Mapping fMRI dell'attività del cervello associata alla produzione vocale di intervalli consonanti e dissonanti

L'obiettivo generale di questa metodologia è quello di monitorare le attivazioni neurali associate alla produzione vocale di intervalli consonantici e dissonanti, attraverso l'uso della risonanza magnetica funzionale. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle neuroscienze cognitive uditive, come ad esempio, in che modo l'integrazione del feedback esterno dai sistemi motori uditivi e sensoriali differisce quando si cantano intervalli consonanti e dissonanti? Il vantaggio principale di questa tecnica è che è progettata per tracciare l'attività sia del sistema motorio che di quello uditivo, ottenendo contemporaneamente una misura di precisione vocale durante il canto.

In generale, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà perché è difficile registrare fedelmente alcuni toni dall'interno dello scanner poiché l'intero scanner è estremamente rumoroso. A dimostrare la procedura sarà Lucero Pacheco, uno studente laureato del mio laboratorio. Per iniziare a produrre toni puri che si estendono su due ottave da G quattro a G sei, apri una nuova cartella di progetto nel software di editing audio.

Quindi, nel menu di generazione selezionare il tono. Nella finestra visualizzata, selezionare una forma d'onda sinusoidale, un'ampiezza di 0,8 e una durata di un secondo. Inserire il valore della frequenza che corrisponde alla nota desiderata e fare clic sul pulsante ok.

Nel menu file selezionare Esporta. Nella finestra che si apre, inserisci il nome desiderato per il file audio e scegli wav come tipo di file desiderato. Fai clic su Salva.

Successivamente, genera tutte le possibili combinazioni di note corrispondenti a due intervalli consonantici e due dissonanti nell'intervallo tra G quattro e G six. Per fare ciò, per ogni intervallo, apri un nuovo progetto nel software di editing audio e scegli importa audio dal menu file per importare i due file wav da concatenare. Posizionare il cursore in qualsiasi punto sul secondo tono e fare clic per selezionare.

Fare clic su seleziona tutto nel menu di modifica. Nello stesso menu clicca su copia. Quindi, posizionare il cursore in qualsiasi punto del primo tono e fare clic.

Nel menu di modifica, fare clic su sposta il cursore per la fine della traccia, quindi fare clic su Incolla nello stesso menu. Infine, nel menu file seleziona esporta. Nella finestra che si apre, inserisci il nome desiderato per il file audio e scegli wav come tipo di file desiderato.

Fai clic su Salva. Inizia facendo sedere il partecipante davanti a un computer portatile e indossando le cuffie fornite. Assicurarsi che il livello sonoro sia confortevole per il partecipante.

Utilizza il software di ricerca comportamentale per aprire due attività create in precedenza con e-run. Nella finestra che appare, inserisci il numero della sessione e dell'oggetto e fai clic su ok. Quindi, per i due compiti alternativi di scelta della forza, chiedi ai partecipanti di identificare se gli intervalli che sentono sono consonanti o dissonanti premendo c sulla tastiera del computer per la consonante e d per la dissonante.

Successivamente, nei quattro compiti alternativi di scelta della forza, i partecipanti devono identificare gli intervalli stessi premendo i numeri quattro, cinque, sette e otto sulla tastiera del computer, per identificare gli intervalli di una quarta aumentata. Quinto perfetto. Settimo maggiore.

E ottava rispettivamente. Infine, alla fine di ogni attività premere ok per salvare automaticamente i risultati per ogni partecipante. Inizia collegando un auricolare non magnetico compatibile con la risonanza magnetica a un laptop e assicurati che il livello sonoro sia confortevole per il partecipante.

Quindi, collegare un piccolo microfono a condensatore a un'interfaccia audio che a sua volta è collegata al laptop tramite un cavo schermato, intrecciato e tripletto. Per controllare la risposta in frequenza del microfono, avviare un nuovo progetto nel software di editing audio e selezionare il microfono a condensatore come dispositivo di input. Quindi, generare un tono di prova a 440 hertz con una durata di 10 secondi.

Dopo aver generato il tono, utilizzare il software di riproduzione del suono per premere play per inviare il tono di prova attraverso le cuffie in due posizioni. All'interno, sopra il poggiatesta e all'esterno dello scanner nella sala di controllo, con il microfono posizionato tra i lati dell'auricolare in ogni caso. Quindi, premere Registra nel software di editing audio per registrare circa un secondo del tono di prova in ciascuna posizione.

Quindi, selezionare lo spettro del grafico dal menu di analisi per ciascun caso e confrontare la risposta del microfono al tono di prova, sia all'interno che all'esterno dello scanner, verificando che la frequenza fondamentale del segnale ricevuto in ciascuna posizione sia di 440 hertz. Infine, fissa il microfono a condensatore al collo del partecipante appena sotto la laringe e chiedigli di indossare l'auricolare. Quindi, posizionare il partecipante nello scanner a risonanza magnetica.

Inizia aprendo il pacchetto software MRUI dell'interfaccia utente per la risonanza magnetica. All'interno del software MRUI, selezionare l'opzione paziente dal menu su schermo. Inserisci il nome, l'età e il peso del partecipante.

Quindi, fai clic sul pulsante dell'esame. Per prima cosa, scegli la testa e poi il cervello tra le opzioni disponibili. Quindi, seleziona 3D e quindi T1 isometrico con i seguenti valori per i parametri pertinenti: il tempo di ripetizione è uguale a 10,2 millisecondi, il tempo di eco è uguale a 4,2 millisecondi, l'angolo di inversione è uguale a 90 gradi e la dimensione del voxel è uguale a uno per uno per uno millimetri cubi.

Quindi, fare clic sul programma e iniziare l'acquisizione della scansione funzionale dell'intera testa pesata a stella T2 con i valori dei parametri pertinenti come segue: TE equivale a 40 millisecondi, TR equivale a tre secondi, campo visivo è uguale a 256 millimetri quadrati, angolo di inversione è uguale a 90 gradi, dimensioni della matrice sono pari a 64 per 64, ritardo in TR è uguale a sette secondi. Si noti che in questo caso TR è il tempo totale durante il quale avviene l'acquisizione. Utilizzare l'opzione fittizia per acquisire cinque volumi inserendo un valore di 55 per il numero totale di volumi.

Fare clic su Copia per creare una copia della sequenza. Posizionare il cursore nella parte inferiore dell'elenco delle sequenze, quindi fare clic su Incolla due volte per impostare tre sequenze di campionamento sparse consecutive. Quindi, fare clic su Avvia per iniziare l'acquisizione del volume anatomico pesato in T1.

Infine, presenta tre manche al partecipante. Sincronizza l'inizio delle esecuzioni con l'acquisizione da parte dello scanner utilizzando la casella di attivazione dello scanner e differenzia ogni corsa utilizzando il numero di sessione. Quindi, salva i risultati di ogni corsa.

Questo studio ha identificato l'attività neurale durante il canto nelle regioni note per costituire la rete di canto, che corrispondono a quelle riportate nella letteratura precedente. I risultati di un'analisi della varianza con misure ripetute a due vie hanno indicato che per il contrasto risultante dal canto dissonante rispetto agli intervalli consonantici, sono state osservate attivazioni aumentate nella corteccia somatosensoriale primaria destra, nella corteccia uditiva primaria destra, nel mesencefalo sinistro, nell'insula posteriore destra, nell'amigdala sinistra e nel putamen sinistro. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in quattro ore per materia.

Se viene eseguito correttamente, tenendo conto del test comportamentale, della sessione di risonanza magnetica funzionale e dell'analisi dei dati. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordarsi di controllare che l'apparecchio di registrazione funzioni correttamente e di istruire chiaramente i partecipanti che devono cantare canticchiando, muovendo la testa il meno possibile per evitare artefatti. Seguendo questa procedura, che viene utilizzata per tracciare le differenze nell'attivazione cerebrale tra le condizioni binarie, è possibile eseguire una versione modificata del metodo per studiare, ad esempio, le differenze tra intervalli ampi e stretti di canto.

Dopo ogni sviluppo, la tecnica fMRI apre la strada ai ricercatori nel campo delle neuroscienze uditive per esplorare i meccanismi neurali associati all'udito e alla produzione vocale. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare la risonanza magnetica funzionale per monitorare l'attività del sistema motorio e uditivo durante il canto, al fine di studiare i correlati neurali della produzione vocale. Non dimenticare che lavorare con uno scanner a risonanza magnetica può essere estremamente pericoloso e bisogna sempre prestare molta attenzione per tenere gli oggetti metallici lontani dallo scanner.