Name: Paradigma di formazione e test basato sulla memorizzazione per un robusto riconoscimento dellidentità vocale nel parlato espressivo utilizzando lanalisi dei potenziali correlati agli eventi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-08-09T13:40:00.000+00:00
Duration: 5 min 48 s
Description: Scopri come la prosodia emotiva influenza il riconoscimento vocale attraverso un paradigma di training e test con potenziali correlati agli eventi. Questo metodo neuroscientifico rivela effetti robusti nell'identificazione del parlante.

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Questo lavoro è stato sostenuto dalla Natural Science Foundation of China (Grant No. 31971037); il programma Shuguang sostenuto dalla Shanghai Education Development Foundation e dal Shanghai Municipal Education Committee (sovvenzione n. 20SG31); la Fondazione di Scienze Naturali di Shanghai (22ZR1460200); il Supervisor Guidance Program dell'Università di Studi Internazionali di Shanghai (2022113001); e il Major Program della National Social Science Foundation of China (Grant No. 18ZDA293).

Studio EEG sul riconoscimento di parlanti familiari nel parlato espressivo

<ol><li>Larrouy-Maestri, P., Poeppel, D., Pell, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+sound+of+emotional+prosody%3A+Nearly+3+decades+of+research+and+future+directions%5BTitle%5D)+AND+%22Perspect+Psychol+Sci%22%5BJournal%5D)">The sound of emotional prosody: Nearly 3 decades of research and future directions.</a> Perspect Psychol Sci. , 17456916231217722(2024).</li>
<li>Pell, M. D., Kotz, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comment%3A+The+next+frontier%3A+Prosody+research+gets+interpersonal%5BTitle%5D)+AND+%22Emotion+Rev%22%5BJournal%5D)">Comment: The next frontier: Prosody research gets interpersonal.</a> Emotion Rev. 13 (1), 51-56 (2021).</li>
<li>Cummins, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multilingual+markers+of+depression+in+remotely+collected+speech+samples%3A+A+preliminary+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Affect+Disor%22%5BJournal%5D)">Multilingual markers of depression in remotely collected speech samples: A preliminary analysis.</a> J Affect Disor. 341, 128-136 (2023).</li>
<li>Cummins, N., Baird, A., Schuller, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Speech+analysis+for+health%3A+Current+state-of-the-art+and+the+increasing+impact+of+deep+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">Speech analysis for health: Current state-of-the-art and the increasing impact of deep learning.</a> Methods. 151, 41-54 (2018).</li>
<li>Kennedy, E., Thibeault, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voice-gender+incongruence+and+voice+health+information-seeking+behaviors+in+the+transgender+community%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Speech-language+Pathol%22%5BJournal%5D)">Voice-gender incongruence and voice health information-seeking behaviors in the transgender community.</a> Am J Speech-language Pathol. 29 (3), 1563-1573 (2020).</li>
<li>Zäske, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrophysiological+correlates+of+voice+memory+for+young+and+old+speakers+in+young+and+old+listeners%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Electrophysiological correlates of voice memory for young and old speakers in young and old listeners.</a> Neuropsychologia. 116, 215-227 (2018).</li>
<li>Lavan, N., Burton, A. M., Scott, S. K., Mcgettigan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+voices%3A+Identity+perception+from+variable+vocal+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Psychonomic+Bullet+Rev%22%5BJournal%5D)">Flexible voices: Identity perception from variable vocal signals.</a> Psychonomic Bullet Rev. 26, 90-102 (2019).</li>
<li>Perrachione, T. K., Del Tufo, S. N., Gabrieli, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+voice+recognition+depends+on+language+ability%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Human voice recognition depends on language ability.</a> Science. 333 (6042), 595-595 (2011).</li>
<li>Lavan, N., Knight, S., Mcgettigan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Listeners+form+average-based+representations+of+individual+voice+identities%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Comm%22%5BJournal%5D)">Listeners form average-based representations of individual voice identities.</a> Nat Comm. 10 (1), 2404(2019).</li>
<li>Xu, H., Armony, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+emotional+prosody%2C+content%2C+and+repetition+on+memory+recognition+of+speaker+identity%5BTitle%5D)+AND+%22Quart+J+Exp+Psychol%22%5BJournal%5D)">Influence of emotional prosody, content, and repetition on memory recognition of speaker identity.</a> Quart J Exp Psychol. 74 (7), 1185-1201 (2021).</li>
<li>Jiang, X., Pell, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+sound+of+confidence+and+doubt%5BTitle%5D)+AND+%22Speech+Comm%22%5BJournal%5D)">The sound of confidence and doubt.</a> Speech Comm. 88, 106-126 (2017).</li>
<li>Winters, S. J., Levi, S. V., Pisoni, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+and+discrimination+of+bilingual+talkers+across+languages%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoustical+Soci+Am%22%5BJournal%5D)">Identification and discrimination of bilingual talkers across languages.</a> J Acoustical Soci Am. 123 (6), 4524-4538 (2008).</li>
<li>Orena, A. J., Polka, L., Theodore, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identifying+bilingual+talkers+after+a+language+switch%3A+Language+experience+matters%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoustical+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Identifying bilingual talkers after a language switch: Language experience matters.</a> J Acoustical Soc Am. 145 (4), EL303-EL309 (2019).</li>
<li>Xie, X., Myers, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+of+musical+training+and+tone+language+experience+on+talker+identification%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoustical+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">The impact of musical training and tone language experience on talker identification.</a> J Acoustical Soc Am. 137 (1), 419-432 (2015).</li>
<li>Kadam, M. A., Orena, A. J., Theodore, R. M., Polka, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reading+ability+influences+native+and+non-native+voice+recognition%2C+even+for+unimpaired+readers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoustical+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Reading ability influences native and non-native voice recognition, even for unimpaired readers.</a> J Acoustical Soc Am. 139 (1), EL6-EL12 (2016).</li>
<li>Fleming, D., Giordano, B. L., Caldara, R., Belin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+language-familiarity+effect+for+speaker+discrimination+without+comprehension%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">A language-familiarity effect for speaker discrimination without comprehension.</a> Proc Natl Acad Sci. 111 (38), 13795-13798 (2014).</li>
<li>White, K. S., Yee, E., Blumstein, S. E., Morgan, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adults+show+less+sensitivity+to+phonetic+detail+in+unfamiliar+words%2C+too%5BTitle%5D)+AND+%22J+Memory+Lang%22%5BJournal%5D)">Adults show less sensitivity to phonetic detail in unfamiliar words, too.</a> J Memory Lang. 68 (4), 362-378 (2013).</li>
<li>Levi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methodological+considerations+for+interpreting+the+language+familiarity+effect+in+talker+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Wiley+Interdiscip+Revi%3A+Cognitive+Sci%22%5BJournal%5D)">Methodological considerations for interpreting the language familiarity effect in talker processing.</a> Wiley Interdiscip Revi: Cognitive Sci. 10 (2), e1483(2019).</li>
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<li>Lavan, N., Burton, A. M., Scott, S. K., Mcgettigan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+voices%3A+Identity+perception+from+variable+vocal+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Psychonomic+Bullet+Rev%22%5BJournal%5D)">Flexible voices: Identity perception from variable vocal signals.</a> Psychonomic Bullet Rev. 26 (1), 90-102 (2019).</li>
<li>Zäske, R., Hasan, B. aS., Belin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((It+doesn%27t+matter+what+you+say%3A+Fmri+correlates+of+voice+learning+and+recognition+independent+of+speech+content%5BTitle%5D)+AND+%22Cortex%22%5BJournal%5D)">It doesn't matter what you say: Fmri correlates of voice learning and recognition independent of speech content.</a> Cortex. 94, 100-112 (2017).</li>
<li>Zäske, R., Volberg, G., Kovács, G., Schweinberger, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrophysiological+correlates+of+voice+learning+and+recognition%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Electrophysiological correlates of voice learning and recognition.</a> J Neurosci. 34 (33), 10821-10831 (2014).</li>
<li>Lavan, N., Knight, S., Mcgettigan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Listeners+form+average-based+representations+of+individual+voice+identities%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Comm%22%5BJournal%5D)">Listeners form average-based representations of individual voice identities.</a> Nat Comm. 10 (1), 1-9 (2019).</li>
<li>Chen, W., Jiang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voice-Cloning+Artificial-Intelligence+Speakers+Can+Also+Mimic+Human-Specific+Vocal+Expression%5BTitle%5D)+AND+%22Preprints%22%5BJournal%5D)">Voice-Cloning Artificial-Intelligence Speakers Can Also Mimic Human-Specific Vocal Expression.</a> Preprints. , 10.20944/preprints202312.0807.v1 (2023).</li>
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<li>Jiang, X., Tan, Y., Zhou, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Processing+the+universal+quantifier+during+sentence+comprehension%3A+Erp+evidence%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Processing the universal quantifier during sentence comprehension: Erp evidence.</a> Neuropsychologia. 47 (8-9), 1799-1815 (2009).</li>
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Lo studio presenta una pipeline per la raccolta e l'analisi dei dati EEG, concentrandosi sul riconoscimento delle identità dei parlanti precedentemente apprese. Questo studio affronta le variazioni tra le fasi di apprendimento e riconoscimento, comprese le differenze nel contenuto del discorso22 e nella prosodia10. Il design è adattabile a una serie di campi di ricerca, tra cui la psicolinguistica, come l'elaborazione dei pronomi e dell'anaforica41. 
Il paradigma training-testing è un classico disegno sperimentale utilizzato per valutare i risultati di apprendimento dei partecipanti su argomenti specifici come l'apprendimento vocale42,43. Questo paradigma valuta il grado di apprendere determinate informazioni da parte dei partecipanti (come riflesso nell'accuratezza)10. Consente ai ricercatori di introdurre variabili in modo incrementale in condizioni sperimentali controllate, come diverse prosodie durante le fasi di addestramento e test, per comprendere la loro influenza sull'accuratezza del riconoscimento vocale, ad esempio, le voci modulate VTL/F023, le voci paurose rispetto a quelle neutre10 o quelle dubbie rispetto a quelle fiduciose in questo studio.
Tuttavia, il paradigma ha dei limiti. Le differenze tra gli ambienti di apprendimento e di test possono influenzare la validità dei risultati sperimentali, poiché le condizioni di apprendimento controllate potrebbero non riflettere le condizioni di test più variabili. Ad esempio, la sessione di formazione utilizza una singola prosodia piuttosto che una differenza proporzionale, come il 30% contro il 70%44. Per affrontare questo squilibrio, garantire un ambiente di apprendimento più diversificato potrebbe replicare meglio scenari di vita reale in cui i parlanti usano prosodie diverse mentre interagiscono con gli ascoltatori. Inoltre, questo studio riconosce che la complessità del progetto sperimentale, che coinvolge più fasi e una programmazione sofisticata (utilizzando strumenti come R Studio, MATLAB e Python), può essere difficile per i nuovi arrivati. 
L'intuizione primaria sottolinea l'importanza di un'adeguata familiarizzazione e di una fase di controllo. Il lavoro di Xu e Armony evidenzia che gli ascoltatori faticano a identificare le vecchie identità di parlanti senza una formazione sufficiente e controlli superiori ai livelli di probabilità10. Inoltre, Zaske et al. hanno scoperto che l'effetto LPC vecchio/nuovo era presente solo quando lo stesso testo veniva ripetuto, non con un testo diverso22. In questo studio, l'implementazione di una fase di controllo ha rivelato la persistenza dell'effetto vecchio/nuovo ERP, anche con diversi stimoli testuali, supportando le affermazioni degli studi fMRI21. Lo studio suggerisce che, per i paradigmi basati sulla formazione e sui test, l'inserimento di una sessione di controllo è fondamentale. Consente agli ascoltatori di formarsi un'impressione robusta dell'identità acustica dell'oratore, associando un oratore a un simbolo specifico, come un nome23. Senza un apprendimento sufficiente della rappresentazione del parlante, gli ascoltatori possono avere difficoltà ad adattarsi alle variazioni all'interno del parlante10. 
Questo studio ha anche osservato il ruolo della prosodia come segnale vincolante per il riconoscimento del parlante45. Contrariamente alle opinioni precedenti secondo cui la prosodia può ostacolare il riconoscimento del vecchio parlante, questo studio ha trovato l'effetto vecchio/nuovo presente in condizioni di prosodia fiduciosa e dubbia. Questo robusto effetto suggerisce un ruolo di modulazione della prosodia nel riconoscimento del parlante. Ulteriori analisi hanno rivelato differenze nell'attivazione della regione anteriore tra le condizioni di prosodia. La prosodia fiduciosa ha suscitato livelli più bassi dell'effetto vecchio/nuovo nelle regioni anteriori rispetto alla prosodia dubbia. Questa scoperta suggerisce che il parlato sicuro può rendere più difficile l'identificazione del parlante a causa della lunghezza estesa del tratto vocale e della frequenza fondamentale ridotta, portando potenzialmente a una maggiore attenzione da parte degli ascoltatori11,29.
Il disegno di questo studio può informare le future indagini sui disturbi del riconoscimento nelle popolazioni di pazienti, come quelli con prosopagnosia o fonagnosia 46,47. Inoltre, le modifiche per accogliere i partecipanti con tempi di attenzione più brevi, come gli individui con disturbi dello spettro autistico48, potrebbero migliorare l'accessibilità allo studio.
Inoltre, il paradigma si estende oltre il riconoscimento del parlante per indagare l'elaborazione dei pronomi e la comprensione anaforica all'interno della ricerca psicolinguistica. Coopmans e Nieuwland41 dimostrano come i modelli di sincronizzazione oscillatoria neurale distinguano tra attivazione antecedente e integrazione nella comprensione dell'anafora, il che si allinea con l'esplorazione di questo studio dei segnali correlati all'identità. Gli indizi includono stili comunicativi (ad esempio, affermazioni letterali o ironiche), ordini di parole (struttura della frase Soggetto-Oggetto-Verbo (SOV) o Oggetto-Soggetto-Verbo (OSV) 44,45,49,50) e tipi di espressione vocale (prosodia fiduciosa vs. dubbia) in questo articolo.

I flussi vocali umani sono ricchi di informazioni, come l'emozione 1,2, lo stato di salute 3,4, il sesso biologico5, l'età6 e, soprattutto, l'identità vocale individuale 7,8. Gli studi hanno suggerito che gli ascoltatori umani hanno una solida capacità di riconoscere e differenziare l'identità dei loro pari attraverso le voci, superando le variazioni all'interno del parlante intorno alla rappresentazione media dell'identità del parlante nello spazio acustico9. Tali variazioni sono determinate da una manipolazione acustica (frequenza fondamentale e lunghezza del tratto vocale, cioè F0 e VTL) che non corrisponde a chiare intenzioni pragmatiche9, prosodie emotive10 e sicurezza vocale che trasmette la sensazione di sapere dei parlanti11. Gli esperimenti comportamentali si sono concentrati su molti fattori che influenzano le prestazioni degli ascoltatori nel riconoscere i parlanti, tra cui le manipolazioni legate al linguaggio 8,12,13, le caratteristiche relative ai partecipanti come l'esperienza musicale o la capacità di lettura14,15 e gli adattamenti correlati agli stimoli come il discorso all'indietro o le non-parole16,17; Altri possono essere trovati nelle recensioni della letteratura18,19. Alcuni esperimenti recenti hanno indagato come la variazione individuale della rappresentazione dell'identità del parlante possa minare l'accuratezza del riconoscimento, considerando aspetti tra cui l'alta e bassa espressività emotiva16 e le prosodie neutre rispetto a quelle paurose5; Si aprono altri possibili scenari per ulteriori indagini, come suggerito da un riesame20.
Per la prima lacuna di ricerca, lo studio propone che le basi neurologiche dell'identificazione del parlante debbano ancora esplorare completamente come la variazione all'interno del parlante sfida le attività cerebrali degli ascoltatori. Ad esempio, in un compito di riconoscimento del parlante basato sulla risonanza magnetica funzionale di Zäske et al., il giro temporale posteriore superiore destro (pSTG), il giro frontale inferiore / medio destro (IFG / MFG), il giro frontale mediale destro e il caudato sinistro hanno mostrato un'attivazione ridotta quando correttamente identificati come vecchi rispetto ai nuovi parlanti, indipendentemente dal fatto che il contenuto linguistico fosse lo stesso o diverso21. Tuttavia, un precedente studio di elettroencefalografia (EEG) di Zäske et al. non ha osservato questo effetto vecchio/nuovo quando la variazione dell'identità del parlante è stata introdotta attraverso testi diversi22. In particolare, una componente positiva tardiva (LPC) più grande che va da 300 a 700 ms, rilevata all'elettrodo Pz quando gli ascoltatori incontravano il loro familiare parlatore addestrato che esprimeva lo stesso testo (cioè ascoltando un replay con contenuto linguistico non variato), era assente quando i parlanti consegnavano nuovi testi. 
A sostegno dell'affermazione di Zäske et al.21, questo studio sospetta che un effetto vecchio/nuovo possa ancora essere osservato nonostante le differenze nel contenuto linguistico tra le sessioni di formazione e di test nelle analisi del potenziale correlato agli eventi (ERP). Questa logica deriva dall'idea che l'assenza dell'effetto vecchio/nuovo in Zäske et al.22, in condizioni in cui sono stati utilizzati testi diversi, può essere attribuita alla mancanza di una sessione di controllo aggiuntiva durante il compito di formazione per garantire un apprendimento completo ed efficace dell'identità, come suggerito da Lavan et al.23. Di conseguenza, il primo obiettivo dello studio è quello di esaminare e convalidare questa ipotesi. Questo studio mira a testare questo aspetto aggiungendo una sessione di controllo al paradigma formazione-test22. 
Un'altra questione chiave che questo studio mira ad affrontare è la robustezza dell'identificazione del parlante in presenza di prosodia vocale. Precedenti studi comportamentali hanno suggerito che gli ascoltatori faticano particolarmente a riconoscere i parlanti attraverso diverse prosodie, il che indica un ruolo modulatorio del contesto prosodico - gli ascoltatori hanno ottenuto risultati inferiori nelle diverse condizioni di prosodia di training-test. Questo studio mira a testare questo esponendo gli ascoltatori a riconoscere i parlatori familiari in prosodie sicure o dubbie24. Questo studio prevede che le differenze ERP osservate aiuteranno a spiegare come la prosodia del linguaggio influenzi il riconoscimento dell'identità. 
L'obiettivo principale del presente studio è quello di indagare la robustezza dell'effetto vecchio/nuovo nel riconoscimento del parlante, esaminando in particolare se ci sono differenze nel riconoscere i parlanti in prosodie sicure rispetto a quelle dubbie. Xu e Armony10 hanno condotto uno studio comportamentale utilizzando un paradigma di training-test, e i loro risultati suggeriscono che gli ascoltatori non possono superare le differenze prosodiche (ad esempio, addestrati a riconoscere un parlante in prosodia neutra e testati sulla prosodia paurosa) e possono raggiungere solo una precisione inferiore al livello di probabilità10. L'analisi acustica indica che i diffusori che esprimono vari stati emotivi sono associati alla modulazione VTL/F0; ad esempio, la prosodia fiduciosa è caratterizzata da VTL allungato e F0 inferiore, mentre è vero il contrario per la prosodia dubbia11,24. Un'altra prova viene dallo studio di Lavan et al.23, che ha confermato che gli ascoltatori possono adattarsi ai cambiamenti VTL e F0 del parlante e formare rappresentazioni basate sulla media dei parlanti. Questo studio riconcilia il fatto che, dal punto di vista dei dati comportamentali, è probabile che gli ascoltatori riconoscano ancora l'identità del parlante attraverso le prosodie (ad esempio, addestrati a riconoscerne uno in prosodia sicura ma testato in prosodia dubbia; riportato in un manoscritto separato in preparazione). Tuttavia, i correlati neurali dell'identificazione del parlante, in particolare la generalizzabilità dell'effetto vecchio/nuovo osservato da Zäske et al.22, rimangono poco chiari. Pertanto, il presente studio è impegnato a convalidare la robustezza dell'effetto vecchio/nuovo in prosodie sicure rispetto a dubbie come contesti per la sperimentazione.
Lo studio introduce un allontanamento dai precedenti paradigmi di ricerca negli studi sugli effetti vecchi/nuovi. Mentre la ricerca passata si è concentrata su come il riconoscimento di un parlante vecchio/nuovo influenza la percezione, questo studio lo estende incorporando due livelli di fiducia (fiducioso o dubbioso) nel paradigma (quindi, uno studio 2+2). Questo ci permette di studiare il riconoscimento del parlante all'interno di contesti di prosodie vocali sicure e dubbie. Il paradigma consente l'esplorazione della robustezza di effetti vecchi/nuovi. Le analisi degli effetti della memoria e delle regioni di interesse (ROI) all'interno di contesti di linguaggio fiducioso e dubbio servono come prova per questa indagine. 
Nel complesso, lo studio mira ad aggiornare la comprensione dei correlati EEG del riconoscimento vocale, con l'ipotesi che l'LPC allargato dell'effetto vecchio/nuovo dell'EEG sia osservabile anche quando 1) il contenuto linguistico non è lo stesso e 2) con la presenza di prosodia fiduciosa rispetto a dubbia. Questo studio ha indagato le ipotesi attraverso un paradigma in tre fasi. In primo luogo, durante la fase di formazione, i partecipanti hanno stabilito associazioni tra tre voci e i loro nomi corrispondenti. Successivamente, nella fase di controllo, è stato loro affidato il compito di individuare il nome corrispondente a una voce da una selezione di tre candidati. Questo controllo, seguendo Lavan et al.23, mira a superare l'insufficiente familiarizzazione del vecchio parlante, che ha portato all'effetto vecchio/nuovo non osservato quando il testo nelle fasi di formazione e test differiva6, e i parlanti non potevano riconoscere i parlanti attraverso prosodie neutre e paurose10. Infine, nella fase di test, i partecipanti hanno distinto tra tre voci vecchie e tre nuove voci in un compito alternativo a scelta forzata, con la prosodia del parlato presentata come sicura o dubbia. I dati EEG sono stati raccolti utilizzando un sistema EEG a 64 canali e sono stati sottoposti a pre-elaborazione prima dell'analisi. L'analisi statistica e l'analisi del potenziale correlato agli eventi (ERP) sono state condotte in RStudio, mentre MATLAB è stato utilizzato per l'analisi della topografia cerebrale.
Per quanto riguarda i dettagli del design, questo studio propone un esperimento di apprendimento dell'identità del parlante che controlla l'altezza del parlante, che è correlata al VTL e influenza le impressioni di chi sta parlando23. Questo aspetto influenza anche le impressioni sociali, come la dominanza percepita25, e tale formazione di impressioni di livello superiore potrebbe interagire con la decodifica dell'identità del parlante26.

<table><tbody><tr><td>64Ch Standard BrainCap for BrainAmp</td><td>Easycap GmbH</td><td>Steingrabenstrasse 14 DE-82211</td><td>https://shop.easycap.de/products/64ch-standard-braincap</td></tr><tr><td>Abrasive Electrolyte-Gel</td><td>Easycap GmbH</td><td>Abralyt 2000</td><td>https://shop.easycap.de/products/abralyt-2000</td></tr><tr><td>actiCHamp Plus</td><td>Brain Products GmbH</td><td>64 channels + 8 AUX</td><td>https://www.brainproducts.com/solutions/actichamp/</td></tr><tr><td>Audio Interface</td><td>Native Instruments GmbH</td><td>Komplete audio 6</td><td>https://www.native-instruments.com/en/products/komplete/audio-interfaces/komplete-audio-6/</td></tr><tr><td>Foam Eartips</td><td>Neuronix</td><td>ER3-14&nbsp;</td><td>https://neuronix.ca/products/er3-14-foam-eartips</td></tr><tr><td>Gel-based passive electrode system</td><td>Brain Products GmbH</td><td>BC 01453</td><td>https://www.brainproducts.com/solutions/braincap/</td></tr><tr><td>High-Viscosity Electrolyte Gel&nbsp;</td><td>Easycap GmbH</td><td>SuperVisc</td><td>https://shop.easycap.de/products/supervisc</td></tr></tbody></table>

paradigma di formazione e test basato sulla memorizzazione per un robusto riconoscimento dell'identità vocale nel parlato espressivo utilizzando l'analisi dei potenziali correlati agli eventi

Memorization-Based Training and Testing Paradigm for Robust Vocal Identity Recognition in Expressive Speech Using Event-Related Potentials Analysis

Riconoscere i parlanti familiari dai flussi vocali è un aspetto fondamentale della comunicazione verbale umana. Tuttavia, non è chiaro come gli ascoltatori possano ancora discernere l'identità di chi parla nel discorso espressivo. Questo studio sviluppa un approccio di riconoscimento dell'identità del parlante individuale basato sulla memorizzazione e una pipeline di analisi dei dati dell'elettroencefalogramma (EEG) di accompagnamento, che monitora il modo in cui gli ascoltatori riconoscono i parlanti familiari e distinguono quelli non familiari. I dati EEG catturano i processi cognitivi online durante la distinzione tra i nuovi e i vecchi parlanti in base alla voce, offrendo una misura in tempo reale dell'attività cerebrale, superando i limiti dei tempi di reazione e le misurazioni dell'accuratezza. Il paradigma comprende tre fasi: gli ascoltatori stabiliscono associazioni tra tre voci e i loro nomi (formazione); gli ascoltatori indicano il nome corrispondente ad una voce di tre candidati (checking); Gli ascoltatori distinguono tra tre voci vecchie e tre nuove voci in un compito alternativo a scelta forzata (test). La prosodia del linguaggio nei test era sicura o dubbia. I dati EEG sono stati raccolti utilizzando un sistema EEG a 64 canali, seguiti da pre-elaborazione e importati in RStudio per ERP e analisi statistiche e MATLAB per la topografia cerebrale. I risultati hanno mostrato che una componente positiva tardiva (LPC) ingrandita è stata suscitata nel vecchio parlante rispetto alla condizione di nuovo oratore nella finestra 400-850 ms nel Pz e in altri elettrodi più ampi in entrambe le prosodie. Tuttavia, l'effetto vecchio/nuovo era robusto negli elettrodi centrali e posteriori per la percezione dubbia della prosodia, mentre gli elettrodi anteriori, centrali e posteriori sono per la condizione di prosodia sicura. Questo studio propone che questo disegno dell'esperimento possa servire come riferimento per studiare gli effetti di legame del segnale specifico del parlante in vari scenari (ad esempio, l'espressione anaforica) e patologie in pazienti come la fonagnosia.

Il classico effetto vecchio/nuovo è caratterizzato da un aumento significativo dell'attività cerebrale degli ascoltatori sull'elettrodo Pz (tra 300 e 700 ms) quando il contenuto del parlato della sessione di test corrisponde a quello della sessione di allenamento, in particolare nella condizione del vecchio parlante rispetto alla nuova condizione del parlante22. Il protocollo svela una versione aggiornata di questo effetto: in primo luogo, osservando tendenze positive più ampie nell'elettrodo Pz e in tutta la regione del cervello per la vecchia condizione rispetto alla nuova condizione del parlatore tra 400 e 850 ms. In secondo luogo, il contenuto del parlato nella sessione di test sarà diverso da quello della sessione di formazione. In terzo luogo, ci si aspetta che le condizioni di prosodia del discorso sia fiduciose che dubbie mostrino queste tendenze. Infine, l'effetto vecchio/nuovo è più pronunciato in condizioni dubbie durante la sessione di test (Figura 2).
L'analisi LMER con la formula
lmer(Tensione ~ Memoria * ROI + (1|Oggetto) + (1|Canale))
suggerisce che sia i tipi di memoria (vecchia contro nuova) che il ROI hanno effetti principali, così come un'interazione tra memoria e ROI (Tabella 1). Ulteriori analisi post-hoc hanno rivelato che, in tutte le regioni del cervello, la vecchia condizione mostra una tensione positiva maggiore rispetto alla condizione dubbia, anche nelle regioni anteriore, centrale e posteriore (Tabella 2). Il confronto dei valori beta suggerisce che l'effetto vecchio/nuovo era più pronunciato agli elettrodi centrali e posteriori rispetto agli elettrodi anteriori: per il set di dati combinato - β anteriore = 0,40, β centrale = 0,63 e β posteriore = 0,60; per il set di dati sicuro - β anteriore = 0,61, β centrale = 0,63 e β posteriore = 0,76 e per il set di dati dubbio - β anteriore = 0,44, β centrale = 0,87 e β posteriore = 0,69. Il coinvolgimento degli elettrodi centrali e posteriori era più evidente nella condizione di prosodia dubbia.
Con la formula
lmer(Tensione ~ Memoria + (1|Oggetto))
abbiamo confermato l'esistenza di effetti vecchi/nuovi nell'elettrodo di Pz. All'elettrodo Pz è stato osservato un effetto principale della memoria (vecchio contro nuovo) (F(1, 69341,99) = 120,46, p < 0,001, η²p = 0,002, β = 0,425, SE = 0,039, z-ratio = 10,98, p < 0,001). Nella condizione di solo confidente, un effetto principale della memoria (vecchio contro nuovo) è stato osservato all'elettrodo Pz (F(1, 34318.32) = 5.04, p = .025, η²p = .0001, β = .125, SE = .056, z-ratio = 2.25, p = .025). Nella condizione di solo dubbio, un effetto principale della memoria (vecchio contro nuovo) è stato osservato all'elettrodo Pz (F(1, 34993,20) = 317,02, p < 0,001, η²p = 0,009, β = 0,914, SE = 0,051, z-ratio = 17,81, p < 0,001).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66913/66913fig01.jpg"> Figura 1: Flusso di lavoro della raccolta dati per ogni blocco. Nell'(A) Formazione, gli ascoltatori sentono una voce e associano ad essa il nome successivamente presentato. Tre vecchi chiacchieroni devono essere ricordati. La lingua che appariva nel programma era originariamente il cinese. La A e la C rappresentano nomi come Xiao (Junior) ZHANG. Nel (B) Controllo, gli ascoltatori identificano il nome dell'oratore dopo aver sentito una voce premendo 1, 2 o 3 sul tastierino numerico per associare l'identità della voce a nomi come Xiao ZHAO. Nel (C) Testing, gli ascoltatori sentono una voce e la classificano come pronunciata dal vecchio o dal nuovo parlante. Come illustrato in (D) Prosody Design, gli ascoltatori apprendono che tre oratori esprimono solo con sicurezza o dubbio, ma ascoltando sei oratori parlare sia con sicurezza che con dubbio. L'aspetto della versione A o B si esclude a vicenda. Se la versione A viene visualizzata con un altoparlante maschio o femmina, la versione B verrà visualizzata con l'altoparlante femmina o maschile corrispondente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66913/66913fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66913/66913fig02.jpg"> Figura 2: L'effetto vecchio/nuovo. (A, B, C) Le figure mostrano l'ERP indicato in grigio degli elettrodi Pz da 400 a 850 ms rispettivamente per le condizioni di combinazione prosodia, solo confidente e solo dubbio. (D, E, F) Le figure illustrano la topografia della vecchia condizione meno nuova in tutti gli elettrodi (raffigurati come punti neri) per le condizioni combinate con prosodia, solo confidenza e solo dubbi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66913/66913fig02large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Contesto</td>
			<td>Regione cerebrale</td>
			<td>Valore F</td>
			<td>Pr(>F)</td>
			<td>Eta2_partial</td>
		</tr><tr><td rowspan="3">Combinato</td>
			<td>Memoria</td>
			<td>9938.98</td>
			<td>.00</td>
			<td>.00</td>
		</tr><tr><td>ROI</td>
			<td>4.13</td>
			<td>.02</td>
			<td>.13</td>
		</tr><tr><td>Memoria:ROI</td>
			<td>182.37</td>
			<td>.00</td>
			<td>.00</td>
		</tr><tr><td rowspan="3">Sicuro</td>
			<td>Memoria</td>
			<td>7291.22</td>
			<td>.00</td>
			<td>.00</td>
		</tr><tr><td>ROI</td>
			<td>3.60</td>
			<td>.03</td>
			<td>.12</td>
		</tr><tr><td>Memoria:ROI</td>
			<td>41.94</td>
			<td>.00</td>
			<td>.00</td>
		</tr><tr><td rowspan="3">Dubbioso</td>
			<td>Memoria</td>
			<td>8333.38</td>
			<td>.00</td>
			<td>.00</td>
		</tr><tr><td>ROI</td>
			<td>4.65</td>
			<td>.01</td>
			<td>.15</td>
		</tr><tr><td>Memoria:ROI</td>
			<td>290.15</td>
			<td>.00</td>
			<td>.00</td>
		</tr></tbody></table>Tabella 1: Risultati dell'analisi LMER per effetto vecchio/nuovo in tutte le regioni del cervello: set di dati combinati, fiduciosi e dubbi. Utilizzando l'analisi post-hoc, * significativo a p < 0,05, ** significativo a p < 0,01, *** significativo a p < 0,001.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Contesto</td>
			<td>Regione cerebrale</td>
			<td>Contrasto</td>
			<td>Valutare</td>
			<td>SE</td>
			<td>z</td>
			<td>p</td>
		</tr><tr><td rowspan="3">Combinato</td>
			<td>Anteriore</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.40</td>
			<td>.01</td>
			<td>43.70</td>
			<td>.00***</td>
		</tr><tr><td>Centrale</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.63</td>
			<td>.01</td>
			<td>61.74</td>
			<td>.00***</td>
		</tr><tr><td>Posteriore</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.60</td>
			<td>.01</td>
			<td>67.51</td>
			<td>.00***</td>
		</tr><tr><td rowspan="3">Sicuro</td>
			<td>Anteriore</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.61</td>
			<td>.01</td>
			<td>46.63</td>
			<td>.00***</td>
		</tr><tr><td>Centrale</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.63</td>
			<td>.01</td>
			<td>43.22</td>
			<td>.00***</td>
		</tr><tr><td>Posteriore</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.76</td>
			<td>.01</td>
			<td>59.95</td>
			<td>.00***</td>
		</tr><tr><td rowspan="3">Dubbioso</td>
			<td>Anteriore</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.44</td>
			<td>.01</td>
			<td>35.95</td>
			<td>.00***</td>
		</tr><tr><td>Centrale</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.87</td>
			<td>.01</td>
			<td>64.05</td>
			<td>.00***</td>
		</tr><tr><td>Posteriore</td>
			<td>vecchio-nuovo</td>
			<td>.69</td>
			<td>.01</td>
			<td>57.75</td>
			<td>.00***</td>
		</tr></tbody></table>Tabella 2: Risultati di test post-hoc per effetti vecchi/nuovi in tutte le regioni del cervello: set di dati combinati, fiduciosi e dubbi. Utilizzando l'analisi post-hoc, significativa a p < 0,001 (***).

Lo studio introduce un paradigma di training-testing per indagare gli effetti vecchi/nuovi dei potenziali correlati agli eventi in scenari prosodici sicuri e dubbi. I dati rivelano un aumento della componente positiva tardiva tra 400-850 ms a Pz e ad altri elettrodi. Questa pipeline può esplorare fattori che vanno oltre la prosodia del parlato e la loro influenza sull'identificazione del bersaglio di vincolo al segnale.

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