Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania próbek półkrtani, ułatwiający wielowymiarowy widok wibracji fałdów głosowych, w celu zbadania różnych biofizycznych aspektów produkcji głosu u ludzi i ssaków innych niż ludzie.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania próbek półkrtani, ułatwiający wielowymiarowy widok wibracji fałdów głosowych, w celu zbadania różnych biofizycznych aspektów produkcji głosu u ludzi i ssaków innych niż ludzie.
Głos ludzi i większości ssaków niebędących ludźmi jest generowany w krtani poprzez samopodtrzymujące się oscylacje fałdów głosowych. Bezpośrednia dokumentacja wizualna drgań fałdów głosowych jest wyzwaniem, szczególnie u ssaków innych niż ludzie. Alternatywnie, eksperymenty z wyciętą krtanią dają możliwość zbadania wibracji fałdów głosowych w kontrolowanych warunkach fizjologicznych i fizycznych. Jednak użycie pełnej krtani zapewnia jedynie widok z góry na fałdy głosowe, wykluczając kluczowe części oscylujących struktur z obserwacji podczas ich interakcji z siłami aerodynamicznymi. To ograniczenie można przezwyciężyć, wykorzystując konfigurację półkrtani, w której jedna połowa krtani jest usunięta w połowie strzelnicy, zapewniając zarówno górny, jak i boczny widok pozostałego fałdu głosowego podczas samopodtrzymującej się oscylacji.
Tutaj podany jest przewodnik krok po kroku dotyczący anatomicznego przygotowania struktur półkrtaniowych i ich montażu na stole laboratoryjnym. Przykładowa fonacja preparatu półkrtani jest udokumentowana szybkimi danymi wideo zarejestrowanymi przez dwie zsynchronizowane kamery (widok górny i boczny), pokazującymi trójwymiarowy ruch fałdów głosowych i odpowiadającą mu zmieniającą się w czasie powierzchnię kontaktową. Dokumentacja konfiguracji półkrtani w tej publikacji ułatwi zastosowanie i niezawodną powtarzalność w badaniach eksperymentalnych, zapewniając naukowcom zajmującym się głosem potencjał do lepszego zrozumienia biomechaniki produkcji głosu.
Głos jest zazwyczaj tworzony przez wibrującą tkankę krtaniową (głównie fałdy głosowe), która przekształca stały przepływ powietrza, dostarczany przez płuca, w sekwencję impulsów przepływu powietrza. Przebieg ciśnienia akustycznego (tj. dźwięk pierwotny) wyłaniający się z tej sekwencji impulsów przepływu akustycznie pobudza trakt głosowy, który je filtruje, a uzyskany dźwięk jest wypromieniowywany z ust i (do pewnego stopnia) z nosa1. Na skład spektralny generowanego dźwięku duży wpływ ma jakość drgań fałdów głosowych, regulowana przez biomechanikę krtani i interakcje z przepływem powietrza tchawicy2. Zarówno w kontekście klinicznym, jak i badawczym, dokumentacja i ocena drgań fałdów głosowych jest zatem szczególnie interesująca podczas badania emisji głosu.
U ludzi bezpośrednie endoskopowe badanie krtani podczas produkcji dźwięku in vivo jest wyzwaniem, a u ssaków innych niż ludzie jest praktycznie niemożliwe, biorąc pod uwagę obecne środki technologiczne. W związku z tym, a także w celu zagwarantowania starannie kontrolowanych fizycznych i/lub fizjologicznych eksperymentalnych warunków brzegowych, użycie wyciętych krtani 3,4 jest w wielu przypadkach odpowiednim substytutem do badania mechanizmów produkcji głosu in vivo.
Wibracje fałdów głosowych są złożonym zjawiskiem trójwymiarowym5. Podczas gdy konwencjonalne metody badawcze, takie jak endoskopia krtani (in vivo) lub wycięte preparaty krtaniowe, zazwyczaj zapewniają jedynie lepszy widok wibrujących fałdów głosowych6, nie pozwalają one na pełną trójwymiarową analizę ruchu fałdów głosowych. W szczególności, w widoku nadrzędnym, dolne (ogonowe) brzegi fałdów głosowych są niewidoczne podczas większej części cyklu wibracyjnego. Wynika to z opóźnienia fazowego między dolną (ogonową) a górną (czaszkową) krawędzią fałdów głosowych, zjawiskiem, które zwykle obserwuje się podczas oscylacji fałdu głosowego5. Ponieważ bezpośrednie dowody empiryczne na poparcie wyników modeli matematycznych i fizycznych są rzadkie, wiedza na temat geometrii i ruchu krawędzi dolnego fałdu głosowego7, a tym samym geometrii kanału podgłośniowego8,9,10 jest kluczowa dla lepszego zrozumienia interakcji między przepływem powietrza w krtani, tkanką fałdu głosowego oraz wynikającymi z tego siłami i ciśnieniami11,12. Innym aspektem wibracji fałdów głosowych, który jest ukryty przed zwyczajowym widokiem z góry, jest pionowa (ogonowo-czaszkowa) głębokość kontaktu między dwoma fałdami głosowymi. Pionowa głębokość kontaktu jest związana z pionową grubością fałdów głosowych, która jest potencjalnym wskaźnikiem rejestru głosowego używanego w śpiewie ("chest" vs. "falsetto" register)13,14.
Aby przezwyciężyć niedociągnięcia konwencjonalnych (pełnych) preparatów krtani wycinanych, można zastosować tak zwane ustawienie półkrtań, gdzie usuwa się połowę krtani, ułatwiając w ten sposób ocenę charakterystyki wibracyjnej pozostałego fałdu głosowego w trzech wymiarach. Co zaskakujące, od czasu wprowadzenia tej konfiguracji w latach 60. XX wieku15 i wstępnej walidacji koncepcji w 1993 roku16, niewiele laboratoriów przeprowadziło eksperymenty z tym obiecującym podejściem eksperymentalnym17,18,19,20,21,22,23. Wyjaśnienie tego można znaleźć w trudnościach ze stworzeniem realnego preparatu na półkrtań. Podczas gdy konwencjonalne wycinanie (pełnej) krtani jest dobrze udokumentowane4, nie ma jeszcze tak szczegółowych instrukcji dotyczących tworzenia konfiguracji półkrtani. Dlatego celem tego artykułu jest przedstawienie samouczka umożliwiającego ustalenie niezawodnie odtwarzalnego układu półkrtaniowo-krtaniowego, uzupełnionego wynikami eksperymentalnymi z okazów jeleni szlachetnych.
Układ półkrtani dzieli wiele cech z "konwencjonalnym" układem krtani z wycięciem, takich jak sprzęt pomiarowy, szybka lub inna technologia obrazowania, aby odpowiednio udokumentować drgania struktur krtani podczas generowania dźwięku, czy prawidłowe dostarczanie ogrzanego, nawilżonego powietrza. Te ogólne zagadnienia dotyczące konfiguracji są szczegółowo opisane zarówno w rozdziale książki4, jak i w raporcie technicznym z National Center of Voice and Speech24. Powtórzenie tych instrukcji wykraczałoby poza zakres tego manuskryptu. Tutaj przedstawione są tylko specjalistyczne dyrektywy dotyczące generowania konfiguracji półkrtani.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Okazy zwierzęce analizowane w niniejszej pracy były traktowane zgodnie ze standardowymi wymogami etycznymi Uniwersytetu Palackiego w Ołomuńcu w Republice Czeskiej. Pochodzą one od jeleni szlachetnych żyjących na wolności w lasach, które zostały upolowane przez Służbę Leśną Armii Czeskiej podczas regularnego sezonu łowieckiego.
1. Przygotowanie preparatu półkrtani
Uwaga: Należy używać wyłącznie odpowiednio przygotowanych preparatów, zgodnie ze wskazówkami w4 . Szybkie zamrażanie krtani25 bezpośrednio po wycięciu i przechowywanie w temperaturze -80 °C minimalizuje ryzyko degradacji tkanek oraz zmiany właściwości biomechanicznych, co pozwala na przeprowadzenie eksperymentów w dowolnym dogodnym terminie.

Rysunek 1Preparacja i montaż półkrtani. (A) i (B) Oczyszczony preparat krtani, widok przyśrodkowy i tylny, przed usunięciem lewej fałdy głosowej; (C) i (D) Przygotowana półkrtuń z nacięciem w kształcie litery L (usunięta lewa fałda głosowa), widok przyśrodkowy i tylny. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
2. Eksperyment na półkrtani

Rysunek 2Przygotowanie do badania półkrtani. (A) Struktury wsporcze: rurka doprowadzająca powietrze, L-kształtny układ szklanych płytek, widełki do przyciągania. (B) Zamocowany preparat półkrtani z wypustkami do przywodzenia. (C) i (D) Zbliżenia preparatu połowy krtani, widziane odpowiednio z boku i z góry. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ilustracje preparatu półkrtani oraz jego montażu na rurce doprowadzającej powietrze, o których mowa w poprzedniej sekcji, przedstawiono odpowiednio na Rysunku 1 i Rysunku 2.
Dokumentacja drgań fałdów głosowych z dwóch kątów widzenia kamery
Wymuszone przepływem powietrza samopodtrzymujące się d...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Preparat półkrtaniowy ma zalety "konwencjonalnego" (pełnego) wyciętego układu krtani: w takim eksperymentalnym podejściu fizyczne i fizjologiczne warunki brzegowe i parametry (takie jak ciśnienie podgłośniowe lub wydłużenie fałdu głosowego) mogą być dość dobrze kontrolowane. Zachowanie półkrtani jest homologiczne do zachowania pełnej krtani z idealną symetrią boczną, z wyjątkiem tego, że wielkości niektórych parametrów (np. natężenie przepływu powietrza, ciśnienie akustyczne) są zmniejszone o około 50 %, ale nad...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez grant APART Austriackiej Akademii Nauk (CTH), Agencji Technologicznej Republiki Czeskiej nr projektu. TA04010877 (CTH, VH i JGS) oraz projekt Czeskiej Fundacji Naukowej (GACR) nr GA16-01246S (do JGS). Dziękujemy W. Tecumseh Fitch za sugestię użycia kremu do mocowania protez zębowych oraz inż. P. Liska z Służby Leśnej Armii Czeskiej za pomoc w pozyskaniu wyciętych krtani jelenia.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Ostrza chirurgiczne | Chirurg | Jai Surgical Ltd., New Delhi, Indie | |
| Piła | ręczna (Lux, długość 150 mm) | Lux, Wermelskirchen, Niemcy | |
| Termometr | Testo 922 | Testo Ltd., Hampshire, Wielka Brytania | Sonda typu K, Temperatura pracy -20 do +50 ° C |
| Worki do autoklawu | Worki do autoklawów | vwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Republika | |
| Szklane płytki przewodzące | Wykonane na zamówienie | UPOL - Wspólne laboratorium Optics Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Ołomuniec, Republika Czeska.Krem | |
| utrwalający | Krem do mocowania protez | zębowych Blend-a-dent Naturalne | |
| Zęby i system | mocowaniaIndywidualne profile Kanya Al eloxed | Dystrybutor: VISIMPEX a.s. Seifertova 33, 750 02 Prerov, Republika Czeska; | Połączenie systemów mocowania Kanya RVS i PVS (http://www.kanya.cz/) + zęby wykonane na zamówienie |
| Rura montażowa | Wykonane na zamówienie | UPOL - Wspólne laboratorium optyki, Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Ołomuniec, Czechy.Lampa | |
| LED Verbatim 52204 | Mitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokio, Japonia | ||
| Aparat fotograficzny | Canon EOS1100D | Canon Inc. | Obiektyw 18-55 mm |
| Pompa powietrza | Resun LP100 | Resun | |
| Lampa stroboskopowa | ELMED Helio-Strob micro2 | ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Niemcy | |
| Nawilżacz | Laboratorium | Badań Głosowych na zamówienie, Wydział Biofizyki, Wydział Nauk, Uniwersytet Palackiego Ołomuniec, Czechy | |
| Droga podgłośniowa | Regulowany przewód | podgłośniowy na zamówieniePracownia Badań Głosu, Wydział Biofizyki, Wydział Nauk, Uniwersytet Palackiego w Ołomuńcu, Republika Czeska | Hampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., and Mandat, D. Užitný vzor c. 25585: Model subglotickeho traktu. [Wzór użytkowy nr 25585: Model drogi podkrtaniowej] (w języku czeskim) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.