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Biology

Hemi-Larynx-Setup für das Studium Stimmlippe Vibration in drei Dimensionen

Published: November 25, 2017 doi: 10.3791/55303
Automatic Translation
1,2, 1, 2,3, 2, 1
1Voice Research Lab, Department of Biophysics, Faculty of Science, Palacky University Olomouc, 2Laboratory of Bio-Acoustics, Dept. of Cognitive Biology, University of Vienna, 3ENES Lab, NEURO-PSI,CNRS UMR 9197, Université Lyon/Saint-Etienne, France

Summary

Dieses Papier stellt ein Protokoll für die Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf Proben erleichtern eine Multi-dimensionale Ansicht der Stimmlippe Vibration, um verschiedene biophysikalische Aspekte der Sprachproduktion in Menschen und nicht-menschlichen Säugetieren zu untersuchen.

Abstract

Die Stimme der Menschen und die meisten nicht-menschlichen Säugetieren wird im Kehlkopf durch autarke Schwingung der Stimmlippen erzeugt. Direkte visuelle Dokumentation der Stimmlippe Schwingung ist anspruchsvoll, vor allem bei nicht-menschlichen Säugetieren. Als Alternative bieten ausgeschnittenen Kehlkopf Experimente die Möglichkeit, Stimmlippe Vibration unter kontrollierten physiologischen und physikalischen Bedingungen zu untersuchen. Die Verwendung von einem vollen Kehlkopf bietet jedoch nur eine Draufsicht der Stimmlippen, wesentliche Teile der oszillierenden Strukturen von Beobachtung während ihrer Interaktion mit aerodynamischen Kräfte auszuschließen. Diese Einschränkung überwunden werden durch die Nutzung einer Hemi-Kehlkopf-Setup, wo die Hälfte des Kehlkopfes ist Mitte-sagittal entfernt, bietet eine überlegene und einen seitlichen Blick auf die restlichen Stimmlippe während selbsttragenden Schwingung.

Hier ist eine Anleitung für die anatomische Vorbereitung der Hemi-Larynx Strukturen und ihre Montage auf dem Labortisch gegeben. Beispielhafte Stimmbildung der Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung ist mit High-Speed-video von zwei synchronisierten Kameras (superior und seitliche Ansichten), zeigt dreidimensionale Stimmlippe Bewegung und entsprechende zeitabhängige Kontaktfläche erfassten Daten dokumentiert. Die Dokumentation des Hemi-Kehlkopf-Setups in dieser Publikation erleichtert die Anwendung und zuverlässige Reproduzierbarkeit in der experimentellen Forschung, Bereitstellung von Stimme Wissenschaftler mit dem Potenzial zum besseren Verständnis der Biomechanik der Sprachproduktion.

Introduction

Stimme entsteht in der Regel durch Vibrieren Kehlkopf Gewebe (vor allem die Stimmlippen), die einen stetigen Luftstrom, geliefert von der Lunge in eine Sequenz von Luftstrom Impulse umwandelt. Der Schalldruck-Wellenform (d. h., die primären Ton) entstehende diese Abfolge von Flow Pulse akustisch Vokaltrakts, sie filtert, erregt, und der daraus resultierende Klang strahlt aus dem Mund und (zu einem gewissen Grad) von der Nase1 . Die spektrale Zusammensetzung des erzeugten Klangs wird weitgehend von der Qualität der Stimmlippe Vibration, Kehlkopf Biomechanik und Interaktionen mit den trachealen Airflow2geregelt beeinflusst. Sowohl in einer klinischen und einer Forschungskontext ist Dokumentation und Bewertung der Stimmlippe Vibration daher von vor allem Interesse bei der Sprachproduktion zu studieren.

Beim Menschen direkte Endoskopische Untersuchung des Kehlkopfes beim Klangerzeugung in Vivo ist anspruchsvoll, und es ist praktisch unmöglich, in nicht-menschlichen Säugetieren, aktuelle technologische Mittel gegeben. Deshalb, und um Garantie sorgfältig kontrolliert körperliche und/oder physiologischen experimentellen Randbedingungen, die Nutzung der ausgeschnittenen Larynges3,4 ist in vielen Fällen eine angemessene Vertretung für die Untersuchung von in-vivo Produktion Mechanismen zu äußern.

Stimmlippe Vibration ist ein komplexes dreidimensionales Phänomen5. Während herkömmliche Untersuchungsmethoden wie bieten Kehlkopf Endoskopie (in Vivo) oder ausgeschnittenen Kehlkopf Zubereitungen in der Regel nur eine überlegene Ansicht der schwingenden Stimmlippen6, sie erlauben nicht die vollständige dreidimensionale Analyse der Stimmlippe Bewegung. Insbesondere sind die untere (kaudalen) Ränder der Stimmlippen in die überragende Aussicht während eines großen Teils des Kreislaufs Vibrations unsichtbar. Dies ist aufgrund der Phasenverschiebung zwischen die untere (kaudalen) und superior (cranial) Rand der Stimmlippen, ein Phänomen, das in der Regel während der Stimmlippe Oszillation5gesehen wird. Als direkte empirische Evidenz für die Sicherung der Ergebnisse von mathematischen und physikalischen Modellen knapp ist, wissen über die Geometrie und die Bewegung des unteren Vocal Falten Rand7, und damit die Geometrie des subglottal Kanal8,9 , 10 ist entscheidend für ein besseres Verständnis der Interaktion zwischen Kehlkopf Luftstrom, Stimmlippe Gewebe und die daraus resultierenden Kräfte und drücke11,-12. Stimmlippe Schwingung, die die üblichen überlegene verborgen ist ein weiterer Aspekt ist die vertikale (Caudo-cranial) Tiefe des Kontakts zwischen den beiden Stimmlippen. Die vertikale Kontakt Tiefe bezieht sich auf die vertikale Dicke der Stimmlippen, ist ein möglicher Indikator für die Stimmlage singen ("Brust" vs. "Fistelstimme" Register)13,14verwendet.

Um die Unzulänglichkeiten der konventionellen (voll) ausgeschnittenen Kehlkopf Vorbereitungen zu überwinden, kann eine sogenannte Hemi-Kehlkopf-Setup verwendet werden, wo die Hälfte des Kehlkopfes wird entfernt, und erleichtert so die Beurteilung der Vibrations Merkmale der verbleibenden Stimmlippe in drei Dimensionen. Überraschenderweise haben seit der Einführung dieser Einrichtung in den 1960er Jahren15 und eine Erstvalidierung des Konzepts in 199316, nicht viele Labors Experimente mit diesem vielversprechenden Versuchsansatz17,18 durchgeführt ,19,20,21,22,23. Eine Erklärung dafür könnte in die Schwierigkeiten bei der Schaffung einer lebensfähigen Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung gefunden werden. Während die konventionellen ausgeschnittenen (voll) Kehlkopf Vorbereitung gut dokumentierte4ist, sind noch keine solche ausführliche Anleitung zum Erstellen einer Hemi-Kehlkopf-Setup zur Verfügung. Es ist daher das Ziel dieses Papiers, eine Tutorial für die Einrichtung einer zuverlässig reproduzierbare Hemi-Kehlkopf-Setup, ergänzt durch experimentelle Ergebnisse aus Rothirsch Exemplare bereitzustellen.

Eine Hemi-Kehlkopf-Setup teilt viele Eigenschaften mit einem "konventionellen" ausgeschnittenen Kehlkopf Setup, wie Messgeräte, High-Speed- oder anderen imaging-Technologie, angemessen dokumentieren die Schwingungen der Kehlkopf Strukturen während der Klangerzeugung, oder richtige Lieferung von beheizten, befeuchtete Luft. Diese allgemeine Setup-Überlegungen sind in ein Buch Kapitel4 und ein technischer Bericht aus dem nationalen Zentrum für Gesang und Sprache24detailliert beschrieben. Wiederholung dieser Anleitung wäre würde den Rahmen sprengen diese Handschrift. Hier werden nur die speziellen Richtlinien zur Erzeugung einer Hemi-Kehlkopf-Setup präsentiert.

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Protocol

Die Tierpräparate in diesem Papier analysiert wurden im Einklang mit den ethischen Standardanforderungen der Palacký-Universität in Olomouc, Tschechische Republik behandelt. Sie stammen von Rotwild Leben wild in den Wäldern, die von der Tschechischen Armee Forest Service während einer regulären Jagdsaison gejagt wurden.

1. Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf-Probe

Hinweis: Nur entsprechend vorbereitete Proben sollte verwendet werden, wie in4 angegeben. Schnelles Einfrieren des Kehlkopfes25 sofort nach Exzision und Lagerung bei-80 ° C minimiert das Potenzial der Gewebe Zerstörung und Veränderung der biomechanischen Eigenschaften und ermöglicht die Durchführung der Experimente zu jeder beliebigen Zeit.

  1. Auftauen des Kehlkopfes
    1. Stecken Sie den gefrorenen Kehlkopf in zwei Autoklaven Taschen oder andere PP-Beutel mit wasserdichten Abdichtung. Die Taschen zu versiegeln und steckte sie in ein Wasserbad bis 30 ° C erhitzt, bis der Kehlkopf vollständig abgetaut ist. Die Dauer reicht von ein paar Stunden mehr als einen Tag, je nach Größe des Kehlkopfes und Gefriertemperatur.
  2. Reinigung des Kehlkopfes
    1. Nach der Kehlkopf aufgetaut ist, entfernen Sie es aus der Tasche und reinigen Sie es gründlich mit Kochsalzlösung (0,9 % NaCl).
    2. Sorgfältig entfernen Überflüssiges Gewebe soweit anwendbar (d. h. externen Nackenmuskulatur, Zungenbeins etc.) ohne die Kehlkopf Hauptstrukturen zu beschädigen, und kürzen Sie die Luftröhre bis zu einer Länge ausreichend für die Montage des Kehlkopfes auf einem Luft-Zuleitung (in der Regel ca. 4-5 cm).
    3. Überprüfen Sie das Kehlkopf Gewebe für mögliche Anomalien, Gewebe, wie Wunden, organische Verformungen oder Risse, die möglicherweise aus den Gefrierprozess, der den Kehlkopf ungeeignet für das Experiment machen könnten.
  3. Exposition der Schilddrüse und Ringknorpel Knorpel
    1. Entfernen Sie Teile des externen Kehlkopf Muskelgewebes rund um die Schilddrüse und Ringknorpel Knorpel mit einem Skalpell, so setzen die Knorpel in der Vorbereitung für die Mitte-sagittalen Schnitt erstellen die Hemi-Kehlkopf. Diese Vorbereitungsphase ist in Abbildung 1A und 1 bdargestellt.
  4. Mitte-sagittalen Schnitt durch die Schilddrüse Knorpel
    1. Machen Sie einen ersten vertikalen Schnitt durch den vorderen Teil der Schilddrüse Knorpel.
    2. Legen Sie vorsichtig den Schnitt etwas mehr auf die Seite, die entfernt werden, damit nicht der Stimmlippe beschädigt, der erhalten bleiben soll. Verwenden Sie nach Möglichkeit ein Skalpell zum Schneiden. Wenn der Knorpel erstarrt ist, verwenden Sie eine kleine Säge.
  5. Schneiden des Ringknorpel Knorpels
    1. Führen Sie den Schnitt senkrecht (inferior) aus zwischen die Arytenoid Knorpel und dann durch den Ringknorpel Knorpel auf eine etwa horizontalen Ebene der minderwertigen Schilddrüse Kerbe.
  6. Entfernung von einer Stimmlippe, erstellen einen L-förmigen Schnitt im Kehlkopf
    1. Stellen Sie einen horizontalen Schnitt schlechter als Ende des zuvor erstellten vertikalen Schnitt in der Ringknorpel Knorpel ab und führen den neuen Schnitt in Richtung der minderwertigen Schilddrüse Kerbe. Vorangegangene Falten Sie die Seite des Kehlkopfes, die entfernt werden soll.
    2. Machen Sie einen vertikalen Schnitt durch das weiche Gewebe an der Innenseite der Schilddrüse Knorpel - seien Sie vorsichtig beim Schnitt zwischen der vorderen Befestigung der Stimmlippen zu der Schilddrüse Knorpel, wodurch Schäden an der Stimmlippe führt.
  7. Verfeinerung des Schnittes durch die Schilddrüse Knorpel
    1. Verwenden Sie ein Skalpell, eine Säge oder eine Datei, um eine gerade geraden Schnitt in der Schilddrüse Knorpel gelten, und wie nah wie möglich an den vorderen Teil der bisher geprüften Stimmlippe.
    2. Auch einen kleinen Teil der hinteren Schilddrüse Knorpel entfernen, um Platz für das Einfügen der Zinke für adducting die Arytenoid schaffen Knorpel und damit die Vocal Falten (siehe unten). Diese Vorbereitungsphase ist in Abbildung 1 und 1 Ddargestellt.
      Hinweis: Abhängig von der Fragestellung kann volle Exposition des ganzen Stimmlippe benötigt, um seine Sichtbarkeit von oben zu aktivieren. In einem solchen Fall sollte der Strukturen über die (wahre) Stimmlippe (d. h. die ventrikuläre oder vestibuläre Falte, soweit anwendbar, da die Anatomie der Probe) entfernt werden. In einigen Exemplaren die inneren Weichteile Kehlkopf oberhalb der Stimmlippen verliert seine Verbindung mit der Schilddrüse Knorpel und stört die Stimmlippe während Vibrationen verursachen unechte (meist unregelmäßig) oszillierenden Muster. In einem solchen Fall ist die sorgfältige Entfernung des Gewebes unvermeidlich.

Figure 1
Abbildung 1 : Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung und Montage. (A) und (B) gereinigt Kehlkopf Exemplar, medialen und hinteren Ansicht bis zur Entfernung der linken Stimmlippe; (C) und (D) vorbereiteten Hemi-Kehlkopf mit L-förmigen Schnitt (links Stimmlippe entfernt), medialen und hinteren Ansicht. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

(2) Hemi-Kehlkopf-Experiment

  1. Hemi-Larynx-setup
    1. Verwenden Sie eine Luftzufuhr Rohr erwärmt und befeuchtete Luft in den Kehlkopf liefert.
    2. Konstrukt zwei senkrecht angeordneten transparente Platten als Ersatz für die entfernten Kehlkopf Teile.
    3. Verwendung Dreizack 4 zur Erhöhung der Stabilität des Kehlkopfes und die Schaffung einer richtigen pre-phonatory Kehlkopf-Konfiguration durch adducting der verbleibenden Stimmlippe, die vertikale Glasplatte (siehe Abb. 2A).
      Hinweis: Theoretisch könnte die Stimmlippen auch durch Nähte und Gewichte auf eine Riemenscheibe-Hebel System 26 adduziert werden. Allerdings wurde, ein solches Vorgehen nach bestem Wissen von diesen Autoren, noch nicht für eine Hemilarynx Zubereitung versucht.

Figure 2

Abbildung 2 : Hemi-Kehlkopf Setup. (A) Tragkonstruktionen: Luft-Zuleitung, L-förmigen Glas Platte Anordnung, Adduktion Zinken. (B) Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung mit Adduktion Zinken montiert. (C) und (D) Nahaufnahmen von Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung, gesehen von der Seite und von oben, beziehungsweise. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Montage der Hemi-Kehlkopf
    1. Decken Sie der Luft-Zuleitung mit Haftpuder Creme ab und montieren Sie den Kehlkopf, mit der restliche Teil der Luftröhre. Die Fixativ Creme arbeitet als Klebstoff und schließt mögliche Lücken, wodurch eine luftdichte Abdichtung.
    2. Befestigen Sie die Luftröhre mit einem Kunststoff-Armband oder eine Schlauchschelle festziehen.
    3. Auch die Kanten des Schnittes durch die Schilddrüse Knorpel mit Sahne, unter Vermeidung der Verbreitung Fixativ Creme auf die Stimmlippe oder die inneren Weichteile Kehlkopf Fixativ zu decken.
    4. Befestigen Sie die transparente Platten.
  2. Stabilisierung der Schilddrüse Knorpel, Adduktion der Stimmlippe mit Zinken
    1. Verwenden Sie die Zacken Addukt Stimmlippe bis auf den Teller und stabilisieren die Schilddrüse Knorpel.
    2. Nachdem die Fixativ Creme festgelegt hat, gelten Sie den Luftstrom um Stimmlippe Oszillation und Überprüfung auf eventuelle Undichtigkeiten zwischen den Hemi-Kehlkopf und die Glasplatten zu etablieren.
    3. Eventuell auftretende Lücken durch Zugabe von mehr Fixativ Creme zu versiegeln.

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Representative Results

In Abbildung 1 und Abbildung 2, angeboten bzw. Abbildungen der Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung und seine Befestigung an der Zuleitung der Luft, wie im vorherigen Abschnitt verwiesen.

Dokumentation der Stimmlippe Vibration aus zwei Kameraperspektiven

Luftstrom-induzierte autarke Schwingung der Stimmlippe die Hemi-Kehlkopf wurde dokumentiert, von oben und von der Seite mit zwei synchronisiert High-Speed (HSV) Videokameras mit 6.000 Frame/s, ergänzt durch zeitsynchrone Aufnahmen der akustischen betrieben und Electroglottographic (siehe unten) Daten bei 44,1 kHz abgetastet. Weitere Informationen über die Daten Akquisition Setup, einschließlich einer Liste der verwendeten Ausrüstung finden Sie in früheren Publikationen von dieser Gruppe von Autoren 27,28. Aufnahmen von diesen HSV-Aufnahmen wird im zugehörigen video angezeigt. Standbilder, extrahiert in repräsentativen Momenten im Vibrations-Zyklus sind in Abbildung 3dargestellt. Die Draufsicht (obere Hälfte jeder Platte) zeigt Stimmlippe Medio-laterale Bewegung, zeigt eine geöffnete Stimmritze in Abbildung 3A, so dass mittlerweile Luftstrom, während in Abbildung 3B-D ist die Stimmritze geschlossen (der Stimmlippe steht in vollständigen Kontakt mit die vertikale Glasplatte), so verhaften die Glottis Luft fließen. Die Seitenansicht (untere Hälfte jeder Platte) in zahlen 3 b-D schlägt einen unterschiedlichen Grad der Stimmlippe Kontakt gegen die Glasplatte und ein unterschiedlicher Geometrie sowie vertikale Position dieses Kontakts.

Figure 3
Abbildung 3 : Hemi-Kehlkopf Stimmlippe Vibration. (A-D) Standbilder von Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen von oben (obere Hälfte jeder Platte) und die Seite Fachkameras (untere Hälfte jeder Platte), extrahiert an repräsentativen Punkten innerhalb der Vibrations-Zyklus. Beachten Sie das Fehlen der Stimmlippe Kontakt in (A), und die unterschiedlichen (beide in Fläche, Form und Position) vocal Kontakt unterheben (B-D). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Kymographic Glottis Bewegungsanalyse

Quantitative Glottis Bewegungsanalyse ist in Abbildung 4dargestellt. Die Stimmritze ist die Variable Öffnung zwischen die (schwingenden) Stimmlippen29, erstellt von ihren Ablenkungen während der selbsttragenden Schwingung. State Of The Art Analyse der Draufsicht HSV Filmmaterial erlaubt tracing die seitlichen Verformungen der Stimmlippen30,31. Die hier beschriebenen Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung fügt die Möglichkeit, auch die vertikale (Caudo-cranial) Aspekte der Stimmlippe Vibration zu bewerten.

Figure 4
Abbildung 4 : Kymographic Glottis Bewegungsanalyse.
(A) und (B) Video-Stills mit oberen und seitlichen Blick auf die Hemi-Kehlkopf, High-Speed-Videoaufnahmen (HSV) bei 6.000 Bilder/s entnommen. Die gelben vertikalen Linien geben die Position der kymographic Scan für die Kymographie in Panels C und E für die Draufsicht und Panels D und F für die Seitenansicht dargestellt. (C) und (D) Digital Kymographie extrahiert aus der HSV-Aufnahmen von oben und die Seitenansicht, beziehungsweise. (E) die zeitlich veränderliche seitliche Verschiebung von der Stimmlippe aus der Kymogramm extrahiert und mit einer Linie (kurze Striche) verfolgt. (F) die zeitabhängige Verformungen der minderwertigen und überlegenen Kanten der Stimmlippe, von der Kymogramm bewertet und verfolgt eine gestrichelte und gepunktete Linie, jeweils. (G) synoptische Darstellung der Glottis zeitlich veränderliche Strukturen: seitliche Stimmlippe Durchbiegung ("Top", blass violett) und vertikale Auslenkung des Superior ("Seite SUP", dunkelrot) und Inferior ("Seite inf", dunkelgrün) vocal Falten Sie Kanten entnommen die Kymographie in Platten E und F. gezeigt (H) Motion Geschwindigkeiten abgeleitet von der Glottis Strukturdaten Verschiebung gezeigt im Bedienfeld "G. (ich) und (J) Glottis Bewegung Wiederaufbau abgeleitet aus den Daten der Verschiebung des Vorgesetzten und minderwertige Stimmlippe Margen im Bedienfeld "G." angezeigt Die Pfeile zeigen die Richtung der Drehbewegung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Zwei digitale Kymographie wurden vom oberen und seitlichen Ansicht HSV-Daten (Zahlen 4 und 4 D) erzeugt. In ein digitales Kymogramm (DKG)32,33,34,35, die Pixel-Daten aus einer einzigen Zeile (in der Regel zum Zeitpunkt der maximalen Stimmlippe Vibrations Amplitude), genommen aus einer Reihe von aufeinander folgenden High-Speed- Video-Frames sind verkettet, um einer zeitlichen Achse auf der Abszisse bilden. Die zeitabhängige Verschiebung der Strukturen durch die DKG-Scan-Linie abgedeckt ist sichtbar auf der Ordinate. In dem Beispiel in Abbildung 4-F, die DKG Scannen Linienpositionen des oberen und Seitenansicht wurden auf halbem Weg entlang der Antero-posterioren (Ventro-dorsale) Dimension der Stimmlippe, unter Verwendung des Ansatzes von Hampala Et al.beschrieben., GL. 1-27.

Die Seiten- und Caudo-cranial Verformungen der Stimmritze, waren abgegrenzt durch die minderwertigen und überlegenen Stimmlippe Kanten, innerhalb der DKG-Daten (Zahlen 4E und 4F) verfolgt und Ausdruck in metrischen Einheiten anhand der video-Frame-Rate und Kalibrierung Informationen eingebettet in die Videos (Abbildung 4 und H). Eine Rekonstruktion der zweidimensionalen (lateral und vertikal) Glottis Bewegung in der Mitte der Stimmlippe (d. h. der Ort der maximalen Amplitude der Schwingung) über drei komplette Glottis Zyklen wird in Abbildung 4E und Fangezeigt. Während die meisten des glottalen Zyklus war der Stimmlippe in Kontakt mit der Glasplatte (für glottal Schließung), aber mit unterschiedlichem Kontakt Tiefe. Während der offenen Phase (zB., wenn die Stimmlippe nicht in Kontakt mit der Glasplatte), die Spuren die minderwertigen und überlegenen Vocal Falten Rand Sicherung, und sie weisen eine komplexe zyklische Bewegung Muster in teilweiser Übereinstimmung mit Ergebnissen aus anderen Studien 5 , 20 , 36 , 37 (die Bewegung Muster findet man bei Menschen tendenziell mehr elliptische als das der hier untersuchten Rotwild-Probe). Interessant ist, erreicht die vertikale Verschiebung eine Vibrations Amplitude von ca. 10 mm, d.h.fast eine Größenordnung größer als was beim Menschen gefunden wurde.

Bewertung der Stimmlippe Kontaktfläche

Electroglottography (Ei)38 ist eine weit verbreitete, nicht-invasive Methode zur Messung der Veränderungen der relativen Stimmlippe Kontaktfläche (VFCA) während der Phonation. Eine geringe Intensität, wird zwischen zwei Elektroden auf Stimmlippe Ebene auf jeder Seite des Kehlkopfes Hochfrequenz-Strom geleitet. Die Zulassung Variationen aus Stimmlippe (de) Kontaktaufnahme während Kehlkopf Klangerzeugung sind weitgehend proportional zur zeitlich veränderliche relative Stimmlippe Kontakt Bereich39. Das Ei-Signal wird angenommen, dass eine zuverlässige physiologische Korrelat der Stimmlippe Vibration, reflektieren die Grundfrequenz und die oszillierende Regime (unregelmäßige oder periodisch, einschließlich Bifurkationen) werden. Trotz seiner Breite Anwendung wurde, mögliche direkte Beziehung zwischen der VFCA und der Ei-Wellenform bis vor kurzem nur in einer einzigen Studie17, getestet was auf eine etwa lineare Beziehung zwischen VFCA und Ei-Signal-Stärke. Strömungsinduzierte Stimmlippe Vibration wurde jedoch nicht in dieser Studie untersucht. Daher bedurfte es daher noch eine strenge empirische Bewertung der Ei als Maß für die relative VFCA unter physiologischen Bedingungen.

In dieser Angelegenheit hat diese Gruppe von Autoren vor kurzem drei rote Rotwild-Larynges in einer ausgeschnittenen Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung unter Verwendung einer Durchführung von Glas Platte27untersucht. Die Zeit, die unterschiedlichen Kontakt zwischen der Stimmlippe und die Glasplatte von Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen in der Sagittalebene bei 6000 fps, überwacht wurde ergibt synchronisiert mit dem Ei-Signal mit einer Genauigkeit von ± 0,167 Frau Vertreter aus sich, dass Studie erscheinen in Abbildung 5zeigt eine durchschnittliche, gute Übereinstimmung zwischen den Ei-Signal und VFCA – siehe Referenz27 für Details).

Figure 5
Abbildung 5 : Vergleich der Stimmlippe Kontaktfläche (VFCA) und Electroglottographic (Ei) Wellenform. (A-D) Video-Stills aus High-Speed-video-Daten zeigt die Seitenansicht des ein Rothirsch Hemi-Kehlkopf in vier Momenten innerhalb eines glottalen Zyklus. Die manuell bewerteten Stimmlippe Kontaktfläche (d.h. wo die Stimmlippe in Kontakt mit der vertikalen Glasplatte im Hemi-Kehlkopf-Setup war) wird in Cyan überlagert. (E) Vergleich der normalisierten Ei und VFCA Daten für die Kontaktphase Stimmlippe von einem glottalen Zyklus. Die VFCA Daten ergab sich aus der Beurteilung der Vocal Falten Kontaktfläche (gezählt in Pixel) über den glottalen Zyklus. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Die Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung teilt die Vorteile der "konventionellen" (voll) ausgeschnittenen Kehlkopf Setup: In solch einen experimentellen Ansatz, physikalischen und physiologischen Randbedingungen und Parameter (z. B. subglottal Druck oder Dehnung der Stimmlippe) können sein ziemlich gut kontrolliert. Das Verhalten des Hemilarynx ist homolog zu, die eine vollständige Kehlkopf mit einem perfekten seitliche Symmetrie, mit der Ausnahme, dass Größen einiger Parameter (zB., Luftdurchsatz, Schalldruck) sind um ca. 50 % gesenkt, doch noch immer innerhalb realistische reicht16. Der größte Nachteil der vollen ausgeschnittenen Kehlkopf Ansatz, d. h.., die mangelnde Sichtbarkeit der Stimmlippe Oberfläche entlang der Superior-Inferior (Caudo-cranial) Dimension wird im Hemi-Kehlkopf-Setup mit seitlichem Blick auf den vibrierenden Gesang überwunden Falten. Die Hemi-Kehlkopf-Setup ermöglicht es somit Bewertung der Stimmlippe Bewegung in mehreren Dimensionen, was entscheidend ist, wenn Sie versuchen zu verstehen, die feineren Details des biophysikalischen Klangerzeugung Mechanismus bei Menschen und nicht-menschlichen Säugetieren.

Hier wurden mehrere beispielhafte Anwendungen des Hemi-Kehlkopf-Setups nachgewiesen. Die Dokumentation der Stimmlippe Schwingung aus zwei Kameraperspektiven ermöglicht weitere qualitative und quantitative Datenanalyse. Der kymographic Glottis Bewegungsanalyse in vertikaler Richtung, neu eingeführt in diesem Papier, ermöglicht die Rekonstruktion der zeitlichen geometrischen Variationen der Stimmritze entlang einer gewählten Position entlang der Antero-posterioren (dorsal-Ventral) glottalen Achse. Bei der Wiederholung dieser Analyse für mehrere Punkte äquidistant entlang der glottalen Achse angeordnet, konnte die gesamte Glottis Bewegung rekonstruiert werden. Beachten Sie, dass dieser Ansatz aber nicht identische Ergebnisse vergleichbar, Bewertung der Stimmlippe Bewegung gegenüber durch Markierung und Verfolgung einzelner "Fleshpoints" in das Gewebe der Stimmlippe (auch auf Punkte nicht bilden die Stimmritze), z.B.bietet mit Mikro-Nähte20 oder Siliziumkarbid Partikel5,40. Die genaue Kenntnis über die zeitabhängige Glottis Geometrie in drei Dimensionen ist entscheidend für weitere Details der Glottis Luftstrom und seine Wechselwirkung mit dem vibrierenden Kehlkopf Gewebe untersuchen. Z. B. Rechenmodelle der selbsttragenden Vocal Falten Vibration verbessert werden könnte, als mehr empirische Daten über den Punkt der Luftstrom Jet Trennung 41,42,43,44, 45,46,47,48 zur Verfügung stehen.

Wie in Abbildung 5dargestellt, erlaubt die Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung eine Beurteilung der Stimmlippe Kontaktfläche (VFCA) bei selbsttragenden Stimmlippe Vibration. Ist eine Kenntnis der die zeitabhängige relative Größe des VFCA nützlich, um die Ergebnisse aus Electroglottographic Messungen zu überprüfen ist27, als Ei eine weit verbreitete Methode für nicht-invasive Beurteilung der Vocal Falten Vibration in Vivo. Messung der VFCA Geometrie und seine Veränderung im Laufe der Zeit erweisen könnte darüber hinaus entscheidend für ein besseres Verständnis des Begriffs der Stimmlippe Kontakt Tiefe 49 und seine mögliche Beziehung zu der Geschwindigkeit der sogenannten Schleimhaut Welle50 sein , 51 , 52 , 53. dort eine Luftstrom angetriebene Reisende Welle tritt innerhalb der Oberfläche Deckschicht der Stimmlippe Gewebe. Diese Welle bewegt sich zunächst zusammen mit der Trans-Glottis Luftstrom aus der Inferior an den Vorgesetzten Vokale Kante, und dann es breitet sich seitlich über den oberen Stimmlippe Oberfläche einmal jeden oszillierenden Zyklus54.

Alles in allem ist der Hemi-Kehlkopf-Ansatz eine leistungsstarke, aber dennoch nicht weit verbreitete Bestandteil der derzeit verfügbaren Arsenal empirischer Methoden für grundlegende Stimme Wissenschaft. Hier ein Tutorial zum Erstellen einer Hemi-Kehlkopf-Zubereitung vorgestellt, und einige möglichen zukünftigen Anwendungen diskutiert. Die gegebenen Anweisungen können dazu beitragen, Verbesserung der Wiederholbarkeit von Experimenten in verschiedenen Labors, wodurch Stimme Wissenschaftler mit dem Potenzial zum besseren Verständnis der Biomechanik der Sprachproduktion.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde unterstützt durch ein APART Stipendium der österreichischen Akademie der Wissenschaften (CTH), Projekt der Technologieagentur der Tschechischen Republik keine. TA04010877 (CTH, VH und Richter), und der Tschechische Science Foundation (GACR) Projekt keine GA16-01246S (zum Richter). Wir danken W. Tecumseh Fitch für seinen Vorschlag zur Prothese Fixativ Creme benutzen und Ing. P. Liska von der Tschechischen Armee Forest Service für seine Hilfe bei der Beschaffung der ausgeschnittenen Hirsche Larynges.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Surgical blades Surgeon Jai Surgical Ltd., New Delhi, India
Saw Hand saw (Lux, 150 mm length) Lux, Wermelskirchen, Germany
Thermometer Testo 922 Testo Ltd., Hampshire, UK K-type Probe, Operating temperature -20 to +50 °C
Autoclave bags Autoclave bags vwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Czech republic
Conductive glass plates Custom made UPOL - Joint laboratory of Optics
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.
Fixative cream Denture fixative cream Blend-a-dent Natural
Prongs and fastening system Customized Kanya Al eloxed profiles Distributor: VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, the Czech Rep.;  Combination of Kanya RVS and PVS fastening systems (http://www.kanya.cz/) + custom made prongs
Mounting tube Custom made UPOL - Joint laboratory of Optics,
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.
LED Light Verbatim 52204 LED Lamp Mitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokyo, Japan
Camera Canon EOS1100D Canon Inc. 18-55 mm lens
Airpump Resun LP100 Resun
Strobe light ELMED Helio-Strob micro2 ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Germany
Humidifier Custom made Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic
Subglottic tract Custom made adjustable subglottic tract Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic Hampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., and Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585: Model subglotickeho traktu. [Utility model no. 25585: Model of subglottal tract] (In Czech) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi

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Herbst, C. T., Hampala, V., Garcia,… More

Herbst, C. T., Hampala, V., Garcia, M., Hofer, R., Svec, J. G. Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions. J. Vis. Exp. (129), e55303, doi:10.3791/55303 (2017).

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