn oppladbare batterier og en stor kapasitet høyhastighets minnekort i LPCM opptakeren og slå den på. Angi opptak betingelsene riktig på en slik måte at lydsignaler registreres på minnekortet som en LPCM format på en samplingsfrekvens på 96 kHz med en 24-bits dybde.
- Plassere kroppen av systemet i en lommeformat bag.
-
Oppsett av motsatt Audition systemet med en deltaker
- Instruere deltaker å sette inn hodetelefoner av motsatt audition tett i det øre kanaler.
- Koble linjene for venstre og høyre mikrofoner og koble den dominerende øre siden av mikrofonen rett gjennom til opptakeren.
- Instruere deltakeren å ta av og sette på dominerende øret side av full av gjentagelser mens du justerer volumet på apparatet å gjøre den subjektive lydnivået på direkte (normal) og indirekte (reversert) høres lik (så nært som mulig).
- Kontrollere lydnivået for ikke-dominante øret også, og koble alle linjene i systemet igjen.
- Plassere systemet i deltakerens lomme, fastsette ledningene på deltakerens klær hensiktsmessig å hindre dem fra å bli fanget, og plukke opp uønsket støy.
2. validering av venstre-høyre reversert Audition System
Merk: Utfør følgende trinn for å validere venstre høyre tilbakeførte audition systemet, uavhengig av eksperimenter studere tilpasning til venstre høyre tilbakeføring.
-
Validering av lydkilden lokalisering av motsatt Audition
- Finn en digital vinkel transportør som første retning er definert som 0° i midten av et ekkofrie rom, og antar en virtuell sirkel sentrert på dette punktet med en radius på 2 m. langs virtuelle kretsen, merke 72 mulig lydkilder på hver 5° fra-180 ° til 175 ° i en klokka, og sette opp fly-bølge høyttalere på disse punktene rettet mot midten av sirkelen.
- Definere et videokamera nær midten av rommet for å registrere visningen av digitale transportør.
Merk: Siden visningen av transportør flytter med transportørs kropp, synsfelt av videoen bør være store nok til å dekke alle mulige områder. Videre plasseres videokameraet nøye for å ikke forstyrre deltakerens sittestilling og lyd presentasjon. - Forberede to økter av lydkilden lokalisering: i den første økten, deltakeren legger ikke på motsatt audition systemet. I den andre økten, deltakeren setter på utstyret, kalibrerer den og kontrollerer systemet (som forklart i trinn 1.2) så raskt som mulig.
- Guide deltakerne å sitte komfortabelt og blinde i midten av sirkelen mot en 0° lyd kilde og venter på å starte.
- Utføre to økter av lydkilden lokalisering. I begge sesjonene, har deltaker bruk transportør å angi oppfattet lyd retningen så nøyaktig som mulig uten å flytte hodet.
- For hver økt, starter videoinnspilling vinkel visningen av transportør og nåværende 1000 Hz lyder på 65 dB-målt lydnivå (SPL) fra noen av lydkilder: lyden på ett sted er tilfeldig byttet til lyden på et annet sted hver 10 s i slike en måte at hver plassering brukes én gang.
Merk: Her vi bruker MATLAB med Psychophysics verktøykassen16,17,18. Selv om denne verktøykassen er vanlig å presentere lyder, kan pålitelig stimulering programvare også brukes. - Etter hver økt, stopper video-opptak og pålegge deltakere å ta en pause for tilstrekkelig tid.
- Les prøveversjon av rettssaken perseptuell vinkler på transportør fra den innspilte videoen, og evaluere romlige ytelsen til motsatt audition systemet ved å sammenligne perseptuell vinkler i normal og det omvendte mot fysiske vinkler definert av retning av lydkilder.
-
Validering av forsinkelsen av motsatt Audition systemet
- Sette tilbakeførte audition systemet på et skrivebord i et rolig rom med ingen deltakere.
- Koble fra en linje til venstre mikrofonen, og Plasser en fly-bølge høyttaler og venstre øretelefon så nært som mulig til den rette mikrofonen.
- Starte innspillingen direkte (normal) lyden fra høyttaleren og indirekte (omvendt) lyder i venstre hodetelefonen samtidig gjennom den rette mikrofonen.
- Nåværende 1-ms Klikk lyder fra en høyttaler med en moderat mellom stimulans intervall på 65-dB SPL.
- Etter et tilstrekkelig antall forsøk, stoppe presentere og opptak av lyder.
- For å bekrefte symmetrisk konfigurasjonen av systemet, gjenta de samme trinnene ovenfor høyre earphone og venstre mikrofonen.
- Lese innspilt lyd data bruker programvare (f.eksMATLAB) og evaluere forskjellen mellom utbruddet tidsberegningen av direkte (normal) lyder og indirekte (omvendt) lyder, som tilsvarer en potensiell forsinkelse forårsaket av tiden passerer elektrisk banen i systemet.
3. studere tilpasningen til venstre høyre reversert Audition
-
Prosedyren for eksponering tilbakeførte Audition
- Minne deltakerne gjentatte ganger sin rett til å avslutte eksponering til enhver tid.
Merk: Stopp eksponering så snart som mulig hvis deltakeren rapporterer sykdom eller hvis observatør merknader noen tegn at deltakeren ønsker å slutte eksponering for noen grunn. - Forberede et tilstrekkelig antall ekstra oppladbare batterier og stor kapasitet høyhastighets minnekort at deltakeren å erstatte dem på når som helst.
- Instruere deltakeren bærer, kalibrere og sjekk tilbakeførte audition systemet selv under eksponeringen perioden, som forklart i trinn 1.2. Utfør samme prosedyre hver gang deltakeren bærer systemet etter hvert avbrudd.
- Instruere deltakeren å utføre daglige liv aktiviteter mens iført systemet kontinuerlig i ca en måned, unntatt mens sover, bading, neuroimaging og andre beredskap ganger. I disse tilfellene kan du be deltakerne å fjerne systemet og umiddelbart sette inn ørepropper i ørene å hindre gjenoppretting av tilpasning.
Merk: Selv om det er ideelt for deltakeren å ha systemet hele dagen og natten, anbefales at systemet ikke brukes mens sover og bading for å unngå uventede høye lyder og elektrisk støt, henholdsvis. - Erstatt batteri og minnebrikker rutinemessig før batteriet utmattelse og minne overkapasitet, henholdsvis. Fjerne systemet og erstatte den med ørepropper raskt i et stille sted uten å produsere lyd.
- Når en deltaker må flytte rundt utsiden, kjøre deltakeren i en bil, følge deltakeren på farten, eller be dem å bruke trygg transportmiddel for handlinger utført alene.
Merk: Stor bekymre burde være tatt av forsker for å ikke True deltakerens sikkerhet under eksponeringen perioden, spesielt når deltakeren går utenfor. Forhindre deltakeren utføre noe farlig atferd. - For å lette tilpasning, instruere deltakerne til å oppleve situasjoner som involverer høy auditiv input, som gikk i et kjøpesenter eller en campus, har en samtale med mer enn to personer, og spille 3D spill, så lenge som mulig.
- Instruere deltakeren å holde en dagbok eller gi en subjektiv rapport som observatør så ofte som mulig om perseptuell og atferdsmessige endringer, erfarne hendelser og noe som deltakeren merknader.
- Etter målet eksponering periode, kan du be deltakeren å ta av motsatt audition systemet.
Merk: Det er også viktig å følge opp om perseptuell og atferdsmessige endringene undersøke gjenopprettingsprosessen fra tilpasning til venstre høyre tilbakeførte audition.
- Minne deltakerne gjentatte ganger sin rett til å avslutte eksponering til enhver tid.
-
Neuroimaging under eksponering tilbakeførte Audition
- Instruere deltakeren å trene på en oppgave som skal brukes under neuroimaging eksperimenter som tilstrekkelig som mulig.
- For eksempel tog deltakeren å utføre en selektiv reaksjonstid oppgave i to betingelser, kompatibel og inkompatibel15. Kompatible betingelsen består svarer umiddelbart til høyre øret lyden med de rette pekefingeren og venstre øret lyden med venstre pekefinger. Inkompatibel betingelsen består svarer umiddelbart til høyre øret lyden med venstre pekefinger og venstre øret lyden med de rette pekefingeren.
- Bruke 1000 Hz lyder på 65-dB SPL for 0,1 s med et Inter stimulans intervall på 2,5-3,5 s, som vises pseudorandomly på enten øret side.
- Før eksponering tilbakeførte audition, gjennomføre en neuroimaging eksperiment under trent oppgaven.
- For eksempel registrere MEG eller EEG svar, i tillegg til venstre og høyre finger svarene under selektiv reaksjonstid aktivitet15. Aktiviteten består av to kompatible og to inkompatible blokker som arrangeres også med et mellom blokk intervall på minst 30 s, og med lyder vises 80 ganger for hver blokk gjennom innsatte øretelefonene med plast øret rør.
Merk: Selv om en 122-kanals MEG system ble brukt i Aoyama og Kuriki15, er også en flerkanals EEG system egnet for denne protokollen. - For MEG/EEG angi opptak, samplingsfrekvensen 1 kHz og analoge opptak passband på 0,03-200 Hz.
- For eksempel registrere MEG eller EEG svar, i tillegg til venstre og høyre finger svarene under selektiv reaksjonstid aktivitet15. Aktiviteten består av to kompatible og to inkompatible blokker som arrangeres også med et mellom blokk intervall på minst 30 s, og med lyder vises 80 ganger for hver blokk gjennom innsatte øretelefonene med plast øret rør.
- I løpet av omtrent en 1-måned eksponering til motsatt audition, utføre neuroimaging eksperimenter under aktiviteten utdannet hver uke uten den tilbakeførte audition på nøyaktig samme måte som pre-eksponering eksperimentet (trinn 3.2.2).
Merk: Systemet er fjernet umiddelbart foran og sette på umiddelbart etter hvert eksperiment. - En uke etter eksponering, gjennomføre en neuroimaging eksperiment under aktiviteten trent på nøyaktig samme måte som pre-eksponering eksperimentet (trinn 3.2.2).
- Analysere de innsamlede dataene før, under og etter eksponering for venstre høyre tilbakeførte audition.
- For eksempel, etter avvise epoker forurenset med øye-relaterte gjenstander, fjerne forskyvningen i pre stimulans intervallet, og sette det low passet filtrering på 40 Hz, gjennomsnittlig MEG/EEG dataene fra 100 ms før til 500 ms etter lyd utbruddet for den Stimulus-respons kompatibel og inkompatible15.
- Bruker en MNE programvare pakke19,20, beregne kildene for hjerneaktiviteten med dynamisk statistiske parametrisk kart (dSPMs) plassert på kortikale overflaten bilder og kvantifisere intensiteten av hjerneaktivitet med minimum-norm anslag (MNEs) for hvert tidspunkt gjennomsnitt data.
- Beregne auditiv-motor funksjonelle tilkobling enkelt-prøve null bety MEG/EEG data fra 90 til 500 ms etter lyd utbruddet for hvert vilkår
Merk: Her bruker vi MATLAB med multivariabel Granger kausalitet verktøykassen21. - Atferdsdata, beregne gjennomsnittlig reaksjonstid for stimulus-respons kompatibel og inkompatibel forhold.
- Instruere deltakeren å trene på en oppgave som skal brukes under neuroimaging eksperimenter som tilstrekkelig som mulig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Representant resultatene som vises her er basert på Aoyama og Kuriki15. Nåværende protokollen oppnådd venstre høyre tilbakeførte audition med høy spatiotemporal nøyaktighet. Figur 1 viser lydkilde lokalisering i retninger over 360 ° før og umiddelbart etter å sette på venstre høyre tilbakeførte audition systemet (figur 1A), i seks deltakere, som indikert av cosinus likheten. Som vist i figur 1B, Perseptuell vinkler i den normale tilstanden var ganske godt korrelert med fysiske vinkler (positiv korrelasjon, justert R2 = 0,99). Perseptuell vinkler tilbakeført til tilstanden var også forbundet med fysiske vinkler (negativ korrelasjon, justert R2 = 0.96; se også Figur 4 i Aoyama og Kuriki15), men det var en liten Perseptuell bias mot den moturs rotasjonen, spesielt for lyder høyre-og venstre-back retningene. Spesielt perseptuell vinkler tilbakeført til tilstanden var mer korrelert med motsatt arrangert perseptuell vinkler i den normale tilstanden (justert R2 = 0.98) enn fysisk vinkler, som vist i figur 1 c. Videre ble en mulig forsinkelse på systemet anslått til en konstant 2 ms. stede protokollen oppnådde også en naturlig iført utseende, å høre på musikk med en transportabel musikkspilleren, og dermed unngå noen stress med å bli oppdaget av andre.
Figur 1: lyd kilde lokalisering i 360° retninger, før og umiddelbart etter å sette på venstre høyre tilbakeførte audition systemet, i seks deltakere. (A) konstruert venstre-høyre reversert audition systemet. (B) cosinus likheten mellom perseptuelle vinkler og tegn regulert fysiske vinkler i normal (blå) og reversert (rød) forhold plottet mot (uregulert) fysiske vinkler, henholdsvis. Mens fysisk vinkler brukes direkte til cosinus likheten i normal tilstand, er tegn på fysiske vinkler invertert tilbakeført til tilstanden. (C) cosinus likheten mellom perseptuelle vinkler tilbakeført til tilstanden og motsatt arrangert perseptuell vinkler i den normale tilstanden plottet mot fysiske vinkler (lilla). Dette tallet er endret fra Aoyama og Kuriki15. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Nåværende protokollen åpenbart perseptuell endringer til motsatt audition fra et relativt tidlig stadium i løpet av ca 1-måned eksponering. Selv om en følelse underlig ble rapportert like etter eksponering, det begynte å minke innen en uke av eksponering og fortsatte å falle ytterligere over tid. Speilbilde-lyder ble gradvis oppfattet som normalt, som også skjedde med visuell informasjon og bevegelser. En uke etter slutten av eksponeringen perioden, alle endringer tilbake til pre-eksponering nivå. Nåværende protokollen fant ikke bare perseptuell men også atferd og nevrale underliggende tilpasning. Figur 2 viser endringer i adferd og nevrale svar under selektiv reaksjonstid oppgaven over eksponeringstid i representant deltaker. Som vist i figur 2A, gjennomsnittlig reaksjonstid for svar-kompatibel lyder var generelt lenger enn for svar-kompatible lyder fra før eksponeringen perioden til den tredje uken, men ble litt kortere i den fjerde uken. Dette relative inversjon etterfulgt av forbigående forlengelse av gjennomsnittlig reaksjonstid uansett kompatibilitet i den andre uken. Etter eksponering mener alle reaksjonstid tilbake til første nivå. MNE intensiteten av venstre og høyre N1m komponenter utstilt lignende trender til mener reaksjon ganger, som vist i figur 2B, selv om kompatible-kompatibel forholdet var inversed. N1m komponenter er tydelig auditiv vakte felt observert på ca 90 ms etter lyd utbruddet kilden ble bekreftet å være plassert i bilaterale overlegen timelige flyene ved hjelp av dSPMs. Samlet intensiteten i stimulus-respons kompatibel forhold var høyere enn i inkompatible betingelsene fra pre-eksponering perioden som den tredje uken, men var litt lavere i den fjerde uken. Dette relative inversjon fulgte forbigående styrking av intensiteten uansett kompatibilitet og laterality i den andre uken. Etter eksponering tilbake de til de opprinnelige nivåene.
Figur 2: Behavioral og nevrale svar under selektiv reaksjonstid aktiviteten i representant deltaker. (A) bety reaksjonstid for stimulus-respons kompatibel og inkompatible. (B) venstre og høyre auditive N1m-intensiteter for stimulus-respons kompatibel og inkompatibel forhold, som vurdert av minimum-norm estimater. Gule soner indikere en periode utsatt for venstre høyre tilbakeførte audition. Dette tallet er endret fra Aoyama og Kuriki15. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Videre avslørte finnes protokollen endringer i funksjonelle tilkobling over venstre og høyre auditiv og motor områder under selektiv reaksjonstid aktiviteten i to deltakere, som vist i Figur 3. Funksjonell tilkobling ble testet med Granger kausalitet test ved en p < 0,05. I utgangspunktet disse auditiv-motor områdene kommunisert med hverandre uavhengig av stimulus og respons. Men etter eksponering for tilbakeførte audition ble auditiv-motor tilkobling ustabile. Spesielt i den andre uken, ble auditiv-motor tilkobling avbrutt drastisk, spesielt i høyre motor-til-auditiv tilbakemelding og venstre-mot-høyre motor kommunikasjon. Umiddelbart etter at tilkoblingen gjenopprettes på nivå med den første uken, og tilbake til første nivå etter eksponering.
Figur 3: Auditory-motor funksjonelle tilkobling som testet av Granger kausalitet tester under selektiv reaksjonstid aktiviteten i to deltagere. Røde, gule og ingen pilen(e) indikerer antall deltakere som viste betydning ved en p < 0,05 (N = 2, 1 og 0, henholdsvis). LM og RM betegne henholdsvis venstre og høyre motor, og LA og RA betegne venstre og høyre auditiv områder, henholdsvis. Dette tallet er endret fra Aoyama og Kuriki15. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Foreslåtte protokollen som mål å etablere en metode for å studere tilpasning til venstre høyre tilbakeførte audition som et effektivt verktøy for avdekke tilpasningsevne mennesker til et romanen auditiv miljø. Som dokumentert av representant resultatene, oppnådd konstruert apparatet venstre høyre tilbakeførte audition med høy spatiotemporal nøyaktighet. Selv om tidligere apparatene for tilbakeførte audition11,12,13,14 var mest pålitelig i feltet foran auditiv, gir denne protokollen høy ytelse i en 360-graders lyd kilde lokalisering kombinert med hørsel egenskaper. Videre anses en mulig forsinkelse på 2 ms tapt gjennom elektriske banen i systemet, som er aldri evaluert i andre elektroniske apparatene13,14, å være ubetydelig på grunn av den menneskelige timelige auditiv skarphet22 . I motsetning til tradisjonelle apparater av buet trompeter11,12 med et merkelig utseende og ubehagelig passer, motsatt audition systemet brukes i stede protokollen ser ut som en transportabel musikkspilleren og lar deltaker fokus på daglige liv uten arousing nysgjerrighet eller trekke oppmerksomhet til andre personer. På dette punktet, er det enda bedre enn apparatene for tilbakeførte visjon bruker prismer1,2,3,4,5,6,7 . Faktisk, som dokumentert av representant resultatene, rundt en måned med å bære apparatet oppnådd tilpasning til venstre høyre tilbakeførte audition på Perseptuell, atferdsmessige og nevrale. Som i tidligere protokoller11,12,13,14var det ganske utfordrende å utføre eksperimenter med mange deltakere, lang forskningsperiode og vanskeligheter i deltaker rekruttering. Imidlertid individuelle resultater gitt pålitelig, rik og verdifull informasjon om auditiv tilpasning (for detaljer, se Aoyama og Kuriki15). Nåværende protokollen er derfor mye bedre egnet for å tilrettelegge tilpasningen til motsatt audition enn noen andre tidligere protokoller som ikke merkbart forhånd kunnskap om tilpasning11,12, 13,14.
Som en grunnleggende premiss, skal høyeste prioritet i foreslåtte protokollen være deltakerens sikkerhet, helse, og vil i løpet av eksponering til motsatt audition. For å bevare disse, må observatør ta stor forsiktighet og kommunisere med deltakeren som mulig, spesielt under og umiddelbart etter eksponeringen perioden. Hvis noen av betingelsene er utilfredsstillende, må observatør stoppe eksponering umiddelbart. Bortsett fra det er en av de viktigste trinnene av protokollen å instruere deltakerne til å oppleve situasjoner som involverer høy auditiv input så lenge som mulig. I motsetning til visuelle tilfeller der netthinnen input har fine romlig oppløsning23,24er eksponering for tilbakeførte audition mindre effektiv på grunn av lav auditiv romlig oppløsning25,26. I tillegg forekommer ikke-auditory miljøarrangementer sjeldent i daglige liv, med mindre en person er utsatt for høy auditiv innganger. Dessuten, det er ikke nok for lyder retningsbestemt og lateralized, men lyden bør også ledsages av andre sensoriske informasjonen eller bevegelse for å forenkle tilpasning. Uten dette trinnet, små eller selv ingen adaptive effekt, forventes. Et annet viktig skritt er å instruere deltakeren å trene på en oppgave som tilstrekkelig som mulig før den første neuroimaging eksperimentere slik at oppgaven ytelse konvergerer på et bestemt nivå. Dette er nødvendig for en nøyaktig vurdering av adaptive effekten på opptreden og nevrale svar, fordi det er ganske vanskelig å oppheve tilknytningen mellom den adaptiv læring effekter over tid. Foreløpig reduksjon av aktiviteten lære effekt dermed fremmer videre analyse av tilpasning.
Nåværende protokollen kan fleksibelt endres, avhengig av tilgjengeligheten av eksperimentelt utstyr og formålet med studie. For eksempel for å validere den lydkilde lokaliseringen av motsatt audition, er det akseptabelt å ansette en etablert metode for lydkilden lokalisering, istedet for digital vinkel transportør, og et tilstrekkelig rolig lydisolerte rom, i stedet en ekkofrie rom. For å studere tilpasningen til venstre høyre tilbakeførte audition, eksponeringen perioden kan være kortere eller lengre og hyppigheten av neuroimaging kan være lavere eller høyere, avhengig av situasjonen. For videre studier, er det anbefalt å utføre neuroimaging oftere etter eksponeringen perioden å undersøke gjenopprettingsprosessen etter tilpasning. Hvis neuroimaging ikke er tilgjengelig, er det mulig å erstatte neuroimaging eksperimenter av atferdsmessige eksperimenter. I denne protokollen er det en mulighet for at en deltaker vil be om midlertidig suspensjon av eksponering uunngåelig årsaker. Hvis deltakerne samtykker til å sette inn ørepropper i ørene i suspendert perioden, bør eksponering avsluttes på grunn av ukjent utvinning effekter på Readaptacji; et nytt eksperiment bør startes med en annen deltaker. Et annet mulig problem er at en balanse av subjektive lydstyrke mellom venstre og høyre lyder blir usikker på grunn av fysisk kontakt med system eller av andre grunner. I så fall anbefales for deltakeren å bekrefte, med øynene lukket, hvis lyden kommer fra fronten er bare lokalisert foran før justere volumet.
Selv om dagens apparatet viste høy ytelse i 360° lydkilde lokalisering, indikerte resultatene en liten perseptuell bias mot den moturs rotasjonen, spesielt for lyder høyre-og venstre-back retningene. Forutsatt at hodetelefonene er riktig satt inn i deltakerens øre kanaler, betraktes to muligheter for asymmetrisk forvrengningen av lokaliseringen: individuelle akustiske egenskaper og ringvirkninger av unreversed lyder. Akustiske egenskaper er vanligvis modellert som meldingshoderelaterte overføring funksjoner (HRTFs)27, og vanlige HRTFs brukes for alle deltakerne i gjeldende versjon av apparater uten spesifikk optimalisering. Dermed er det plass til å forbedre apparatet ved å implementere individuelle HRTFs for hver øret og deltaker. Derimot er liten ringvirkninger av unreversed lyder relativt ukontrollerbare. Selv separasjon av mikrofon og øretelefon deler av systemet reduserer ringvirkninger og vanlige lydene er usannsynlig å generere merkbar bein conduction28, er det teknisk vanskelig å forhindre ringvirkninger helt på en bærbar måte. Videre under eksponeringen er det nesten umulig å kontrollere bein-gjennomførte egenproduserte stemmer; Dermed er det ingenting å gjøre enn å anta en symmetrisk distribusjon for dem. Derfor anses det at gjennomføringen av personlige HRTFs er prioritert å forbedre apparatet og oppnå mer effektiv tilpasning.
Vi vet er dette den første vellykkede protokollen etablert for å studere den langsiktige tilpasningen til presis venstre høyre tilbakeførte audition med neuroimaging. I tillegg har denne protokollen et stort potensial for omfattende anvendelse i både auditiv og flere forskning. Systemet omfatter en mikrodatamaskin kan for eksempel defineres å indusere ulike endringer i auditiv plass, som en total rightward SKIFT eller komprimering av auditory plass mot midten. Siden romlig informasjon behandles concordantly over sensoriske modaliteter, kan endret auditiv plass være et kraftig verktøy for å avsløre mekanismer for flere romlige rekalibrering måten å Zwiers et al. 29, som rapporterte om virkningene av iført prisme objektiver med romlig komprimert syn på lydkilden lokaliseringen. I dag, det blir stadig mer populært å bruke tilgjengelige teknikker på en flere måte, for eksempel bruke EEG og fMRI30, og en forsinket kombinert bruk av Transkraniell hjernen stimulering og EEG/MEG31. Mens samtidig bruk av to neuroimaging teknikker kompenserer for deres svakheter gjensidige, forsinket kombinert bruk av neurostimulation og neuroimaging teknikker avslører brain funksjoner knyttet til resultatene skyldes den neurostimulation bruker neuroimaging. Spesielt kan en eksperimentell ordningen av nåværende protokollen betraktes som en utvidet versjon av sistnevnte tilfelle. Lignende til neurostimulation teknikker, kontinuerlig bruk av en bærbar apparater med uvanlig sensoriske plass forårsaker ettervirkninger av tilpasning. Disse effektene kan måles deretter av en neuroimaging teknikk. Derfor forsinket kombinert bruk av en bærbar apparater og en neuroimaging teknikk avslører hjernefunksjoner knyttet til tilpasning (som kort påpekte i Aoyama og Kuriki15). Fra et generelt synspunkt gir denne ordningen ny innsikt i neuroimaging studier med en rekke dynamiske effekter. Avslutningsvis gir stede protokollen, under denne ordningen, en lovende metode for å studere venstre høyre tilbakeførte audition som et verktøy for å avdekke tilpasningsevne mennesker en roman miljøet i auditiv domenet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatteren har ikke noe å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble delvis støttet av et stipend fra JSP KAKENHI Grant nummer JP17K00209. Forfatteren Takk Takayuki Hoshino og Kazuhiro Shigeta for teknisk assistanse.
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/ |
References
- Sugita, Y. Visual evoked potentials of adaptation to left-right reversed vision. Perceptual and Motor Skills. 79 (2), 1047-1054 (1994).
- Sekiyama, K., Miyauchi, S., Imaruoka, T., Egusa, H., Tashiro, T. Body image as a visuomotor transformation device revealed in adaptation to reversed vision. Nature. 407 (6802), 374-377 (2000).
- Takeda, S., Endo, H., Honda, S., Weinberg, H., Takeda, T. MEG recording for spatial S-R compatibility task under adaptation to right-left reversed vision. Proceedings of the 12th International Conference on Biomagnetism. , Espoo. 347-350 (2001).
- Miyauchi, S., Egusa, H., Amagase, M., Sekiyama, K., Imaruoka, T., Tashiro, T. Adaptation to left-right reversed vision rapidly activates ipsilateral visual cortex in humans. Journal of Physiology Paris. 98 (1-3), 207-219 (2004).
- Sekiyama, K., Hashimoto, K., Sugita, Y. Visuo-somatosensory reorganization in perceptual adaptation to reversed vision. Acta psychologica. 141 (2), 231-242 (2012).
- Stratton, G. M. Some preliminary experiments on vision without inversion of the retinal image. Psychological Review. 3 (6), 611-617 (1896).
- Linden, D. E., Kallenbach, U., Heinecke, A., Singer, W., Goebel, R. The myth of upright vision. A psychophysical and functional imaging study of adaptation to inverting spectacles. Perception. 28 (4), 469-481 (1999).
- Thompson, S. P. The pseudophone. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science: Series 5. 5 (50), 385-390 (1879).
- Wenzel, E. M. Localization in virtual acoustic displays. Presence: Teleoperators & Virtual Environments. 1 (1), 80-107 (1992).
- Carlile, S. Virtual Auditory Space: Generation and Applications. , Springer-Verlag. Berlin Heidelberg. (2013).
- Young, T. P. Auditory localization with acoustical transposition of the ears. Journal of Experimental Psychology. 11 (6), 399-429 (1928).
- Willey, C. F., Inglis, E., Pearce, C. H. Reversal of auditory localization. Journal of Experimental Psychology. 20 (2), 114-130 (1937).
- Ohtsubo, H., Teshima, T., Nakamizo, S. Effects of head movements on sound localization with an electronic pseudophone. Japanese Psychological Research. 22 (3), 110-118 (1980).
- Hofman, P. M., Vlaming, M. S., Termeer, P. J., van Opstal, A. J. A method to induce swapped binaural hearing. Journal of Neuroscience Methods. 113 (2), 167-179 (2002).
- Aoyama, A., Kuriki, S. A wearable system for adaptation to left-right reversed audition tested in combination with magnetoencephalography. Biomedical Engineering Letters. 7 (3), 205-213 (2017).
- Brainard, D. H.
- Pelli, D. G. The VideoToolbox software for visual psychophysics: transforming numbers into movies. Spatial Vision. 10 (4), 437-442 (1997).
- Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D. What's new in Psychtoolbox-3? Perception. 36 (14), ECVP Abstract Supplement (2007).
- Gramfort, A., et al. MEG and EEG data analysis with MNE-Python. Frontiers in Neuroscience. 7, 267 (2013).
- Gramfort, A., et al. MNE software for processing MEG and EEG data. NeuroImage. 86, 446-460 (2014).
- Barnett, L., Seth, A. K. The MVGC multivariate Granger causality toolbox: a new approach to Granger-causal inference. Journal of Neuroscience Methods. 223, 50-68 (2014).
- Green, D. M.
- He, S., Cavanagh, P., Intriligator, J. Attentional resolution and the locus of visual awareness. Nature. 383 (6598), 334-337 (1996).
- Anton-Erxleben, K., Carrasco, M. Attentional enhancement of spatial resolution: linking behavioural and neurophysiological evidence. Nature Reviews Neuroscience. 14 (3), 188-200 (2013).
- Perrott, D. R., Saberi, K. Minimum audible angle thresholds for sources varying in both elevation and azimuth. Journal of the Acoustical Society of America. 87 (4), 1728-1731 (1990).
- Grantham, D. W., Hornsby, B. W., Erpenbeck, E. A. Auditory spatial resolution in horizontal, vertical, and diagonal planes. Journal of the Acoustical Society of America. 114 (2), 1009-1022 (2003).
- Xie, B. Head-Related Transfer Function and Virtual Auditory Display. , J. Ross Publishing. Plantation. (2013).
- Stenfelt, S. Acoustic and physiologic aspects of bone conduction hearing. Advances in Oto-Rhino-Laryngology. 71, 10-21 (2011).
- Zwiers, M. P., van Opstal, A. J., Paige, G. D. Plasticity in human sound localization induced by compressed spatial vision. Nature Neuroscience. 6 (2), 175-181 (2003).
- Huster, R. J., Debener, S., Eichele, T., Herrmann, C. S. Methods for simultaneous EEG-fMRI: an introductory review. Journal of Neuroscience. 32 (18), 6053-6060 (2012).
- Veniero, D., Vossen, A., Gross, J., Thut, G. Lasting EEG/MEG aftereffects of rhythmic transcranial brain stimulation: level of control over oscillatory network activity. Frontiers in Cellular Neuroscience. 9, 477 (2015).
