fMRI 映射与协和音程及不协和音程发声相关的脑活动

本方法的总体目标是通过功能性磁共振成像技术，监测与演唱协和音程和不协和音程相关的神经活动。该方法有助于回答听觉认知神经科学领域的一些关键问题，例如：在演唱协和与不协和音程时，听觉系统与感觉运动系统对外部反馈的整合过程有何差异？该技术的主要优势在于，它能够同时追踪运动系统和听觉系统的活动，并在演唱过程中同步评估发声的准确性。

通常，初次接触该方法的研究人员会遇到困难，因为在扫描仪内部忠实记录某些音调具有挑战性，因为整个扫描仪的噪声非常大。本实验操作将由我实验室的研究生 Lucero Pacheco 演示。要开始生成从 G4 到 G6 跨越两个八度的纯音，请在音频编辑软件中新建一个项目文件夹。

然后，在“生成”菜单下选择“音调”。在出现的窗口中，选择正弦波形、振幅为 0.8、持续时间为 1 秒。输入与所需音符对应的频率值，然后点击“确定”按钮。

在文件菜单下选择导出。在打开的窗口中，输入音频文件的所需名称，并选择 wav 作为所需文件类型。点击保存。

接下来，生成在 G4 到 G6 范围内对应的两个协和音程与两个不协和音程的所有可能音符组合。为此，需为每个音程在音频编辑软件中新建一个项目，并在文件菜单下选择导入音频，以导入两个待拼接的 wav 文件。将光标置于第二个音调的任意位置并单击以选中。

在编辑菜单下点击“全选”，然后在同一菜单下点击“复制”。接着，将光标置于第一个音调的任意位置并点击。

在编辑菜单中，单击“将光标移动到轨道末尾”，然后在同一菜单下点击“粘贴”。最后，在文件菜单中选择“导出”。在弹出的窗口中，输入音频文件的所需名称，并选择 wav 作为目标文件类型。

点击保存。首先让受试者在笔记本电脑前坐下，并戴上提供的耳机。确保声音水平对受试者而言舒适适宜。

使用行为研究软件通过 e-run 打开两个先前创建的任务。在出现的窗口中输入会话和受试者编号，然后点击确定。接着，在两个二选一强制选择任务中，要求参与者通过按计算机键盘上的 c 键（表示协和）或 d 键（表示不协和），来判断他们所听到的音程是协和还是不协和。

接下来，在四选一的强制选择任务中，要求参与者通过按计算机键盘上的数字 4、5、7 和 8，自行识别增四度、纯五度和大七度音程。

以及相应的八度。最后，在每个任务结束时，按下“确定”以自动保存每位参与者的实验结果。首先，将一个无磁性、与磁共振兼容的耳机连接到笔记本电脑，并确保声音水平对参与者而言舒适适宜。

然后，使用屏蔽式绞合三芯电缆将小型电容麦克风连接至音频接口，再将音频接口连接到笔记本电脑。为检测麦克风的频率响应，启动音频编辑软件中的新项目，并选择电容麦克风作为输入设备。随后，生成一个持续时间为10秒、频率为440赫兹的测试音。

生成音调后，使用声音回放软件播放测试音调，并通过耳机将其发送至两个位置：一个位置是扫描仪内部，位于头枕上方；另一个位置是扫描仪外部的控制室内，将麦克风放置在耳机两侧之间。随后，在音频编辑软件中点击录音，分别在每个位置录制约一秒的测试音调。

然后，针对每种情况，从分析菜单中选择绘制频谱，通过检查每个位置接收到的信号基频是否为 440 赫兹，来比较麦克风对测试音调的响应，包括在扫描仪内部和外部的响应。最后，将电容式麦克风用胶带固定在受试者喉部下方的颈部位置，并让其佩戴耳机。随后，将受试者放入磁共振扫描仪中。

首先打开磁共振用户界面 MRUI 软件包。在 MRUI 软件中，从屏幕菜单选择患者选项。输入受试者的姓名、年龄和体重。

然后，点击检查按钮。首先，从可用选项中选择头部，然后选择大脑。接下来，选择3D，再选择T1等距成像，并设置以下参数值：重复时间等于10.2毫秒，回波时间等于4.2毫秒，翻转角等于90度，体素大小等于1×1×1立方毫米。

然后，点击程序，开始采集功能性的T2星图加权全脑扫描，相关参数值如下：TE等于40毫秒，TR等于3秒，视野等于256平方毫米，翻转角等于90度，矩阵尺寸为64×64，TR中的延迟时间为7秒。请注意，在本例中，TR是指采集过程持续的总时间。使用虚拟扫描选项采集5个体积的数据，并将总体积数设置为55。

单击“复制”以复制此序列。将光标置于序列列表底部，然后连续单击两次“粘贴”，以设置三个连续的稀疏采样序列。接着，单击“开始”以启动T1加权解剖体积的采集。

最后，向受试者呈现三次运行。使用扫描仪触发盒将每次运行的开始与扫描仪的数据采集同步，并通过会话编号区分每次运行。然后，保存每次运行的结果。

本研究确定了发声时构成歌唱网络的脑区中的神经活动，这些脑区与既往文献报道的结果一致。双因素重复测量方差分析结果显示，在演唱不协和音程与协和音程的对比条件下，右侧初级躯体感觉皮层、右侧初级听觉皮层、左侧中脑、右侧后岛叶、左侧杏仁核以及左侧壳核的激活程度增强。该技术一旦掌握，每位受试者的实验操作可在四小时内完成。

如果操作得当，综合考虑行为测试、fMRI 扫描以及数据分析，该实验方法能够有效实施。在执行该流程时，务必确认记录设备正常工作，并向受试者明确说明应通过哼唱的方式进行歌唱，同时尽量减少头部运动，以避免产生伪影。在遵循此用于追踪二元条件下大脑激活差异的实验流程基础上，还可采用该方法的改进版本，以研究例如宽音程与窄音程歌唱之间的差异。

每项 fMRI 技术的发展都为听觉神经科学领域的研究人员探索与听觉及发声相关的神经机制开辟了道路。观看本视频后，您应能够充分理解如何利用 fMRI 在歌唱过程中监测运动系统和听觉系统的活动，以研究发声产生的神经关联。请务必注意，操作磁共振扫描仪可能具有极高危险性，必须始终格外小心，确保将金属物体远离扫描仪。