Artículo de método

Un método para estudiar la adaptación a izquierda y derecha invertida Audition

DOI:

10.3791/56808

⸱

29 de octubre de 2018

1Faculty of Environment and Information Studies, Shonan Fujisawa Campus (SFC), Keio University, 2School of Information Environment, Tokyo Denki University

En este artículo

Resumen

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El presente estudio propone un protocolo para investigar la adaptación al audition invertida de izquierda a derecha sólo logrado dispositivos vestibles, mediante neuroimagen, que puede ser una herramienta eficaz para descubrir la capacidad de adaptación de los seres humanos a un ambiente novedoso en la dominio auditivo.

Resumen

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Un inusual espacio sensorial es una de las herramientas efectivas para descubrir el mecanismo de adaptabilidad de los seres humanos a un ambiente nuevo. Aunque la mayoría de los estudios previos ha utilizado gafas especiales con prismas para conseguir espacios inusuales en el dominio visual, una metodología para el estudio de la adaptación a los espacios auditivos inusuales aún tiene que establecerse plenamente. Este estudio propone un nuevo protocolo para configurar, validar y utilizar un sistema estereofónico invertido de izquierda a derecha utilizando sólo los dispositivos portátiles, para el estudio de la adaptación a izquierda y derecha se han invertido y audición con la ayuda de neuroimagen. Aunque características acústicas individuales no están implementadas aún, y leve derrame de sonidos unreversed es relativamente incontrolable, el aparato construido muestra alto rendimiento en una localización de la fuente de sonido de 360° juntada con audiencia características con poco de retraso. Por otra parte, parece un reproductor de música móvil y permite a un participante a centrarse en la vida cotidiana sin despertar curiosidad o llamar la atención de otras personas. Puesto que los efectos de la adaptación con éxito fueron detectados en los niveles de percepción, de comportamiento y neuronales, se concluye que este protocolo proporciona una metodología promisoria para el estudio de adaptación al audition invertida de izquierda a derecha y es una herramienta eficaz para descubrir la capacidad de adaptación de los seres humanos a nuevos ambientes en el dominio auditivo.

Introducción

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Adaptabilidad a un ambiente nuevo es una de las funciones fundamentales para los seres humanos a vivir firme en cualquier situación. Una herramienta eficaz para descubrir el mecanismo de adaptabilidad ambiental en los seres humanos es un espacio sensorial inusual que se produce artificialmente por aparatos. En la mayoría de los estudios anteriores sobre este tema, especiales gafas con prismas se han utilizado para lograr la visión invertida de izquierda a derecha1,2,3,4,5 o arriba-abajo visión invertida6,7. Además, la exposición a esa visión de unos pocos días a más de un mes ha revelado adaptación perceptiva y conductual1,2,3,4,5, 6 , 7 (p. ej., capacidad para montar una bicicleta2,5,7). Por otra parte, mediciones periódicas de la actividad cerebral mediante técnicas de neuroimagen, tales como electroencefalografía (EEG)1, Magnetoencefalografía (MEG)3y la proyección de imagen de resonancia magnética funcional (fMRI)2, 4,5,7, han detectado cambios en la actividad neuronal que subyace a la adaptación (p. ej., activación visual bilateral para estimulación visual unilateral4, 5). aunque la apariencia del participante se convierte en extraña hasta cierto punto y gran atención es necesaria para que el observador mantener la seguridad del participante, visión invertida con prismas proporciona tridimensional (3D) visual información precisa sin cualquier demora en una forma usable. Por lo tanto, la metodología para descubrir el mecanismo de adaptabilidad ambiental relativamente se establece en el dominio visual.

En 1879, Thompson propuso un concepto de pseudophone, "un instrumento para la investigación de las leyes de la audición binaural por medio de las ilusiones que produce en la percepción acústica del espacio"8. Sin embargo, en contraste con los casos visual1,2,3,4,5,6,7, varios intentos se hicieron para el estudio de la adaptación al inusual espacios auditivos y ningún conocimiento sensible se ha obtenido hasta la fecha. A pesar de una larga historia de desarrollo virtual muestra auditiva9,10, rara vez se han desarrollado aparatos portátiles para el control de audición 3D. Por lo tanto, solamente algunos informes examinan la adaptación al audition invertida de izquierda a derecha. Un aparato tradicional consiste en un par de curvas trompetas que se cruzan y se inserta en los canales de oído de un participante en un contrario manera11,12. En 1928, joven primero divulgado el uso de estos cruzados trompetas y llevaba continuamente durante 3 días como máximo un total de 85 h para probar la adaptación para audition invertida de izquierda a derecha. Willey et al. 12 el caso de la adaptación en tres participantes usando las trompetas de 3, 7 y 8 días, respectivamente. Las trompetas curvas fácilmente proporcionan audición invertida de izquierda a derecha, pero tenían un problema con la fiabilidad de precisión espacial, portabilidad y aspecto extraño. Un aparato más avanzado para la audición invertida es un sistema electrónico en que líneas de izquierda y derecha de la cabeza/auriculares y micrófonos son reverso conectado13,14. Ohtsubo et al. 13 lograr inversión auditiva usando los micrófonos-auriculares primera vez binaurales que fueron conectados a un amplificador fijo y evaluaron su desempeño. Más recientemente, Hofman et al. 14 reticulado completo en canal auditivos y adaptación en dos participantes que usaban las ayudas para h 49 en 3 días y 3 semanas, respectivamente. Aunque estos estudios han informado de la localización de la fuente de sonido en el campo auditivo frontal de alto rendimiento, la localización de la fuente de sonido en el backfield y un retraso potencial de los aparatos eléctricos nunca han sido evaluadas. Especialmente en Hofman et al.' estudio de s, el rendimiento espacial de los audífonos fue garantizado para el frente 60° en la condición de fijo de cabeza y para el delantero 150° en la condición de cabeza-libre, sugiriendo desconocido omniazimuth rendimiento. Por otra parte, el período de exposición puede ser demasiado corto para detectar fenómenos relacionados con la adaptación en comparación con los casos más de visión invertida2,4,5. Ninguno de estos estudios han medido la actividad cerebral mediante técnicas de neuroimagen. Por lo tanto, la incertidumbre de precisión espacio-temporal, los períodos cortos de la exposición y la no utilización de neuroimagen puede ser razones para el pequeño número de informes y la limitada cantidad de conocimiento en la adaptación para audition invertida de izquierda a derecha.

Gracias a los avances recientes en tecnología acústica usable, Aoyama y Kuriki15 tuvo éxito en la construcción de una izquierda invertida audition 3D utilizando dispositivos solamente usables que recientemente llegó a estar disponible y consigue el sistema de omniazimuth con alto precisión espacio-temporal. Por otra parte, aproximadamente 1 mes en exposición invertida audición usando el aparato exhibe algunos resultados representativos para las mediciones de MEG. Basado en este informe, describimos, en este artículo, un protocolo detallado para configurar, validar y utilizar el sistema, y probar la adaptación a izquierda y derecha invertida audición con la ayuda de neuroimagen que se realiza periódicamente sin el sistema. Este enfoque es eficaz para descubrir la capacidad de adaptación de los seres humanos a un ambiente nuevo en el dominio auditivo.

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Protocolo

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Todos los métodos aquí descritos han sido aprobados por el Comité de ética de Tokio Denki Universidad. Todos los participantes, el consentimiento informado se obtuvo después de que el participante recibió una explicación detallada del protocolo.

1. configuración de la izquierda-derecha invertida sistema de audición

  1. Configuración del sistema de audición invertida sin un participante
    1. Preparar un grabador de (LPCM) modulación de código de pulso linear, binaurales micrófonos y Auriculares biauriculares.
    2. Conectar las líneas derecha e izquierdas de los micrófonos agriamente a la grabadora LPCM para señales de sonido analógicas invertidas de izquierda a derecha están digitalizadas. Además, conectarse las líneas derecha e izquierdas de los auriculares directamente a través de la grabadora para que las señales digitalizadas invertidas se reproducen inmediatamente.
      Nota: En el caso de emplear los auriculares-micrófonos binaurales como audífonos binaurales, no utilice las piezas auriculares para reducir el derrame de los sonidos que pasan por las piezas de micrófono.
    3. Que los cuerpos de los micrófonos y los auriculares para cada oído con aislamiento leve sonidos materiales de impermeabilización y cubrir los micrófonos con parabrisas dedicados para suprimir el ruido del viento.
    4. Inserte las baterías recargables y una tarjeta de memoria de alta velocidad de gran capacidad en la grabadora LPCM y enciéndala. Establecer las condiciones de grabación correctamente de tal manera que las señales de sonido se graban en la tarjeta de memoria como un formato LPCM en una frecuencia de muestreo de 96 kHz con 24 bits de profundidad.
    5. Coloque el cuerpo del sistema en un bolso del bolsillo.
  2. Configuración del sistema de audición invertida con un participante
    1. Instruir al participante para insertar los auriculares del sistema audition invertido fuertemente en los canales de oído.
    2. Desconecte las líneas para los micrófonos de izquierda y derecha y conecte el lado de la oreja dominante del micrófono directamente a través de a la grabadora.
    3. Instruir al participante para despegar y poner en el lado de la oreja dominante del sistema repetidor mientras ajusta el volumen del sonido de la grabadora para hacer la sonoridad subjetiva directa (normal) e indirecta (invertida) suena igual (lo más cerca posible).
    4. Compruebe el volumen para el oído no dominante así y conectar todas las líneas del sistema de nuevo.
    5. Coloque el sistema en el bolsillo de los participantes, fijar los cables en la ropa del participante apropiadamente para evitar que se enrede y recoger ruidos indeseados.

2. validación de la izquierda invertida el sistema de audición

Nota: Realice los siguientes pasos para validar el sistema de audición invertida de izquierda a derecha, con independencia de los experimentos que estudian la adaptación al cambio de izquierda a derecha.

  1. Validación de la localización de la fuente de sonido del sistema de audición invertida
    1. Localizar un transportador de ángulo digital cuya dirección inicial se define como 0° en el centro de una cámara anecoica, y asumir un círculo virtual centrado en este punto con un radio de 2 m. a lo largo del círculo virtual, marca 72 fuentes sonoras posibles en cada 5°-180 ° a 175 ° en una manera hacia la derecha y conjunto de altavoces de la onda de plano en estos puntos dirigidos hacia el centro del círculo.
    2. Configurar una cámara de video cerca del centro de la habitación para grabar la pantalla de los Goniómetros digitales.
      Nota: Puesto que la pantalla del transportador se mueve con el cuerpo del transportador, el campo de visión del vídeo debe ser lo suficientemente grande como para cubrir todas las áreas posibles. Por otra parte, la cámara debe colocarse con cuidado para no perturbar la posición de sentada del participante y la presentación de sonido.
    3. Preparar para dos sesiones de la localización de la fuente de sonido: en la primera sesión, el participante no pone en el sistema de audición invertida. En la segunda sesión, el participante pone en el equipo, lo calibra y verifica el sistema (como se explica en el paso 1.2) lo antes posible.
    4. Guía de los participantes a sentarse cómodamente y con los ojos vendados en el centro de la guarnición de círculo 0° sonido fuente y esperar a que el experimento empezar.
    5. Llevar a cabo dos sesiones de la localización de la fuente de sonido. En ambas sesiones, tener el participante uso del transportador para indicar la dirección de sonido percibida tan precisamente como sea posible sin mover la cabeza.
    6. Para cada sesión, empezar a grabar video la pantalla de ángulo del transportador y sonidos de 1000 Hz presente en el nivel de presión sonora de 65 dB (SPL) de cualquiera de las fuentes de sonido: el sonido en un solo lugar es al azar cambia el sonido en otro lugar cada 10 s de tal un manera que cada lugar se usa una vez.
      Nota: Aquí usamos MATLAB con el Toolbox de psicofísica16,17,18. Aunque esta caja de herramientas se utiliza habitualmente para presentar sonidos, puede también utilizarse cualquier software de estimulación confiable.
    7. Después de cada sesión, detener la grabación de vídeo e instruir a los participantes a tomar un descanso por tiempo suficiente.
    8. Leer los ángulos perceptivos ensayo por ensayo en el transportador de vídeo grabado y evaluar el desempeño espacial del sistema de audición invertida comparando los ángulos perceptivos en la normal y las condiciones invertidas contra la física ángulos definidos por la dirección de fuentes de sonido.
  2. Validación de la demora del sistema de audición invertida
    1. Ponga el sistema de audición invertida sobre una mesa en un cuarto tranquilo con no participantes.
    2. Desconectar una línea para el micrófono izquierdo y un altavoz plano-agite y el auricular izquierdo lo más cerca posible al micrófono derecho.
    3. Iniciar la grabación de sonido directo (normal) del altavoz e indirectas (invertidas) sonidos del auricular izquierdo simultáneamente a través del micrófono de la derecha.
    4. 1-ms actual, haga clic en sonidos por el altavoz con un intervalo inter-estímulo moderado en 65dB SPL.
    5. Después de un número suficiente de ensayos, detener la presentación y grabación de los sonidos.
    6. Para confirmar la configuración simétrica del sistema, repita los mismos pasos utilizando el auricular derecho y el izquierdo micrófono.
    7. Leer los datos registrados de sonido utilizando el software (por ejemplo, MATLAB) y evaluar la diferencia entre los tiempos de aparición de los sonidos (normales) directos e indirecta (invertida), que corresponde a un potencial retraso causado por el tiempo empleado en pasar a través de la ruta eléctrica en el sistema.

3. estudiar la adaptación a izquierda y derecha invertida Audition

  1. Procedimiento de la exposición a Audition invertida
    1. Recordar a los participantes varias veces de su derecho a salir de la exposición en cualquier momento.
      Nota: Detener la exposición tan pronto como sea posible si el participante informa mal o si un observador nota cualquier signo de que el participante quiere dejar la exposición por cualquier razón.
    2. Preparar un número suficiente de baterías recargables y tarjetas de memoria de alta velocidad de gran capacidad para permitir que el participante sustituirlos en cualquier momento.
    3. Instruir al participante para usar, calibrar y comprobar que el sistema de audición invertida por ellos mismos durante el período de exposición, como se explica en el paso 1.2. Realizar el mismo procedimiento cada vez que el participante lleva el sistema después de cada interrupción.
    4. Instruir al participante para realizar actividades de vida diaria mientras que usa el sistema continuamente durante aproximadamente un mes, excepto al dormir, bañarse, neuroimagen y otras veces de emergencia. En estos casos, pida a los participantes para eliminar el sistema e inmediatamente Inserte tapones en sus oídos para prevenir la recuperacion de adaptación.
      Nota: Aunque es ideal para los participantes a usar el sistema día y noche, se recomienda no usar el sistema para dormir y bañarse con el fin de evitar ruidos inesperados y choques eléctricos, respectivamente.
    5. Reemplace las baterías y tarjetas de memoria rutinariamente antes de agotamiento de la batería y exceso de capacidad de memoria, respectivamente. Retire el sistema y reemplace con tapones para los oídos en un lugar silencioso sin producir ningún sonido.
    6. Cuando un participante tiene que moverse de la unidad exterior, el participante en un coche, acompañar al participante en el movimiento, o pedirles que usaran medios seguros de transporte por actos realizados solo.
      Nota: Debe tener mucho cuidado por el investigador para no poner en peligro la seguridad del participante durante el período de exposición, especialmente cuando el participante va fuera. Prohíbe que el participante realiza cualquier comportamiento peligroso.
    7. Con el fin de facilitar la adaptación, instruir a los participantes a experimentar situaciones de entrada auditiva, como caminar en un centro comercial o un campus, tener una conversación con más de dos personas, y juegos de video juego en 3D, tanto tiempo como sea posible.
    8. Instruir a los participantes a llevar un diario o proporcionar un informe subjetivo a un observador tan frecuentemente como sea posible acerca de cambios perceptuales y conductuales, los eventos experimentados y todo lo que el participante Nota.
    9. Después del período de exposición de blanco, instruir a los participantes a sacar el sistema de audición invertida.
      Nota: También es importante hacer un seguimiento sobre los cambios perceptuales y conductuales para examinar el proceso de recuperación de la adaptación a audition invertida de izquierda a derecha.
  2. Neuroimagen durante la exposición a Audition invertida
    1. Instruir al participante para entrenar en una tarea que se utilizarán en los experimentos de neuroimagen suficientemente como sea posible.
      1. Por ejemplo, capacitar al participante para llevar a cabo una tarea de tiempo de reacción selectiva en dos condiciones, compatibles e incompatibles15. La condición compatible consiste en responder de inmediato al sonido de la oreja derecha con el dedo índice derecho y con el sonido de la oreja izquierda con el dedo índice izquierdo. La condición incompatible consiste en responder de inmediato el sonido de la oreja derecha con el dedo índice izquierdo y el sonido de la oreja izquierda con el dedo índice derecho.
      2. Utilizar sonidos de 1000 Hz a 65 dB SPL para 0.1 s con un intervalo inter-estímulo de 2.5 – 3.5 s, que aparece pseudorandomly a ambos lados de la oreja.
    2. Antes de la exposición a audition invertida, realizar un experimento de neuroimaging en la tarea de formación.
      1. Por ejemplo, grabar respuestas MEG o EEG, así como las respuestas del dedo izquierdo y derecho en el tiempo de reacción selectiva tarea15. La tarea consiste en compatible con dos y dos bloques incompatibles que se disponen alternativamente con un intervalo inter-bloque de al menos 30 s y con sonidos que aparece 80 veces para cada bloque a través de los auriculares insertados con tubos de timpanostomía plástico.
        Nota: Aunque se utilizó un sistema de MEG de 122 canales en Aoyama y Kuriki15, un sistema de varios canales EEG también es adecuado para este protocolo.
      2. Para el EEG/MEG grabación, configurar la frecuencia de muestreo a 1 kHz y el ancho de banda de grabación análoga en 0.03 – 200 Hz.
    3. Durante aproximadamente 1 mes en exposición a audition invertida, llevar a cabo experimentos de neuroimagen en la tarea de formación cada semana sin el sistema de audición invertido en exactamente la misma manera que en el experimento antes de la exposición (paso 3.2.2).
      Nota: El sistema es retirado inmediatamente antes de y puesto encendido inmediatamente después de cada experimento.
    4. Una semana después de la exposición, realizar un experimento de neuroimagen en la tarea de formación en exactamente la misma manera que el experimento antes de la exposición (paso 3.2.2).
    5. Analizar los datos obtenidos antes, durante y después de la exposición a audition invertida de izquierda a derecha.
      1. Por ejemplo, después de rechazar las épocas llenas de artefactos relacionados con ojo, quitar el desplazamiento en el intervalo previo estímulo y ajuste el low-pass filtrado a 40 Hz, promedio de los datos de EEG/MEG de 100 ms antes de a 500 ms después del inicio de sonido para el condiciones compatibles e incompatibles de estímulo-respuesta15.
      2. Una empresa multinacional software paquete19,20, estimar las fuentes de la actividad cerebral con mapas paramétricos estadísticos dinámicos (dSPMs) superpuestas en las imágenes de la superficie corticales y cuantificar las intensidades de la actividad cerebral con norma mínima estima (EMN) para cada punto del tiempo de los datos promediados.
      3. Calcular la conectividad funcional auditivo-motor de los datos de EEG/MEG significa cero ensayos solo de 90 a 500 ms después del inicio del sonido para cada condición
        Nota: Aquí utilizamos MATLAB con el Toolbox de causalidad de Granger multivariante21.
      4. Para los datos de comportamiento, calcular los tiempos de reacción promedios para las condiciones de estímulo-respuesta compatibles e incompatibles.

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Resultados

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Los resultados representativos que se muestran aquí se basan en Aoyama y Kuriki15. El presente Protocolo alcanzó audición invertida de izquierda a derecha con alta precisión espacio-temporal. La figura 1 muestra la localización de la fuente de sonido en las direcciones más de 360 ° de antes e inmediatamente después poner en el sistema de audición invertida de izquierda a derecha (figura 1A), en seis de los...

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Discusión

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El protocolo propuesto como objetivo establecer una metodología para el estudio de adaptación al audition invertida de izquierda a derecha como una herramienta efectiva para destapar la adaptabilidad de los seres humanos a un nuevo entorno auditivo. Como lo demuestran los resultados representativos, el aparato construido logra audition invertida de izquierda a derecha con alta precisión espacio-temporal. Aunque los anteriores aparatos para audición invertida11,12...

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Divulgaciones

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El autor no tiene nada que revelar.

Agradecimientos

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Este trabajo fue parcialmente financiado por una subvención de JSP KAKENHI concesión número JP17K00209. El autor agradece a Takayuki Hoshino y Kazuhiro Shigeta para asistencia técnica.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Grabador de modulación de código de pulso linealSonyPCM-M10
Micrófonos binauralesRolandCS-10EM
Auriculares intrauditivos binauralesEtymotic ResearchER-4B
Transportador de ángulo digitalWenzhou Sanhe Instrumento de medición5422-200
Altavoz de onda planaAlphagreenSS-2101
Cámara de vídeoSonyHDR-CX560
MATLABMathworksR2012a, R2015a,R2012a para estimulación y R2015a para análisis
Psychophysics ToolboxFreeVersion 3http://psychtoolbox.org
Insertar auricularesEtymotic ResearchER-2
Sistema de magnetoencefalografíaNeuromagNeuromag-122 TM
Sistema de electroencefalografíaProductos cerebralesacti64CHamp
MNEFreeMNE Software Version 2.7,
MNE 0.13
https://martinos.org/mne/stable/index.html The Multivariate Granger Causality ToolboxFreemvgc_v1.0http://www.sussex.ac.uk/sackler/mvgc/

Referencias

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