Name: 鳴禽類には聴覚フィードバックを操作するための軽量、ヘッドフォンベースのシステム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 13 s
Description: 学ぶ軽量ヘッドフォンシステムを用いた鳴禽類の聴覚フィードバック操作法。カーボンファイバー製フレームとオンライン音響処理により、歌唱中のリアルタイムフィードバック改変が可能となり、発声運動学習の神経メカニズム解明に貢献する。

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この作品は、NINDS 5P30NS069250によってサポートされていました。我々は、技術的な支援をDiala Chehayeb、ジェフリー·シンプソン、テイラー·ローゼンバウム、クリストファー·フーバーに感謝します。

ヘッドフォン·システムを実装する4つの主なステップで構成されています。詳細は下記のセクション1（スピーカーと小型マイク）電子機器を収容するヘッドフォンフレームの組み立て。第2節では、フレームは鳥に接続されている方法を説明します。第3節では、電子機器の組み立てを説明します。第4節では、電子機器が音声処理およびデータ収集ハードウェアおよび詳細は、システムが正常に機能していることをテストするための手順に接続されている方法を説明します。 1。ヘッドフォンフレームを製作<ol><li>クロスバーとイヤフォン用の炭素繊維成分をカットします。次の作品を準備するドレメルツールにカッティングホイールを使用して下さい： 1クロスバー（1×3 mm、カーボンファイバーストリップの3センチ） 2垂直支柱（1×3 mm、カーボンファイバーストリップて1.5cm） 2イヤフォン（4 mm内径/外径6ミリメートル炭素繊維シリンダーの4ミリメートル） </li><li>クロスバーを組み立てます。クロスバーの中央に4.5ミリメートル離れた二つの小さな穴を開けます（ <sチョン·&gt;図1a、トップ）は1.4ミリメートル径のビットを使用しています。穴は0から80までネジを収容するのに十分なだけの大きさが必要です。穴も、2つの0から80本のネジを差し込み、六角ナットを取り付けます。注射針の2 6ミリメートルストリップを（ ​​任意の小径針が動作します）カ ​​ットとペンチ（ 図1aの赤で示さ針ストリップ）で平らにする。六角ナットが上に横になるようにクロスバーの上を回します。接着からエポキシを防ぐための六角ナットにネジの先端は、各ネジの先端に（ 図1aに緑色で示されている）の鉱物油滴を置く。六角ナットの上部にある2本針セグメントを配置します。お互いにエポキシ六角ナットと針セグメント、カバー両方（ 図1a、下）。エポキシが完全に（24時間）硬化した後、両方のネジを外します。 2本のネジ、炭素繊維の長さ3cm、2六角ナットとエポキシで接着し2針のセグメントから成る単一のピース：クロスバーユニットは4つの成分に分離する必要があります。クロスバーユニットを組み立て直す。&lt;/ LI&gt; <li>泡のリングを製作してください。泡の耳栓から泡シリンダーをカットする（6.35 mm）のパンチで1/4を使用します。 6.35ミリメートル（直径）シリンダによって2ミリメートル（長さ）を得泡シリンダーの長軸に対して垂直にカットするはさみを使用しています。その後泡リング（ 図1bにオレンジ色で表示）を形成する、2ミリメートル泡シリンダーの中心をカットして、1/8（3.175ミリメートル）穴パンチを使用しています。 </li><li>イヤフォンを組み立てます。 図1bに示すように、炭素繊維筒の長さ4ミリメートル、底に接着垂直支柱（炭素繊維ストリップの1.5 cmの長さ）にエポキシ樹脂を使用しています。エポキシが硬化した場合には、接着剤にエポキシ少量のシリンダの端に泡のリング（ 図1b、底）を使用します。フォームリングは鳥の頭に対して安置される。 </li></ol> 2。鳥にヘッドフォンにフレームを取り付け<ol><li> stereotaxを準備します。手術に先立ち、（ 図1cを内側に面したフォームパッド付きイヤフォンを通してstereotaxのearbarsを挿入</strオング&gt;上）。 </li><li>クロスバーを取り付けます。イソフルランおよび/またはケタミンプラスミダゾラムを使用して鳥を麻酔。麻酔鳥は閉じた目を持っているとつま先のピンチに反応しなければなりません。 stereotaxに鳥を置き、頭皮に5〜mmの切開を行う。切開は正中線に沿ったものと頭蓋骨の後ろにある首の筋肉の付着点の前方から2mm前方に拡張する必要があります。骨表面を乾燥させるために70％エタノールを用いて露光頭蓋骨をこする。頭蓋骨の上部（ 図1c、d）に六角ナットの残りの部分をエポキシで覆われたようなクロスバーを配置するワニ口クリップホルダーを使用します。接着剤ONLYが六角ナットではなく、クロスバー自体に触れていることに注意して、頭蓋骨にわずかにクロスバーを持ち上げ、のり六角ナット（エポキシ又は歯科用アクリル付き）。これは永久に頭（ 図1d）に付随している唯一の六角ナットを残して、ヘッドホンを（本のネジを外して）を削除することができます。 </li><li>イヤフォンを接続します。スライドイヤフォンALONグラムの耳の棒鳥の頭に対してフォームパッドの残りの部分（ 図1c、上部）まで。鳥の頭（ 図1c、下）にしっかりフォームパッドを押して耳バーにワニ口クリップを使用し、これは良い音響シールを得るために重要です。垂直ポストがポストの前でストリップコネクタソケット（ 図2）のためのスペースを残して、クロスバーの背面に触れているので、イヤホンを回転させます。エポキシ樹脂やアクリルを使用してクロスバーに接着ポスト。 </li><li>リカバリ。エポキシ/アクリルのための24時間を完全に治すためにと鳥が回復することができます。リカバリ後は、フレームはフォームパッドが外耳道の周りにタイトなシールを形成するかどうかを調べる。シールが緩んでいる場合は、フォームパッドは、音響シールを改善するために、より大きいものを取り外して交換することができます。優しく0.05で（1.27 mm）の六角レンチを使ってネジを外し、鳥から組み立てヘッドホンのフレームを削除します。 </li></ol> 3。エレクトロニクスを組み立てる<ol><li>スピーカーアダプターを製作してください。スピーカー·アダプターを作る長さ;炭素繊維シリンダーのスクラップピース（イヤフォンと同じ4 mm内径/ 6ミリメートルOD cyinderストックを使用中にピ​​ペットチップ（5ミリメートルから1ミリメートルにtapers直径が5.2センチメートル長い先端）を挿入することによってシリンダースクラップ）は重要ではありませんし、シリンダの端過去ピペットチップ1ミリメートル（ 図2a）をカット。シリンダから取り外して、アダプターの全長が3mmになるようにカットします。 </li><li>スピーカーを接続します。絶縁された36 GAの半田5cmの長さ。両方のスピーカーのプラス端子とマイナス端子に電線（緑と黒の線は、それぞれ、 図2d、eで）。どちらの端子がスピーカーの金属製の筐体と電気的に接触していることを確認するために抵抗計を使用しています。 </li><li>スピーカー/マイクコンポーネントを組み立てます。エポキシつのスピーカーとエポキシテープの上（ 図2b）のヘッドフォンマイクの片側にテープのストリップ（任意の電気絶縁性のテープが動作します）。マイクからの負のtに半田アース線スピーカー（接続図2Eに黒で示されている）上のerminal。 </li><li>エポキシ各アダプタ（ 図2c、右）の広い端にスピーカーとスピーカー/マイクロフォン成分の両方。スピーカーおよびマイクポートの両方が（ちょうど）ピペットの内側にフィットします。エポキシは、いずれかのポートをカバーしていないことを確認してください。 </li><li>優しくイヤフォン（ 図2d、右）にアダプタを挿入します。エポキシの小滴とのインナーイヤー型にのり各アダプタを。 </li><li>コネクターストリップを製造する。 4つの端子で構成されるコネクタストリップソケットのセグメントをカットし、ソケットの1つの角に基準マーク（ 図2dに白ドット）を置きます。垂直の柱の1近くコネクタストリップを置きます。 図2Eに示す構成ではピンへのはんだ付けスピーカーとマイクの配線を。コネクターストリップ上の短絡をチェックし、必要に応じて修復するために抵抗計を使用しています。エポキシヘッドフォンfへのコネクタストリップRAME。電線を保護するために露出した導線の周りに電気的又はスコッチテープのストリップをラップし、テープ上にエポキシ樹脂の薄い層を追加するには、ほつれを防ぐために終了します。ヘッドフォン（フレーム、エレクトロニクスなど）の仕上がり重量は1.3〜1.5グラムである必要があります。 </li><li>絶縁36 GAのはんだ4 15cmの長さによってフレキシブルリードをビルドします。 4つの端子（ 図3a）から成るコネクタストリップヘッダーのセグメントへのワイヤ。リードが正しい向きでソケットに差し込まれていることを確実にするために、ヘッダーの1角に基準マーク（ 図3の白い点）を置きます。整流子（ 図3b）に差し込むアダプターへのはんだ付けワイヤーで編組電線と仕上げリード。 </li></ol> 4。電源および信号処理機器にヘッドフォンを接続して電子<ol><li>収集、フィルター、ピッチシフト、そして音響入力を増幅する。直接無指向性コンデンサーマイク（ &quot;マイク·ケイジ、&quot; 図4）がハングアップ鳥のケージをBOVE。 Preamplifyとローパスこの信号（フィンチ曲の10kHzでカットオフ）とハーモナイザー（または他のリアルタイム音声処理ハードウェア）への入力、それをフィルタリングします。シフトされた音響信号を生成するためにハーモナイザーでピッチシフターモジュールを使用します。スピーカーヘッドフォンで、正のチャネル（ 図2Eに緑色）にそれ（整流子とフレキシブルリードを介して）この信号および経路を増幅する。 </li><li>携帯電話のマイクに電源を供給します。鳥のサウンドボックスの壁に9V電池を取り付けます。信号処理装置に共通のグランドにバッテリーのマイナス端子を接続し、整流子とフレキシブルリードを介してV +チャネル（ 図2Eに赤）にバッテリーのプラス端子に接続します。スピーカーとヘッドフォンマイクグラウンド（ 図2Eに黒）に、この共通のグランドを接続します。 </li><li>フィードバックゲインのキャリブレーションを行います。 0から80本のネジを使用して、鳥の頭の六角ナットに完成したヘッドフォンを接続します。鳥は、r、歌って開始されたとき図4に示すように、データのECORD 3チャンネル（ケージマイク/シフトされていない信号は、信号、および携帯電話のマイクを動かします）。携帯電話のマイクから録音した音を調べる。このチャンネルは、ヘッドフォンフレームに直接 &quot;リーク&quot;仮想フィードバック（ヘッドフォンスピーカーから再生）の重ね合わせと鳥の実際の曲を記録します。仮想聴覚フィードバックがダイレクト/漏洩する信号より15〜20デシベル大きくなるようにスピーカアンプの振幅設定（ 図4）を調整します 。このしきい値を超えて振幅を大きくすると、ヘッドフォンを介して仮想信号の出血につながることができ、フィードバック歪みをもたらして、ケージのマイクに拾われていることに注意してください。良く校正システム（ヘッドフォンマイクで記録された信号をピッチシフトされた信号ではなく、直接/漏洩する信号によって支配されている）の例を図5に示します。ここでは、ヘッドフォンマイク（ 図5aを介して記録された信号<html> 図5bの例では、パワースペクトルに示されるように、右）、ピッチシフトされた信号（むしろ鳥の自然な発声より）によって支配されています。 </li><li>システムのパフォーマンスを監視します。スピーカーとマイクの両方が正常に機能していることを保証するために毎日二度、ヘッドフォンをチェックしてください。ヘッドフォンマイクはスピーカーのみのいずれかを監視することに注意してください。あなたの耳の横に非モニタースピーカーを保持している間に他のスピーカーをテストするには、ケージのマイクをタップ - 非モニタースピーカーが動作している場合は、クリック音が聞こえます。別の推奨チェックは電話マイクから電源と信号出力を切断します（ 図2Eに黒と緑）スピーカー間の抵抗を測定する抵抗計を使用することです。スピーカーは並列に接続されているので、両方のスピーカーを接続しているとき、これは単一のスピーカー間の抵抗の半分になります。 </li></ol> 5。材料のコストについての注記NT &quot;&gt; 2つの注目すべき例外がありますが、材料の表にリストされているすべての項目（百未満の少数のUSドル）比較的安価である。最も高価な部品が整流子と表に記載されているハーモナイザー、それぞれコスト2000ドルアール以上我々は両方の項目のその安価バージョンが記載されているものとは異なるメーカーから入手できるかもしれません（私たちは、それらをテストしていませんが）と、研究者は、低コストで、このプロトコルを実装することを可能にするかもしれません注意してください。

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</ol>

特別な利害関係は宣言されません。

ここで紹介するプロトコルは、実験者が鳴き鳥には聴覚フィードバックを操作することができます。軽量構造は、そのような操作が長期間にわたって持続されることを可能にし、か月以上のヘッドフォンを装着したままの鳥は多産に歌います。いくつかの鳴禽類は、ヘッドフォンを着用していれば10週のために歌いますが、いくつかのケースでは歌の量は、使用の〜5週間後に低下し始めます。このような理由から、我々は一般的に4週間に実験を制限します。我々の経験では、ヘッドホンを装着し、すべての小鳥は一日あたり100 +歌の試合を（時にはそれ以上）歌うことが期待できる。適切に採用された場合そのため、ヘッドホンシステムは、ほぼ100％の成功率（成功は歌う鳥からのデータの取得で定義されている場合）をご利用いただけます。さらに、1の学習実験を完了した後にヘッドホンを取り外すことができ、その後、更なるデータ収集のために再接続する。動物は良い一般的な健康reattaであることを提供<html> chmentはいつでも場所を取ることができます。 成功の一つの重要な決定要因は、重量を最小限に抑え、ヘッドフォンの快適さを最適化することです。建設時には、注意がエポキシまたは装置全体の重量を増加させ、潜在的に歌うために鳥の意欲を減少させる過剰な接着剤として使用される歯科用アクリルの量を最小限に抑えるよう注意が必要です。また、ヘッドホンを装着後数日間は、装置が簡単に外耳道の周りの皮膚はイヤフォンがきつすぎる場合に発生する可能性がイヤフォン、でイライラになっていないことを確認するために削除する必要があります。外耳道は、ヘッドフォン·アタッチメント（オープン、赤みや腫れの兆候を持つ）の時点で、彼らがやったように表示されます。炎症が生じた場合、圧力はフォームパッドの厚さを薄くすることによって軽減することができる。これはまた、刺激の原因になりますので、乾燥したエポキシで固め、その泡が鳥の肌に接触しないように注意してください。 <html> t &quot;は&gt;それは実験者によって選択されたピッチシフトに加えて、仮想聴覚フィードバックも遅れている（〜10ミリで、ハーモナイザーの処理待ち時間を反映）と鳥のより大きな振幅で導入されることに注意することが重要である自然な聴覚フィードバック（鳥の自然な曲の音をかき消すために、ヘッドフォンに &quot;リーク&quot;）このような理由から、実験は鳥がゼロではなく、使ってヘッドフォンで歌っている数日間のベースライン期間で始まらなければなりません鳥が最初に不在でヘッドフォンで歌うを開始するときにヘッドホンのパラダイムに関連する他の要因に起因するボーカル変更から分離されるピッチシフトの効果を可能にピッチシフト14が 、実際には、曲のピッチや振幅の変化はほとんど観察されないピッチシフトし、さらには、ヘッドフォンを介して配信シフトされていないフィードバックに長時間暴露は曲のピッチ14の変化を起こさないことが示されている。 コンテンツは、 &quot;&gt;我々は以前に成人鳴禽類で、聴覚フィードバックのピッチで上下両方のシフトがボーカルのピッチの適応的変化（フィードバックシフトに符号が逆、すなわち変化する ）14を生成することを実証するために、このデザインを使用してきました。両方上向きに含めるとそのような設計は聴覚フィードバック（とではないヘッドフォンによる遅延や振幅アーティファクトに応答して）のピッチの変化に応答して、その曲のピッチ変化を実証することができるので、このパラダイムを採用する任意の実験で下向きのシフトが重要である。さらに、このパラダイムの主要な強さは、それが任意の聴覚操作を導入するために使用することができるということです。ハーモナイザーシステムは、音響信号の振幅やスペクトル包絡線を変更することによって、例えばオンライン摂動の多種多様を生成することができます。ピッチを越えて操作の範囲を拡大シフトは、したがって発声学習の様々な現象を調べるために使用することができる。また、HEAdphonesは、個々の音節16に学習を駆動する白色雑音やその他の条件補強信号を配信するために使用することができる。最後に、このパラダイムは、原理的には発声行動中に聴覚フィードバックに依存しているすべての小動物系で使用することができる。 我々は、人間の音声4-7を研究するために使用される聴覚フィードバックの操作を模倣する私たちの技術は、ボーカルの可塑性が生理的にアクセス可能な動物モデルで検討することができることに注意してください。脳病変、薬理操作、または神経の録音でボーカルの誤り訂正の行動研究を組み合わせることにより、特定の神経回路は、ボーカル·パフォーマンスの誤差の補正に寄与する方法を明らかにするために使用することができる。

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬/材料の名称 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> 注釈 </td></tr><tr><td>六角ナット</td><td>アマゾン供給</td><td> B000FMW43Y </td><td></td></tr><tr><td> 0から80のねじ、1/8 &quot; </td><td>アマゾン供給</td><td> B000FN0JXK </td><td></td></tr><tr><td> 0.05 &quot;六角レンチ</td><td>アマゾン供給</td><td> B003GDISE8 </td><td></td></tr><tr><td>ヘッドフォンスピーカー</td><td> Digikeyを</td><td> 423-1113-ND </td><td></td></tr><tr><td>ヘッドフォンマイク</td><td> Digikeyを</td><td> 423-1062-ND </td><td></td></tr><tr><td>ハーモナイザー</td><td>スウィート·サウンド</td><td> H7600</td><td></td></tr><tr><td> （イーブンタイドH7600） </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>カーボンファイバーストリップ、1×3ミリメートル</td><td>ホビーロビーインターナショナル</td><td> GXS1030 </td><td></td></tr><tr><td>カーボン繊維シリンダー、6ミリメートル（外径）×4ミリメートル（ID） </td><td>ホビーロビーインターナショナル</td><td> GXT6040 </td><td></td></tr><tr><td>ワイヤー</td><td> Coonerワイヤー＆ケーブル</td><td> NUF36-2550 </td><td></td></tr><tr><td>コネクタストリップヘッダ</td><td> Digikeyを</td><td> ED83100-ND </td><td></td></tr><tr><td>コネクタストリップソケット</td><td> Digikeyを</td><td> ED85100-ND </td><td></td></tr><tr><td>泡の耳栓</td><td> AO安全</td><td> 92050 </td><td></td></tr><tr> &lt;TD&gt; 1/8 &quot;穴パンチ</td><td> Paperwishes </td><td> 7260197000 </td><td></td></tr><tr><td> 1/4 &quot;穴パンチ</td><td> Paperwishes </td><td> 7260198000 </td><td></td></tr><tr><td>ピペットチップ</td><td> VWR </td><td> 89003-056 </td><td></td></tr><tr><td>歯科アクリル</td><td> Maxcem </td><td> 33873 </td><td></td></tr><tr><td> 5分エポキシ</td><td>デブコン</td><td> 14210 </td><td></td></tr><tr><td>ケージマイク</td><td>カントリーマン</td><td> B3P4FF05B </td><td></td></tr><tr><td>マイク·プリアンプ</td><td> M-AUDIO </td><td> DMP3 </td><td></td></tr><tr><td>スピーカアンプ（クラウンD-45） </td><td>スウィート·サウンド</td><td> D-45 </td><td></td></tr><tr><td>ローパスフィルタ</td><td>クルーン·ハイト</td><td> FMB3002AC、3FS8SL-10キロ-N1U1 </td><td></td></tr><tr><td>コミュテータ</td><td>トンボ</td><td> SL-88から10 </td><td></td></tr><tr><td>ワニ口クリップホルダー</td><td> GCのエレクトロニクス</td><td> 12から051 </td><td></td></tr><tr><td>鉱油</td><td>シグマ</td><td> M3516 </td><td></td></tr><tr><td>ドレメルツール</td><td>ドレメル</td><td> 8200 </td><td></td></tr></tbody></table>

鳴禽類には聴覚フィードバックを操作するための軽量、ヘッドフォンベースのシステム

A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

複雑な動作時の感覚フィードバックの実験操作は、モータ制御と感覚可塑1の根底にある計算に貴重な洞察を提供してきました。経験豊富なフィードバック誤差を低減フィードフォワードモータ制御の変化を反映し、モータ出力における代償性変化、内での一貫した感覚摂動の結果。異なる感覚フィードバックエラーが人間の行動にどのように影響するかを定量化することにより、先行研究では、音声生成4-7を変更するために使用される方法を視覚信号が腕の動き2,3と聴覚フィードバックを再較正するために使用され検討されている。このアプローチの強みは、実験者が生産の経験豊富なエラーは、モータ出力を再校正するために使用される様子を観察できるように、行動に自然主義的なエラーを模倣する能力にかかっている。 小鳥は、感覚運動制御と可塑性8,9の神経基盤を調べるための優れた動物モデルを提供</sup&gt;。 Songbirdの脳は歌学習のために必要な領域が空間的にソング制作に必要なものから分離され、神経記録および病変の研究は異なる脳領域9-12発声行動に貢献する方法を理解する上で重要な進歩を遂げているに明確に定義された回路を提供。しかし、自然主義的な誤り訂正パラダイムの欠如 - 既知の音響パラメータは実験者によって混乱とその後歌姫によって補正された - それは難しい発声学習の基礎となる計算方法や、神経回路の異なる要素が貢献を理解できるようになりましたボーカルエラー13の補正に。 ここで説明する手法は、音声学習を駆動するために使用できる任意の知覚誤差の導入を可能にする、鳴き鳥における聴覚フィードバックエラーオーバー実験を正確に制御できます。オンライン音声処理装置が知られているに摂動を導入するために使用される歌、そして小型化されたヘッドホンの音響装置は、リアルタイムで摂動信号と鳴き鳥の自然な聴覚フィードバックを交換するために使用されます。我々は、成鳥が誤り訂正14を使用してボーカル·パフォーマンスを維持することを第一のデモを提供する、大人の鳴禽類における聴覚フィードバックの基本周波数（ピッチ）を混乱させるために、このパラダイムを使用している。本プロトコルは、発声学習の計算および神経生理学的根拠を調査する感覚フィードバック摂動（を含むが、ピッチシフトに限らない）の広い範囲を実装するために使用できます。

図6は、成人ジュウシマツで行わ代表的な実験を示しています。ここでは、ヘッドホンのシステムは、16日間の1半音（オクターブの12分の1、絶対周波数で約6％の変化を表す）による聴覚フィードバックのピッチを上げるために使用された。この操作はすべての曲の音節のピッチ（色の線）が徐々に減少した。ボーカル運動プログラムにおけるこの変化は明らかなボーカル誤りを訂正するために聴覚フィードバックの鳥への依存度を実証し、鳥（破線）が経験した聴覚エラーが減少した。ピッチシフトは16日後に削除されたときに、曲のピッチは、最終的にベースラインに戻った。 図6に示されているデータは、それらが不完全順応を反映するという点で、典型的なものである。聴覚フィードバックのピッチが1.0半音ずつシフトされましたが、ここでは、鳥は、わずか約0.4 semが彼の曲のピッチを変えたitones。種やシステム間で、不完全な適応は、仮想フィードバックを単一の感覚モダリティ5,15を撹乱するために使用される規範であり、小鳥が彼らの継続的なボーカルのパフォーマンスを評価するように、本 ​​パラダイムでそうnonauditory（ 例えば、固有感覚）信号の部分的な信頼を反映している。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig1.jpg" /> 図1。ヘッドフォン·フレーム·アセンブリー。 。クロスバーアセンブリ。図のようにネジ、クロスバー、六角ナット、エポキシ接着剤（青）を使用して注射針（赤）を接続します。ねじ部に接着からエポキシを防ぐためにミネラルオイルを各ねじの先端（緑色）をカバーしますb。インナーイヤー型アセンブリは。エポキシますc。フィッティングヘッドフォンフレームとポスト、シリンダー、発泡パッド（オレンジ色）を取り付けます。手術前に、イヤフォンを使ってスレッドstereotax earbars（黒）。エポキシ又は歯科用アクリルを使用して頭蓋骨にクロスバーを取り付けます（青）、鳥の頭の上にクロスバーとイヤホンの位置を示す、ゆっくり鳥の頭に対してフォームパッドを押すようにワニ口クリップを使用してクロスバーにイヤフォンを添付するd。左、サイドビュー。右、ヘッドフォンフレームの後頭蓋骨に取り付けられた六角ナットアセンブリの側面図は、ねじを取り外すことによって削除されました。すべてのパネルにB関係のスケールバー。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig2.jpg" /> 図2。エレクトロニクスアセンブリ。 aである。炭素繊維胴と長さにカッティングピペットチップのスクラップ片にピペットチップを挿入することによって、アダプターを作成します。bは 。エポキシ接着剤1スピーカーとヘッドホン·マイクを使用して一緒にテープの一部で区切って入力します。cが 。スピーカーの上にのりアダプタ（図示）とスピーカ/ヘッドフォンマイクコンポーネントますd。スピーカーとヘッドフォンのマイクからコネクタストリップSにはんだワイヤーocketと糊ヘッドホンのフレームの上部にソケット。白ドット、コネクタストリップソケットの位置合わせマーク。 電子 。スピーカー、ヘッドホン·マイク、およびソケット間の接続を示す配​​線図。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig3.jpg" /> 図3。アセンブリを導く。 A。コネクタストリップヘッダーと一緒に編組電線の片側のピンへの配線のハンダ付け4 15cmの長さによってフレキシブルリードを作製します。半田整流子に接続するアダプタにリード線のもう一方の端。白ドット、コネクタストリップヘッダ上のアライメントマークするb。ヘッドフォン、スピーカー、電源、ヘッドフォンマイク、ヘッドフォンマイクからの信号を記録するように変更聴覚フィードバックを運ぶためにヘッドフォンのコネクタストリップソケットに差し込みプラグリード。正しい接続性を確保するためにコネクターストリップヘッダとソケット上のドット位置を合わせます。 図4。回路の概要を表示します。システムの接続をまとめたフローチャート。 3データ·チャンネルのレコード（1）シフトされていないケージのマイクからの信号、（2）ヘッドホンスピーカーに送らピッチシフトされた信号、およびヘッドフォンマイクによって記録（3）音の波形のコピー。プリアンプ、マイクプリアンプ、LPF、ローパスフィルタ。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig5.jpg" /> 図5。システムのテスト。音の。スペクトログラムは、3つのデータ·チャネルに記録された。各データ·チャネルは、3曲の音節を示しています。色は各々の時のパワーと音響周波数を表していますbは 。当時のパワースペクトルがで赤い縦線で示された。ヘッドフォンマイクスペクトル（緑）のピークは、番目のピークと一致していることに注意してください電子ピッチシフト（赤）ではなく、シフトされていない（黒）信号、鳥の耳に到達する音がずれフィードバックによって支配されていることを示す。 <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig6.jpg" /> 図6。発声学習を駆動するヘッドホンシステムを使用。成人ジュウシマツにおけるボーカルエラー訂正が。色の線は、ヘッドフォンシステムは1半音で聴覚フィードバックを上方のピッチをシフトするために使用された16日の期間（グレーのボックス）の間に7つの異なる曲の音節のピッチの変化を示している。黒の実線、すべての曲の音節全体でピッチ変化を意味する。黒い破線は、シフトエポック中に被験者が経験した平均ピッチ誤差を示しています。曲のピッチの変化は、経験豊富なピッチ誤差を減少させる役割を果たすことに注意してください。ピッチシフトは17日、ピッチアプローチベースライン上でゼロに戻って設定された後。 24日目にヘッドフォンを除去し、そのベースライン値に戻って回復していたその時のピッチで46日、に置き換えられています。

我々は、操られた音響信号と小鳥の自然聴覚フィードバックを交換するのに適した小型化されたヘッドフォンの設計と組立を説明します。オンライン音声処理ハードウェアは、歌の出力を操作するヘッドフォンを介して聴覚フィードバックにおけるリアルタイムエラーを導入すると、ボーカルの運動学習を駆動するために使用される。

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and ...

この手順の全体的な目標は、鳴き声を発する鳴き鳥の聴覚フィードバックを操作するための軽量ヘッドフォンのセットを構築することです。これは、最初にヘッドホンのフレームを構成するコンポーネントを製造することによって達成されます。2番目のステップは、ヘッドフォンフレームを組み立てて鳥の頭に取り付けることです。次に、フレームを取り外し、システムパフォーマンスを監視するために使用されるミニチュアスピーカーとミニチュアマイクを取り付けます。最後のステップは、ヘッドホンを再度取り付け、オンラインサウンド処理ハードウェアを使用して、歌唱中の聴覚フィードバックを乱すことです。最終的に、この仮想聴覚フィードバックシステムは、脳が感覚フィードバックを使用して発声行動を最適化する方法の調査を容易にします。この手法の主な利点は、耳をつんざくような声の可塑性を駆動する他の方法よりも優れている点は、このパラダイムが自然主義的な発声エラーを模倣し、陰鬱な人が修正反応を生成できるようにすることでエラー修正をリストアップすることです。この方法はベンガルフィンチで使用するために開発されましたが、聴覚フィードバックを使用して発声行動を調節する動物に適用できます。ヘッドホンフレームの製作を開始するには、クロスバーとイヤホンのカーボンファイバー部品をカットします。まず、Dremelツールのカッティングホイールを使用して、1 x 3 mmのカーボンファイバーストリップの3センチメートルから1本のクロスバーを準備します。次に、1 x 3ミリメートルのカーボンファイバーストリップの1.5センチメートルから垂直支柱を準備します。最後に、内径4mm、外径6mmのカーボンファイバーシリンダーの4mmから2つのイヤフォンを準備します。ヘッドフォンの部品は非常に小さいため、通常は顕微鏡で組み立てられ、はんだ付けされます。直径1.4mmのビットを使用して、クロスバーの中央に4.5mm間隔で2つの小さな穴を開けて、クロスバーを組み立てます。穴は、ゼロ80ネジを収納するのに十分な大きさにする必要があります。穴に2本の0 80ネジを挿入し、六角ナットを取り付けます。次に、小径のシリンジ針の6mmストリップを2本カットし、ペンチでスコアリングしてエポキシの接着性を高めます。六角ナットが上に横たわるようにクロスバーを裏返して、エポキシがネジの先端を六角ナットに接着するのを防ぎ、各ネジの先端にミネラルオイルを一滴垂らします。この手順の重要な側面は、ヘッドホン装置の総重量を最小限に抑えることです。これは、エポキシとアクリルの使用をできるだけ少なくすることで実現できます。2つの針セグメントを六角ナットの上に置き、六角ナットを互いにエポキシ化し、両方を覆う針セグメントにエポキシします。エポキシが完全に硬化した後、書面によるプロトコルに記載されているようにフォームリングを製作した後、両方のネジを取り外します。このビデオには、カーボンファイバーシリンダーの4mmの長さに垂直ストラットを接着してイヤフォンを組み立てます。エポキシが硬化したら、少量のエポキシを使用して、フォームリングをシリンダーの端に接着します。フォームリングは鳥の頭に寄りかかります。このデモンストレーションでは、ヘッドホンの取り付けを、実際の鳥が手術を受けていないダミーに示しています。手術を行うとき、最初のステップは、書面による手順に記載されているように鳥の麻酔であり、準備されたステレオ攻撃に鳥を配置し、頭皮に5〜10ミリメートルの切開を行います。切開は正中線に沿って行い、頭蓋骨の後ろにある首の筋肉の付着部の0.2ミリメートル前から前方に伸ばす必要があります。露出した頭蓋骨を70%エタノールでこすって骨の表面を乾燥させた後、ワニ口クリップホルダーを使用して、エポキシ樹脂が六角ナットを覆うようにクロスバーを配置します。頭蓋骨の上部に置き、クロスバーを少し持ち上げて、六角ナットを頭蓋骨に接着します。接着剤がクロスバー自体には触れず、六角ナットのみに触れるように注意してください。これにより、ネジを取り外してヘッドホンを取り外すことができ、ここに示すように六角ナットのみをヘッドに恒久的に取り付けてイヤフォンを取り付け、フォームパッドが鳥の頭に当たるまでイヤーバーに沿ってスライドさせます。イヤーバーのワニ口クリップを使用して、フォームパッドを鳥の頭にしっかりと押し付けます。これは、優れたアコースティックシールを得るために重要です。垂直のポストがクロスバーの背面に接触するようにイヤフォンを回転させ、エポキシまたはアクリルを使用してクロスバーへのポスト接着ポストの前にあるコネクタストリップソケットのスペースを確保し、エポキシまたはアクリルが完全に硬化し、鳥が回復するまで24時間待ちます。24時間後、フレームを調べて、フォームパッドが外耳道の周りにしっかりと密閉されていることを確認します。シールが緩んでいる場合は、フォームパッドを取り外して大きなものと交換できます。アコースティックシールを改善するには、0.05インチの六角レンチを使用してネジをそっと取り外し、組み立てたヘッドホンを取り外します。スピーカーアダプターを製作するための鳥からのフレーム。長さ5.2センチ、直径5ミリから1ミリのピペットチップをカーボンファイバーボンベのスクラップピースに挿入します。次に、ピペットの先端をシリンダーの端から1ミリメートル過ぎてカットします。先端をシリンダーから取り外し、アダプターの全長が3mmになるようにカットします。次に、5センチメートルの長さの絶縁された36ゲージワイヤーを両方のスピーカーのプラス端子とマイナス端子にはんだ付けして、スピーカーを接続します。スピーカーマイクコンポーネントの組み立てには、1つのスピーカーの片側に電気絶縁テープのストリップを取り付け、テープの上部にあるヘッドフォンマイクをエポキシして、マイクからのアース線をスピーカーのマイナス端子にはんだ付けします。次に、スピーカーとスピーカーマイクコンポーネントの両方を各アダプターの広い方の端にエポキシ化します。スピーカーとマイクポートの両方がピペットの中に収まります。エポキシ樹脂がどちらのポートも覆っていないことを確認してください。アダプターをイヤフォンにそっと挿入します。各アダプターをエポキシ樹脂を少し垂らしてイヤフォンに接着します。コネクタストリップを製造するには、4つの端子で構成されるコネクタストリップソケットのセグメントを切り取り、ソケットの1つの角に参照マークを配置します。コネクタストリップを垂直支柱の1つの近くに配置し、スピーカーとマイクのワイヤーをピンにはんだ付けします。omeを使用してコネクタの短絡をチェックし、必要に応じてストリップして修理し、コネクタをエポキシ化します。ヘッドホンフレームまでストリップして、ピットシフトを収集、フィルタリングし、音響入力を増幅します。まず、無指向性コンデンサーマイクを鳥のケージの真上に吊るします。プリアンプとローパス。この信号をフィルタリングし、ハーモナイザーに入力します。ハーモナイザーのピットシフターモジュールを使用して、シフトされた音響信号を生成します。この信号を増幅し、整流子とフレキシブルリードを介してスピーカーヘッドホンの正のチャネルにルーティングします。次に、鳥のサウンドボックスの壁に9ボルトのバッテリーを取り付けて、電話のマイクに電力を供給します。バッテリーのプラス端子を整流子とフレキシブルリード線を介してVチャネルに接続し、バッテリーのマイナス端子を信号処理機器の共通グランドに接続します。この共通グランドをスピーカーと電話機のマイクグランドに接続します。フィードバックゲインをキャリブレーションします。完成したヘッドホンをゼロ80ネジを使用して鳥の頭の六角ナットに取り付けます。鳥が歌い始めたら、図式に示されているように、ケージ、マイク、シフトされていない信号、シフトされた信号、電話のマイクなど、3つのチャネルのデータを記録します。このビデオに付随して、電話機のマイクから録音された音声を確認します。このチャンネルは、ヘッドフォンスピーカーから再生される仮想フィードバックと、ヘッドフォンフレームに直接漏れる鳥の実際の歌の重ね合わせを記録します。スピーカーの振幅設定を調整します amplifier仮想聴覚フィードバックが直接漏れる信号よりも15〜20デシベル大きくなるようにします。システムのパフォーマンスを監視するには、ヘッドフォンを1日2回チェックして、スピーカーとマイクの両方が正しく機能していることを確認します。表示。これは、ヘッドフォンマイクによって録音された信号が、直接漏れる信号ではなく、ピッチシフトされた信号によって支配される、適切に調整されたシステムの例です。ここでは、スペクトログラムの縦の赤い線で示された時間にヘッドフォンのマイクロフォンを介して記録された信号は、ピッチシフトされた信号によって支配され、これはパワースペクトルの赤いプロットで表されます。これは、パワースペクトルの黒いプロットで表される鳥の自然な発声とは対照的です。結果は、鳥の耳に到達する音がシフトフィードバックによって支配されていることを示しており、ここでは、大人のベンガルフィンチで行われた代表的な実験が示されています。ヘッドホンシステムは、聴覚フィードバックを16日間半音増加させるために使用されました。この操作により、7つの曲の音節すべてのピッチが徐々に減少しました。この発声運動プログラムの変化により、鳥が経験する聴覚エラーが減少し、鳥が明らかな発声エラーを修正するために聴覚フィードバックに依存していることが示されました。16日目以降にピッチシフトが取り除かれると、曲のピッチは最終的にベースラインに戻りました。これらのデータは、不完全な適応を反映しているという点で典型的です。ここでは、聴覚フィードバックのピッチが1.0半音シフトしたにもかかわらず、鳥は彼の歌のピッチを約0.4半音だけ変更しました。適応は、仮想フィードバックが単一の感覚モダリティを混乱させるために使用される場合の標準であり、現在のパラダイムでは、非監査の聴覚信号への部分的な依存を反映している可能性があります。鳴き鳥が彼らの進行中のボーカルパフォーマンスを評価するとき。マスターすれば、ヘッドホンは2営業日で組み立てて取り付けることができます。繰り返しになりますが、ヘッドホンの総重量を最小限に抑えるために、エポキシ樹脂やアクリルの使用をできるだけ少なくすることが重要です。

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

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