هيمي-سرطانات الإعداد لدراسة الاهتزاز إضعاف صوتي في ثلاثة أبعاد

من أجل فهم كيفية تكوين الصوت لدى البشر والثدييات، من المهم استقصاء اهتزازات الطيات الصوتية. ونظرًا لصعوبة دراستها داخل الجسم، فقد استُخدمت الحناجر المستأصلة للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً حول سلوك وخصائص الطيات الصوتية. في هذا الفيديو، نوضح كيفية إنشاء ما يسمى بإعداد نصف الحنجرة (hemi-larynx setup).

يتم استئصال نصف الحنجرة من أجل تصور اهتزاز الحبال الصوتية ليس من الأعلى فحسب، بل من الجانب أيضاً. وهذا مفيد لدراسة الخصائص الاهتزازية التي تظل مخفية في الإعداد التقليدي الذي يستخدم حنجرة كاملة. وفي هذا العرض التوضيحي، سيتم استخدام حنجرة غزال أحمر.

بما أن عينات الحنجرة المستخدمة عادةً ما تُجمد سريعاً في النيتروجين السائل وتُخزن في المجمد، فمن الضروري إذابة تجميد العينة المختارة بشكل صحيح لتجنب تغيير الخصائص الميكانيكية الحيوية للأنسجة. أولاً، ضع الحنجرة المجمدة في كيس أوتوكلاف مزدوج أو أي كيس بلاستيكي آخر بإغلاق مقاوم للماء. أضف أيضاً ثقلاً يساعد في إبقاء الحنجرة تحت سطح الماء.

أغلق الكيس بإحكام وضعه في حمام مائي بدرجة حرارة تبلغ حوالي 30 درجة مئوية حتى يذوب الثلج تماماً عن الحنجرة. بعد ذوبان الثلج عن الحنجرة بالكامل، أخرجها من الكيس ونظفها جيداً باستخدام محلول ملحي. في حال وجودها، قم بإزالة الهياكل الزائدة مثل عضلات الرقبة الخارجية أو العظم اللامي.

بالنسبة لبعض الأسئلة البحثية في مجال الصوتيات الحيوية، قد يتم الإبقاء على الهياكل فوق الحنجرية سليمة، وهو ما يحد بدوره من رؤية الطيات الصوتية من الأعلى. قم بتقصير الرغامي إلى طول يبلغ حوالي 45 centimeters حتى يمكن استخدامها لاحقاً لتثبيت الحنجرة على أنبوب إمداد الهواء. قبل البدء في التحضير، تحقق دائماً من الحنجرة بحثاً عن أي تشوهات نسيجية محتملة أو شقوق قد تظهر أحياناً نتيجة عملية التجميد السريع.

تتضمن الخطوة التالية كشف نصف واحد من الغضروف الدرقي. أولاً، قم بإزالة عضلات الحنجرة الخارجية باستخدام المشرط. ابدأ إجراء القطع بقطع عمودي أولي عبر الجزء الأمامي من الغضروف الدرقي.

قم بتوجيه القطع بعناية نحو الجانب المراد إزالته لتجنب إتلاف الطية الصوتية التي يجب الحفاظ عليها ودراستها. إذا كانت الغضروف صلبة للغاية بسبب التعظّم، استخدم منشاراً صغيراً. بعد ذلك، قم بقطع الغضروف الحلقي في منتصف السهم.

أجْرِ الشق عموديًا من بين الغضاريف الطرجهالية وتوقف تقريبًا عند المستوى الأفقي للثلمة الدرقية السفلية. صِل الشقين بعمل قطع أفقي يبدأ من النهاية السفلية للشق العمودي في الغضروف الحلقي ووجِّه القطع نحو الثلمة الدرقية السفلية. اطْوِ جانب الحنجرة المراد إزالته نحو الطرف الأمامي وأجْرِ قطعًا عموديًا عبر الأنسجة الرخوة في الجانب الداخلي للغضروف الدرقي.

تعد هذه اللحظة هي الأكثر أهمية في الإجراء بأكمله. لذا، يجب توخي الحذر الشديد عند إجراء الشق من الارتباط الأمامي للطيات الصوتية وصولاً إلى الغضروف الدرقي. إذا تم قطع الغضروف الدرقي بشكل صحيح، فإن المزمار الناتج سيحتوي دائماً على فجوة أمامية طفيفة.

من أجل كشف الثنايا الصوتية للحصول على رؤية علوية جيدة، قد يكون من المفيد أحيانًا إزالة التراكيب الموجودة فوق الثنايا الصوتية أيضًا. وفي بعض الحالات، تفقد الأنسجة الحنجرية الرخوة الداخلية اتصالها بالغضروف الدرقي بعد إجراء القطع وتتداخل مع الثنية الصوتية؛ وفي هذه الحالة، تصبح إزالة هذه الأنسجة الزائدة أمرًا حتميًا.

أخيرًا، قم بإزالة جزء صغير من الغضروف الدرقي الخلفي لتسهيل تقريب الطيات الصوتية عبر الغضاريف الطرجهالية. أصبح للحنجرة الآن تجويف على شكل حرف L يتوافق مع ترتيب لوحة الفئة على شكل حرف L المستخدمة في الإعداد. يوفر الجانب الأيسر من نصف الحنجرة رؤية إنسية تظهر فيها الشقوق في الغضروف الدرقي والغضروف الحلقي جنبًا إلى جنب مع الطية الصوتية المتبقية والغضروف الطرجهالي.

يتكون الإعداد التجريبي لأنصاف الحنجرة من ثلاثة أجزاء أساسية: أنبوب إمداد الهواء الذي يوفر هواءً دافئاً ورطباً إلى الحنجرة، ثم لوحان شفافان كبديل لأجزاء الحنجرة المستأصلة، والمسامير المخصصة لتقريب الثنية الصوتية المدروسة وتثبيت الحنجرة.

سنقوم الآن بتثبيت الحنجرة على أنبوب إمداد الهواء. غطِّ الأنبوب بكريم تثبيت أطقم الأسنان ثم ثبّت الحنجرة باستخدام القصبة الهوائية. يعمل كريم تثبيت أطقم الأسنان كمادة لاصقة ويسد الفجوات المحتملة.

قم بتثبيت الرغامى باستخدام رباط بلاستيكي محكم أو أي مشبك مناسب آخر. قم أيضاً بتغطية حواف القطع بكريم تثبيت أطقم الأسنان وثبّت الصفائح الشفافة. قم بتثبيت الغضروف الدرقي وتقريب الطية الصوتية باستخدام الملاقط.

في هذه المرحلة، يكون إعداد نصف الحنجرة جاهزاً للاستخدام. قم بتطبيق تدفق الهواء وتحقق من وجود أي تسربات. إذا كان الهواء يتسرب من الجوانب، قم بسد الفجوات عن طريق إضافة المزيد من كريم التثبيت.

لمشاهدة اهتزازات الثنايا الصوتية في الوقت الفعلي، يمكن استخدام الضوء الستروبوسكوبي. يتمثل التطبيق الرئيسي لإعداد نصف الحنجرة في مراقبة اهتزاز الثنايا الصوتية ليس فقط من الأعلى، بل ومن الجانب أيضاً. ولهذا الغرض، تُستخدم كاميرتان للفيديو عالي السرعة متزامنتان.

واحدة للمنظر العلوي وأخرى للمنظر الجانبي. نرى هنا اهتزاز الثنية الصوتية لنصف الحنجرة موثقاً بواسطة كاميرتين متزامنتين تعملان بسرعة 6,000 إطار في الثانية. يوضح اللوح الأيسر المنظر العلوي ويوضح اللوح الأيمن المنظر الجانبي.

تهتز الحبال الصوتية بمعدل يصل إلى حوالي 70 دورة في الثانية، وتُعرض الفيديوهات التي تم التقاطها هنا بالحركة البطيئة. تُسمى المساحة الموجودة بين الحبال الصوتية والصفيحة الزجاجية بالمزمار، ويمكن قياسها كمياً عن طريق قياس مساحتها أثناء تغيرها بمرور الوقت.

هنا، يتم التعبير عن هذه المنطقة المزمارية بالبكسلات. وتكون القيمة صفراً عندما يكون الطية الصوتية في حالة تلامس مع اللوح الزجاجي، وغير صفرية عندما يتدفق الهواء عبر المزمار. ويظهر تحليل الإشارة الصوتية الناتجة عن عملية اهتزاز الطيات الصوتية في نصف الحنجرة أن أحداث الاستثارة الصوتية الرئيسية تحدث في لحظتين خلال دورة اهتزازية واحدة.

عند لحظة الفتح المزماري، عندما يفقد الطيّة الصوتية التلامس مع الصفيحة الزجاجية، وعند لحظة الإغلاق المزماري عندما تصل الطيّة الصوتية مرة أخرى إلى التلامس الكامل مع الصفيحة الزجاجية. وفي الرسوم المتحركة التالية، تظهر مساحة التلامس المتغيرة زمنياً للطيّة الصوتية مع الصفيحة الزجاجية باللون البرتقالي لدورة اهتزازية واحدة. وهنا، يُستخدم إعداد نصف الحنجرة للتحقق من صحة طريقة تسمى تخطيط المزمار الكهربائي أو EGG.

تظهر إشارة EGG المكتسبة بشكل متزامن هنا باللون الأزرق. هناك ارتباط جيد إلى حد ما بين مساحة تلامس الطيات الصوتية وإشارة EGG. وقد تم توثيق ذلك بمزيد من التفصيل في دراسة حديثة أجرتها مجموعتنا.

في القسم الأخير من هذا الفيديو، نقدم طريقة جديدة لتقييم اهتزاز الحبال الصوتية في ثلاثة أبعاد تسمى تحليل حركة المزمار الكيموغرافي. في الكيموغرام الرقمي، يتم تقييم معلومات الصورة الموجودة على طول خط واحد ضمن فيديو عالي السرعة لكل إطار من الفيديو، ويتم رسمها من اليسار إلى اليمين. ويظهر الكيموغرام الناتج حركة بنية الحبال الصوتية على طول خط المسح أثناء تطورها بمرور الوقت.

يتم إنشاء المخططات الكيميائية (Chemograms) لكل من المنظر العلوي والجانبي مع وضع خطوط المسح الكيميائي بدقة في منتصف الطية الصوتية. ويتم تتبع الإزاحة الزمنية لحواف الطية الصوتية. يوضح الرسم البياني الأزرق الفاتح الانحراف الجانبي للطية الصوتية، بينما يوضح الرسمان البيانيان الأحمر والأخضر الانحراف الرأسي للحافة السفلية والعلوية للطية الصوتية على التوالي.

يمكن دمج المعلومات الناتجة لتخليق رسوم متحركة تعرض حركة المزمار في بُعدين كما تُرى عند الخط المتوسط المزماري. قدمنا في هذا الفيديو برنامجًا تعليميًا لإنشاء إعداد نصف حنجرة. وقد عرضنا بعض التطبيقات المحتملة لتقييم اهتزاز الحبال الصوتية ليس فقط من الأعلى ولكن أيضًا من الجانب، مما يضيف بيانات تجريبية حاسمة لفهم أفضل لجانب رئيسي من عملية توليد الصوت.