FMRI-Mapping der Gehirnaktivität, verbunden mit der Vokalproduktion von Konsonanten- und Dissonanzintervallen

Das übergeordnete Ziel dieser Methodik ist es, neuronale Aktivierungen, die mit der stimmlichen Produktion von konsonanten und dissonanten Intervallen verbunden sind, durch den Einsatz von funktioneller Magnetresonanztomographie zu überwachen. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen im Bereich der auditiven kognitiven Neurowissenschaften zu beantworten, wie z.B. wie unterscheidet sich die Integration von externem Feedback aus dem auditorischen und sensomotorischen System beim Singen von konsonanten und dissonanten Intervallen? Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie so konzipiert ist, dass sie die Aktivität sowohl des motorischen als auch des auditiven Systems verfolgt und gleichzeitig ein gewisses Maß an stimmlicher Genauigkeit während des Singens erhält.

Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da es schwierig ist, einige Töne originalgetreu aus dem Scanner aufzunehmen, da der gesamte Scanner extrem verrauscht ist. Das Verfahren wird von Lucero Pacheco, einem Doktoranden aus meinem Labor, vorgeführt. Um reine Töne zu erzeugen, die sich über zwei Oktaven von G vier bis G sechs erstrecken, öffnen Sie einen neuen Projektordner in der Tonbearbeitungssoftware.

Wählen Sie dann im Menü "Generieren" die Option "Ton" aus. Wählen Sie im angezeigten Fenster eine Sinuswellenform mit einer Amplitude von 0,8 und einer Dauer von einer Sekunde aus. Geben Sie den Wert der Frequenz ein, der der gewünschten Note entspricht, und klicken Sie auf die Schaltfläche OK.

Wählen Sie im Dateimenü die Option Exportieren aus. Geben Sie im sich öffnenden Fenster den gewünschten Namen für die Audiodatei ein und wählen Sie wav als gewünschten Dateityp aus. Klicken Sie auf Speichern.

Generieren Sie als Nächstes alle möglichen Kombinationen von Noten, die zwei konsonanten und zwei dissonanten Intervallen im Bereich zwischen G vier und G sechs entsprechen. Öffnen Sie dazu für jedes Intervall ein neues Projekt in der Tonbearbeitungssoftware und wählen Sie Audio importieren im Dateimenü, um die beiden zu verkettenden WAV-Dateien zu importieren. Platzieren Sie den Cursor an einer beliebigen Stelle über dem zweiten Ton und klicken Sie, um ihn auszuwählen.

Klicken Sie im Bearbeitungsmenü auf Alle auswählen. Klicken Sie im selben Menü auf Kopieren. Platzieren Sie dann den Cursor an einer beliebigen Stelle über dem ersten Ton und klicken Sie.

Klicken Sie im Bearbeitungsmenü auf Cursor zum Ende der Spur verschieben und klicken Sie dann im selben Menü auf Einfügen. Wählen Sie abschließend im Dateimenü die Option Exportieren aus. Geben Sie im sich öffnenden Fenster den gewünschten Namen für die Audiodatei ein und wählen Sie wav als gewünschten Dateityp aus.

Klicken Sie auf Speichern. Beginnen Sie damit, dass sich der Teilnehmer vor einen Laptop setzt und die bereitgestellten Kopfhörer trägt. Stellen Sie sicher, dass der Geräuschpegel für den Teilnehmer angenehm ist.

Nutzen Sie eine Verhaltensforschungssoftware, um zwei zuvor erstellte Aufgaben mit e-run zu öffnen. Geben Sie im angezeigten Fenster die Sitzungs- und Betreffnummer ein und klicken Sie auf OK. Bitten Sie dann die Teilnehmer für die beiden alternativen Kraftwahlaufgaben, herauszufinden, ob die Intervalle, die sie hören, konsonant oder dissonant sind, indem sie entweder c auf der Computertastatur für Konsonant und d für Dissonant drücken.

Als nächstes lassen Sie die Teilnehmer in den vier alternativen Force-Choice-Aufgaben die Intervalle selbst identifizieren, indem sie die Ziffern vier, fünf, sieben und acht auf der Computertastatur drücken, um die Intervalle einer erweiterten Quarte zu identifizieren. Reine Quinte. Großer Siebter.

Bzw. Oktave. Drücken Sie abschließend am Ende jeder Aufgabe auf OK, um die Ergebnisse für jeden Teilnehmer automatisch zu speichern. Schließen Sie zunächst ein nichtmagnetisches, MR-kompatibles Headset an einen Laptop an und stellen Sie sicher, dass der Geräuschpegel für den Teilnehmer angenehm ist.

Schließen Sie dann ein kleines Kondensatormikrofon an ein Audio-Interface an, das wiederum über ein abgeschirmtes, verdrilltes Triplet-Kabel mit dem Laptop verbunden ist. Um den Frequenzgang des Mikrofons zu überprüfen, starten Sie ein neues Projekt in der Tonbearbeitungssoftware und wählen Sie das Kondensatormikrofon als Eingabegerät aus. Erzeugen Sie dann einen 440-Hertz-Testton mit einer Dauer von 10 Sekunden.

Nachdem der Ton erzeugt wurde, verwenden Sie die Tonwiedergabesoftware, um die Wiedergabetaste zu drücken, um den Testton über die Kopfhörer an zwei Orte zu senden. Innen auf der Kopfstütze und außen am Scanner im Kontrollraum, wobei das Mikrofon jeweils zwischen den Seiten des Headsets platziert ist. Drücken Sie anschließend in der Tonbearbeitungssoftware auf Aufnahme, um an jedem Ort etwa eine Sekunde des Testtons aufzunehmen.

Wählen Sie dann für jeden Fall im Menü "Analysieren" die Option "Spektrum plotten" aus und vergleichen Sie die Reaktion des Mikrofons auf den Testton, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Scanners, indem Sie überprüfen, ob die Grundfrequenz des an jeder Stelle empfangenen Signals 440 Hertz beträgt. Kleben Sie schließlich das Kondensatormikrofon an den Hals des Teilnehmers direkt unter dem Kehlkopf und lassen Sie ihn das Headset tragen. Setzen Sie dann den Teilnehmer in den Magnetresonanztomographen.

Öffnen Sie zunächst das MRUI-Softwarepaket für die Magnetresonanz-Benutzeroberfläche. Wählen Sie in der MRUI-Software die Patientenoption aus dem Bildschirmmenü aus. Geben Sie den Namen, das Alter und das Gewicht des Teilnehmers ein.

Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Prüfung. Wählen Sie zuerst Kopf und dann Gehirn aus den verfügbaren Optionen. Wählen Sie als Nächstes 3D und dann T1 isometrisch mit den folgenden Werten für die relevanten Parameter: Die Wiederholungszeit beträgt 10,2 Millisekunden, die Echozeit 4,2 Millisekunden, der Flip-Winkel 90 Grad und die Voxelgröße entspricht nacheinander Millimeter in Kubikform.

Klicken Sie dann auf Programm und beginnen Sie mit der Erfassung des funktionalen sterngewichteten T2-Ganzkopfscans mit den Werten der relevanten Parameter wie folgt: TE entspricht 40 Millisekunden, TR entspricht drei Sekunden, Sichtfeld entspricht 256 Millimetern zum Quadrat, Schwenkwinkel entspricht 90 Grad, Matrixabmessungen entsprechen 64 x 64, Verzögerung in TR beträgt sieben Sekunden. Beachten Sie, dass TR in diesem Fall die Gesamtzeit ist, in der die Erfassung stattfindet. Verwenden Sie die Dummy-Option, um fünf Volumes zu erfassen, während Sie einen Wert von 55 für die Gesamtzahl der Volumes eingeben.

Klicken Sie auf Kopieren, um eine Kopie dieser Sequenz zu erstellen. Platzieren Sie den Cursor am unteren Rand der Liste der Sequenzen, und klicken Sie dann zweimal auf Einfügen, um drei aufeinanderfolgende Sampling-Sequenzen mit geringer Dichte einzurichten. Klicken Sie dann auf Start, um mit der Erfassung des T1-gewichteten anatomischen Volumens zu beginnen.

Präsentieren Sie dem Teilnehmer abschließend drei Durchläufe. Synchronisieren Sie den Start der Läufe mit der Erfassung durch den Scanner über die Scanner-Triggerbox und unterscheiden Sie die einzelnen Läufe anhand der Sitzungsnummer. Speichern Sie dann die Ergebnisse der einzelnen Durchläufe.

Diese Studie identifizierte die neuronale Aktivität während des Singens in den Regionen, von denen bekannt ist, dass sie das Gesangsnetzwerk bilden, und die mit denen übereinstimmen, die in der früheren Literatur berichtet wurden. Die Ergebnisse einer Zwei-Wege-Varianzanalyse mit wiederholten Messungen zeigten, dass für den Kontrast, der sich aus dissonanten Intervallen im Gesang ergibt, im Gegensatz zu konsonanten Intervallen erhöhte Aktivierungen im rechten primären somatosensorischen Kortex, im rechten primären auditorischen Kortex, im linken Mittelhirn, in der rechten hinteren Insula, in der linken Amygdala und im linken Putamen beobachtet wurden. Einmal gemeistert, kann diese Technik in vier Stunden pro Fach durchgeführt werden.

Wenn es richtig durchgeführt wird, unter Berücksichtigung des Verhaltenstests, der fMRT-Sitzung und der Datenanalyse. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, daran zu denken, die korrekte Funktion des Aufnahmegeräts zu überprüfen und die Teilnehmer klar anzuweisen, dass sie durch Summen singen und den Kopf so wenig wie möglich bewegen sollen, um Artefakte zu vermeiden. Nach diesem Verfahren, das verwendet wird, um Unterschiede in der Gehirnaktivierung zwischen binären Bedingungen zu verfolgen, kann eine modifizierte Version der Methode durchgeführt werden, um beispielsweise Unterschiede zwischen dem Singen in weiten und engen Intervallen zu untersuchen.

Nach jeder Entwicklung ebnet die fMRT-Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der auditiven Neurowissenschaften, um neuronale Mechanismen zu erforschen, die mit dem Hören und der Stimmproduktion verbunden sind. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie fMRT verwenden können, um die Aktivität sowohl des motorischen als auch des auditiven Systems während des Singens zu überwachen, um die neuronalen Korrelate der Stimmproduktion zu untersuchen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit einem Magnetresonanztomographen äußerst gefährlich sein kann und dass immer große Sorgfalt darauf verwendet werden sollte, metallische Gegenstände vom Scanner fernzuhalten.