Summary
Den aktuella studien föreslår ett protokoll för att undersöka anpassning till vänster-höger omvänd audition uppnås genom bärbara enheter, använda neuroimaging, vilket kan vara ett effektivt verktyg för avtäckning anpassningsförmåga av människor till en ny miljö i den auditiv domän.
Abstract
En ovanlig sensoriska utrymme är ett effektivt verktyg att avslöja mekanismen av anpassningsförmåga av människor till en ny miljö. Även om de flesta tidigare studier har använt speciella glasögon med prismor för att uppnå ovanliga utrymmen i domänen visuella, ännu en metod för att studera för anpassning till ovanliga auditiv utrymmen fastställas fullt. Denna studie föreslår ett nytt protokoll till set-up, validera och använda ett vänster-höger omvänd stereophonic system använder endast bärbara enheter, och att studera för anpassning till vänster-höger omvänd audition med hjälp av neuroimaging. Även individuella akustiska egenskaper inte är ännu genomfört, och liten spridningseffekter av unreversed ljud är relativt okontrollerbara, visar konstruerade apparaten hög prestanda i en 360° ljudkällan localization tillsammans med förhandlingen egenskaper med lite fördröjning. Dessutom, den ser ut som en mobil musikspelare och möjliggör en deltagare att fokusera på det dagliga livet utan väcka nyfikenhet eller uppmärksamma andra individer. Eftersom effekterna av anpassning upptäcktes framgångsrikt på perceptuell, beteendemässiga och neurala nivåer, slutsatsen är att detta protokoll ger en lovande metod för att studera anpassning till vänster-höger omvänd audition, och är ett effektivt verktyg för avtäckning anpassningsförmåga av människor till en roman miljöer i auditiv domänen.
Introduction
Anpassningsförmåga till en ny miljö är en av de grundläggande funktionerna för människor att leva kraftfullt i varje situation. Ett effektivt verktyg för att avslöja mekanismen av miljömässiga anpassningsförmåga hos människa är en ovanlig sensoriska utrymme som är konstgjort producerad av apparaturar. I majoriteten av de tidigare studier som behandlar detta ämne, har speciella glasögon med prismor använts för att uppnå vänster höger omvänd vision1,2,3,4,5 eller upp-ned återförda vision6,7. Exponering för sådan vision från några dagar till mer än en månad visade dessutom har perceptuella och beteendemässiga anpassning1,2,3,4,5, 6 , 7 (t.ex., förmåga att rida en cykel2,5,7). Dessutom periodiska mätningar av hjärnaktiviteten med neuroradiologisk teknik, såsom elektroencefalografi (EEG)1, Magnetencefalografi (MEG)3och funktionell magnetresonanstomografi (fMRI)2, 4,5,7, har upptäckt ändringar i neurala aktiviteten underliggande anpassning (t.ex., det bilaterala visuella aktivering för ensidiga visuell stimulans4, 5). även om deltagarens utseende blir konstig i viss utsträckning och stor omsorg behövs för observatören att upprätthålla deltagarens säkerhet, omvänd vision med prismor ger exakta tredimensionella (3D) visuell information utan dröjsmål i ett bärbart sätt. Metoden för att avslöja mekanismen av miljömässiga anpassningsförmåga är därför relativt etablerat i visuella domänen.
1879 föreslog Thompson en begreppet pseudophone, ”ett instrument för utredning av binaural audition lagstiftning genom de illusioner som den producerar i akustiska uppfattningen av utrymme”8. Emellertid, i motsats till den visuella fall1,2,3,4,5,6,7, några försök har gjorts att studera anpassning till ovanliga auditiv blanksteg och ingen märkbar kunskap har erhållits hittills. Trots en lång historia att utveckla virtuella auditiv visar9,10, tagits wearable apparaturar för att styra 3D audition sällan fram. Därför undersökte endast några rapporter för anpassning till vänster-höger omvänd audition. En traditionell apparat består av ett par böjda trumpeter som är korsade och infogas i en deltagares hörselgångar i ett omvänt sätt11,12. 1928, ung första rapporterade användningen av dessa korsade trumpeter och bar dem kontinuerligt i 3 dagar på de flesta eller sammanlagt 85 h att testa anpassning till vänster-höger omvänd audition. Willey o.a. 12 testas för anpassning i tre deltagare bär Hornstötarnas för 3, 7 och 8 dagar, respektive. De böjda trumpeterna enkelt som vänster-höger omvänd audition, men haft ett problem med tillförlitligheten i rumsliga noggrannhet, slitstyrka och konstigt utseende. En mer avancerad apparatur för återförda audition är ett elektroniskt system där vänster och höger huvud/hörlurar och mikrofoner är omvänt anslutna13,14. Ohtsubo et al. 13 uppnåtts auditiv återföring de första någonsin binaural hörlurar-mikrofoner som var anslutna till en fast förstärkare och utvärderas dess prestanda. Mer nyligen, Hofman o.a. 14 tvärbunden fylla-i-kanalen hörapparater och testade anpassning i två deltagare som bar stöd för 49 h i 3 dagar och 3 veckor, respektive. Även om dessa studier har rapporterat hög prestanda av ljudkällans lokalisering i fältet främre hörsel, ljudkällan lokaliseringen i backfield och en potentiell fördröjning av elektriska apparater aldrig har utvärderats. Särskilt i Hofman et al.' s-studien, spatial prestanda för hörapparater garanterades för framsidan 60° i huvudet-fasta skick och den främre 150° i huvudet-fria tillstånd, tyder på okänd omniazimuth prestanda. Dessutom kan exponeringsperioden vara för kort för att detektera fenomen relaterade till anpassning jämfört med de längsta fall av omvänd vision2,4,5. Ingen av dessa studier har mätt hjärnaktiviteten med neuroradiologisk teknik. Osäkerheten i spatiotemporal noggrannhet, kort exponering perioderna och icke-utnyttjande av neuroimaging kunde därför skäl för det lilla antalet rapporter och den begränsade mängden kunskap anpassning till vänster-höger omvänd audition.
Tack vare de senaste framstegen inom wearable akustisk teknik omvänd Aoyama och Kuriki15 lyckats konstruera en vänster-höger 3D audition använder endast bärbara enheter som nyligen blev tillgänglig och uppnått omniazimuth systemet med hög spatiotemporal noggrannhet. Dessutom uppvisade cirka en 1-månaders exponering för återförda audition använder apparaten några representativa resultat för MEG mätningar. Utifrån denna rapport kan vi beskriva, i denna artikel, ett detaljerat protokoll att konfigurera, verifiera och använda systemet och att testa anpassning till vänster-höger återföras audition med hjälp av neuroimaging som utförs regelbundet utan att systemet. Denna metod är effektiv för avtäckning anpassningsförmåga av människor till en ny miljö i auditiv domänen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla metoderna som beskrivs här har godkänts av den etiska kommittén för Tokyo Denki universitet. För varje deltagare erhölls informerat samtycke efter att deltagaren fått en detaljerad förklaring av protokollet.
1. inställning av vänster-höger omvänd Audition System
-
Inställning av återförda Audition systemet utan en deltagare
- Förbereda en linjär pulse-code-modulation (LPCM) brännare, binaural mikrofoner och binaural in-ear hörlurar.
- Anslut vänster och höger av mikrofonerna crossly till LPCM brännaren så att vänster-höger omvänd analoga ljudsignaler är digitaliserade. Dessutom Anslut vänster och höger raderna i hörlurarna rakt igenom till brännaren så att de omvända digitaliserade signalerna spelas omedelbart.
Obs: När det gäller sysselsätter binaural öronsnäcka-mikrofonerna som binaural hörlurar, Använd inte hörlurar delar för att minska spridningseffekter av ljud som går genom mikrofon delar. - Sätta kropparna av mikrofoner och hörlurar tillsammans för varje öra med liten isolering av ljud Språkkontroll material och täcka mikrofonerna med dedikerad vindrutor för undertrycka vindbrus.
- Infoga laddningsbara batterier och en stor kapacitet höghastighets minneskortet i LPCM brännaren och slår på den. Inspelningsförhållandena rätt inställd på ett sådant sätt att det solida signalerar registreras på minneskortet som en LPCM format med en samplingsfrekvens på 96 kHz med ett 24-bitars djup.
- Placera kroppen av systemet i en fickformat väska.
-
Inställning av återförda Audition systemet med en deltagare
- Instruera en deltagare att infoga hörlurarna av återförda audition systemet tätt i hörselgångar.
- Koppla raderna för vänster och höger mikrofonerna och ansluta den dominerande-ear sidan av mikrofonen rakt igenom till brännaren.
- Instruera deltagaren att ta av och sätta på dominerande-ear sida av systemet upprepade medan du justerar ljudvolymen på mätaren att göra subjektiv ljudstyrka direkt (normal) och indirekta (omvända) låter lika (så nära som möjligt).
- Kontrollera ljudvolymen för icke-dominanta örat samt och ansluta alla raderna i systemet igen.
- Placera systemet i deltagarens ficka, fixa sladdar på deltagarens kläder på lämpligt sätt att hindra dem från att fastna och plocka upp oönskade ljud.
2. validering av vänster-höger omvänd Audition System
Obs: Utför följande steg för att validera vänster höger omvänd audition systemet, oavsett experiment studera anpassning till vänster-höger återföring.
-
Validering av ljudkällan localizationen av återförda Audition systemet
- Leta upp en digital vinkel gradskiva vars ursprungliga riktningen definieras som 0° i mitten av ett ekofria rum, och anta en virtuella cirkel centrerad på denna punkt med en radie av 2 m. längs den virtuella cirkeln, markera 72 möjliga ljudkällor på varje 5° från-180 ° till 175 ° i en medurs sätt, och ställa in plan-våg talare vid dessa punkter som riktas mot mitten av cirkeln.
- Ställa in en video kamera nära mitten av rummet att registrera visning av digitala gradskiva.
Obs: Eftersom visningen av gradskivan flyttar med gradskivas kropp, synfältet av videon bör vara tillräckligt stor för att täcka alla möjliga områden. Videokameran bör dessutom placeras noggrant för att inte störa deltagarens sittande ställning och sund presentationen. - Förbereda för två sessioner av ljudkällans lokalisering: i den första sessionen, deltagaren inte sätta på systemet återförda audition. I den andra sessionen, deltagaren sätter på utrustningen, kalibrerar det och kontrollerar systemet (som förklaras i steg 1.2) så snabbt som möjligt.
- Vägleda deltagarna att sitta bekvämt och ögonbindel i mitten av den cirkel som vetter mot en 0° ljud källa och vänta på experimentet att starta.
- Genomför två sessioner av ljudkällans lokalisering. I båda sessionerna, har deltagare använda gradskivan att indikera den upplevda sunda riktningen så exakt som möjligt utan att röra huvudet.
- För varje session, starta video-inspelning vinkel visning av den gradskiva och nuvarande 1000 Hz ljud på 65-dB ljudtrycksnivån (SPL) från någon av ljudkällor: ljudet på en plats är slumpmässigt bytte till ljudet på en annan plats varje 10 s i sådan en sätt att varje läge används en gång.
Obs: Här använder vi MATLAB med psykofysiken verktygslåda16,17,18. Även om denna verktygslåda är vanligen används för att presentera ljud, kan någon tillförlitlig stimulering programvara också användas. - Efter varje session, stoppa den video-inspelningen och instruera deltagarna att ta en paus för tillräckligt lång tid.
- Läs rättegång-av-rättegång perceptuella vinklarna visas på gradskivan från den inspelade videon och utvärdera rumsliga återförda audition systemet genom att jämföra perceptuella vinklar i normalt och omvända villkoren mot fysiskt vinklar definitionen av riktningen av ljudkällor.
-
Validering av fördröjningen av återförda Audition systemet
- Sätta systemet återförda audition på ett skrivbord i ett lugnt rum med inga deltagare.
- Koppla från en linje till vänster mikrofonen och placera en plan-våg högtalare och den vänstra hörluren så nära som möjligt till rätt mikrofon.
- Starta inspelningen direkt (normal) ljud från högtalaren och indirekt (omvänd) ljud från den vänstra hörluren samtidigt genom rätt mikrofon.
- Nuvarande 1-ms Klicka på ljud från högtalaren med en måttlig mellan stimulus-intervallet vid 65-dB SPL.
- Efter ett tillräckligt antal prövningar, sluta presentera och inspelning av ljud.
- För att bekräfta den symmetriska konfigurationen av systemet, upprepa samma steg ovan med den högra hörluren och vänster mikrofonen.
- Läs inspelade ljuddata med programvara (t.ex., MATLAB) och utvärdera skillnaden mellan uppkomsten timings direkt (normal) ljud och indirekt (omvänd) ljud, som motsvarar till potentiella försening orsakad av den tid passerar genom den elektriska vägen i systemet.
3. studera anpassning till vänster-höger omvänd Audition
-
Förfarande av exponering för återförda Audition
- Påminna deltagarna upprepade gånger i deras rätt att avsluta exponeringen när som helst.
Obs: Stoppa exponeringen så snart som möjligt om deltagaren rapporterar sjukdom eller om observatör märker några tecken att deltagaren vill avsluta exponeringen av någon anledning. - Förbereda ett tillräckligt antal extra uppladdningsbara batterier och stor kapacitet höghastighets minneskort att låta deltagaren att ersätta dem helst.
- Instruera deltagaren att bära, kalibrera och kontrollera återförda audition systemet själva under exponeringsperioden, som förklaras i steg 1.2. Utför samma procedur varje gång deltagaren bär systemet efter varje avbrott.
- Instruera deltagaren att utföra dagliga aktiviteter-iklädd systemet kontinuerligt för ungefär en månad, utom medan du sover, badning, neuroradiologisk och andra akuta tider. I dessa fall be deltagarna att ta bort systemet och omedelbart in öronproppar i öronen att förhindra återhämtning av anpassning.
Obs: Men det är perfekt för deltagaren att bära systemet hela dagen och natten, det rekommenderas starkt att systemet inte bäras samtidigt sover och bad för att förhindra oväntade höga ljud och elektriska chocker, respektive. - Ersätta batterier och minneskort rutinmässigt innan batteriet utmattning och minne överkapacitet, respektive. Ta bort systemet och ersätta det med öronproppar snabbt på en tyst plats utan att producera ljud.
- När en deltagare behöver flytta runt utsidan, bilresa deltagaren i en bil, åtfölja deltagaren i farten, eller be dem att använda säker transportmedel för handlingar som utförs ensam.
Obs: Stor försiktighet bör iakttas hos forskaren för att inte äventyra deltagarens säkerheten under exponeringsperioden, särskilt när deltagaren går utanför. Förbjuda deltagaren utför några farliga beteenden. - För att underlätta anpassning, instruera deltagaren att uppleva situationer som medför hög auditiv ingång, såsom promenader i ett köpcentrum eller en campus, att ha en konversation med fler än två personer, och 3D videospel, så länge som möjligt.
- Instruera deltagaren att föra dagbok eller lämna en subjektiv rapport till observatör så ofta som möjligt om Perceptuell och beteendemässiga förändringar, erfarna händelser och allt som deltagaren meddelanden.
- Efter exponering målperioden, instruera deltagaren att ta av återförda audition systemet.
Obs: Det är också viktigt att följa upp om de perceptuella och beteendemässiga förändringarna för att undersöka återställningsprocessen från anpassning till vänster-höger omvänd audition.
- Påminna deltagarna upprepade gånger i deras rätt att avsluta exponeringen när som helst.
-
Neuroimaging under exponering för återförda Audition
- Instruera deltagaren att träna på en uppgift som kommer att användas under neuroimaging experimenten som tillräckligt som möjligt.
- Till exempel träna deltagaren att utföra en selektiv reaktionstid uppgift i två villkor, kompatibla och inkompatibla15. Villkoret kompatibel består av svara omedelbart på höger örat ljudet med rätt pekfingret och till vänster örat ljudet med vänster pekfinger. Det oförenliga villkoret består av svara omedelbart på höger örat ljudet med vänster pekfinger och till vänster örat ljudet med det högra pekfingret.
- Använda 1000 Hz ljud på 65-dB SPL för 0,1 s med Inter stimulans intervall på 2,5 – 3,5 s, som verkar pseudorandomly på vardera örat sidan.
- Före exponering för återförda audition, genomföra ett neuroimaging experiment under den tränade uppgiften.
- Till exempel registrera antingen MEG eller EEG svaren, samt höger och vänster finger Svaren under de selektiva reaktionstid uppgift15. Uppgiften består av två kompatibla och två oförenliga block som ordnas alternativt med Inter block intervall på minst 30 s, och med ljud som förekommer 80 gånger för varje block genom den Infoga hörluren med plast örat rör.
Obs: Även om ett 122-kanalssystem med MEG användes i Aoyama och Kuriki15, ett flerkanaligt EEG system är också lämplig för detta protokoll. - Ställ in samplingsfrekvens på 1 kHz och den analog inspelning passband på 0,03 – 200 Hz för MEG/EEGEN inspelning.
- Till exempel registrera antingen MEG eller EEG svaren, samt höger och vänster finger Svaren under de selektiva reaktionstid uppgift15. Uppgiften består av två kompatibla och två oförenliga block som ordnas alternativt med Inter block intervall på minst 30 s, och med ljud som förekommer 80 gånger för varje block genom den Infoga hörluren med plast örat rör.
- Under cirka en 1-månaders exponering för återförda audition, genomföra neuroimaging experiment under den tränade uppgiften varje vecka utan att omvända audition systemet på exakt samma sätt som före exponeringen experimentet (steg 3.2.2).
Obs: Systemet tas bort omedelbart före och sätta på omedelbart efter varje experiment. - En vecka efter exponering, genomföra ett neuroimaging experiment under den tränade uppgiften på exakt samma sätt som före exponeringen experimentet (steg 3.2.2).
- Analysera insamlade data före, under och efter exponering för vänster-höger omvänd audition.
- Exempelvis efter att förkasta de epokerna som kontaminerats med ögat-relaterade artefakter, ta bort förskjutningen i intervallet före stimulans och ställa det low-pass filtrera på 40 Hz, genomsnitt MEG/EEG data från 100 ms innan till 500 ms efter ljud debuten för den Stimulus-respons förenliga och oförenliga villkor15.
- Använda en MNE programvara paket19,20, uppskatta de källor av hjärnaktiviteten med dynamisk statistiska parametriska kartor (dSPMs) överlagras på kortikala ytan bilder och kvantifiera stödnivåerna hjärnans aktivitet med minimum-norm uppskattningar (multinationella företag) för varje tidpunkt i genomsnitt data.
- Beräkna den auditiva-motor funktionella anslutningen från singel-rättegång noll-medelvärde MEG/EEG data från 90 till 500 ms efter ljud debuten för varje villkor
Obs: Här använder vi MATLAB med multivariat Granger kausalitet Toolbox21. - För den beteendemässiga data, beräkna medelvärdet reaktionstider för stimulus-respons förenliga och oförenliga villkor.
- Instruera deltagaren att träna på en uppgift som kommer att användas under neuroimaging experimenten som tillräckligt som möjligt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representativa resultat som visas här baseras på Aoyama och Kuriki15. Protokolls uppnåtts vänster höger omvänd audition med hög spatiotemporal noggrannhet. Figur 1 visar den ljudkälla lokaliseringen i riktningar över 360 ° före och omedelbart efter att sätta på systemets vänster höger omvänd audition (figur 1A), i sex deltagare, som indikeras av cosinus likheten. Som visas i figur 1B, perceptuella vinklar i det normala villkoret var ganska väl korrelerade med fysiska vinklar (positiv korrelation, justerat R2 = 0,99). Perceptuella vinklar i omvänd villkoret var också väl korrelerade med fysiska vinklar (negativ korrelation, justerade R2 = 0,96; Se även figur 4 i Aoyama och Kuriki15), även om det fanns en liten perceptuella bias mot moturs rotation, särskilt för ljud som kommer från höger-fram- och vänsterback anvisningarna. Särskilt, perceptuella vinklar i omvänd villkoret var mer korrelerade med motsatt ordnad perceptuella vinklar i det normala villkoret (justerat R2 = 0,98) än de fysiska vinklarna, som visas i figur 1 c. Dessutom uppskattades en potentiell fördröjning av systemet till en konstant 2 ms. detta protokoll också uppnått en naturlig bär utseende, som att lyssna på musik med en mobil musikspelare, därmed undvika stress av att märkas av andra individer.
Figur 1: låter källkod lokalisering i 360° riktningar, före och omedelbart efter att sätta på vänster höger omvänd audition systemet, i sex deltagare. (A) konstruerade vänster-höger omvänd audition system. (B) cosinus likheten mellan perceptuella vinklar och tecken-reglerade fysiska vinklar i normal (blå) och återföras (röd) villkor plottas mot (oreglerad) fysiska vinklar, respektive. Medan de fysiska vinklarna används direkt för cosinus likheten i normalt skick, inverteras tecken på fysisk vinklar i omvänd skick. (C) cosinus likheten mellan perceptuella vinklar i omvänd skick och motsatt ordnad perceptuella vinklar i det normala villkoret plottas mot fysiska vinklar (lila). Denna siffra har ändrats från Aoyama och Kuriki15. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Protokolls avslöjade perceptuella förändringar på omvända audition från relativt tidigt under ca 1-månaders exponering. Även om en känsla av främlingskap rapporterades bara efter exponeringen, det började minska inom en vecka efter exponeringen och fortsatte att släppa ytterligare med tiden. Spegelbild ljud uppfattades gradvis som normal, vilket också skett med visuell information och rörelser. En vecka efter slutet av exponeringsperioden, alla förändringar som returneras till före exponering. Detta protokoll upptäckt inte bara perceptuella men också beteendemässiga och neurala förändringar underliggande anpassning. Figur 2 visar förändringar i beteende och neurala Svaren under selektiv reaktionstid uppgiften över exponeringstiden i en representativ deltagare. Som visas i figur 2A, genomsnittlig reaktionstider för svar-inkompatibla ljud överlag var längre än för svar-kompatibelt ljud från perioden före exponering till den tredje veckan, men blev något kortare i den fjärde veckan. Denna relativa inversion följt övergående förlängning av de genomsnittliga reaktionstider oavsett kompatibilitet i den andra veckan. Efter exponering, alla betyder reaktionstider återvände till den ursprungliga nivån. MNE stödnivåerna vänster och höger N1m komponenterna uppvisade liknande trender till de genomsnittliga reaktionstider, som visas i figur 2B, även om kompatibel-inkompatibla förhållandet var inversed. N1m komponenterna är distinkt auditiv evoked fält observerades vid ca 90 ms efter ljud uppkomsten och deras källa bekräftade för att finnas i de bilaterala superior temporal plan med dSPMs. Sammantaget stödnivåerna i stimulus-respons kompatibel villkoren var högre än i de oförenliga villkor från perioden före exponering till den tredje veckan, men var något lägre i den fjärde veckan. Denna relativa inversion följt övergående förbättring av stödnivåerna oavsett kompatibilitet och lateralitet den andra veckan. Efter exponering återvände de till de ursprungliga nivåerna.
Figur 2: beteendemässiga och neurala Svaren under selektiv reaktionstid uppgiften i en representativ deltagare. (A) menar reaktionstider för stimulus-respons förenliga och oförenliga villkor. (B) vänster och höger auditiv N1m stödnivåer för stimulus-respons förenliga och oförenliga villkor, som utvärderade av minimum-norm uppskattningar. Gula zoner ange en tid utsätts för vänster-höger omvänd audition. Denna siffra har ändrats från Aoyama och Kuriki15. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Detta protokoll visade dessutom förändringar i den funktionella connectivity över vänster och höger auditiv och motoriska områden under aktiviteten selektiv reaktionstid i två deltagare, som visas i figur 3. Den funktionella connectivity testades med Granger-kausalitet test på en tröskel av p < 0,05. Inledningsvis dessa auditiv-motor områden kommunicerade med varandra oavsett stimulus och respons. Efter exponering för återförda audition blev dock den auditiva-motor-anslutningen instabil. Särskilt i den andra veckan stördes auditiv-motor anslutning drastiskt, särskilt i höger motor-till-auditiv feedback och vänster-till-höger motor kommunikation. Omedelbart därefter anslutning återhämtade på nivån för den första veckan, och återvände till den ursprungliga nivån efter exponeringen.
Figur 3: auditiv-motor funktionella anslutningsmöjligheter som testade av Granger kausalitet tester under aktiviteten selektiv reaktionstid i två deltagare. Röd, gul och inga pilar indikerar antalet deltagare som visade signifikans på en tröskel av p < 0,05 (N = 2, 1 och 0, respektive). LM och RM betecknar vänster och höger motor områden, respektive, och LA och RA betecknar vänster och höger auditiv områden, respektive. Denna siffra har ändrats från Aoyama och Kuriki15. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Föreslagna protokollet syftar till att fastställa en metod för att studera anpassning till vänster-höger omvänd audition som ett effektivt verktyg för avtäckning anpassningsförmåga av människor till en roman auditiv miljö. Vilket framgår av de representativa resultat, uppnått den konstruerade apparaten vänster höger omvänd audition med hög spatiotemporal noggrannhet. Även om de tidigare apparaturarna för återförda audition11,12,13,14 var mestadels tillförlitliga i fältet främre hörsel, ger detta protokoll hög prestanda i en 360º ljudkälla lokalisering i kombination med förhandlingen egenskaper. Dessutom anses en potentiell fördröjning på 2 ms förlorade genom elektriska banan i systemet, vilket har aldrig utvärderats i andra elektroniska apparaturar13,14, vara försumbar på grund av den mänskliga temporal auditiv acuity22 . Till skillnad från traditionella apparaturen av böjda trumpeter11,12 med ett konstigt utseende och obekväm passar, det omvända audition-system som används i detta protokoll ser ut som en mobil musikspelare och möjliggör en deltagare till fokusera på det dagliga livet utan väcka nyfikenhet eller uppmärksamma andra individer. Vid denna punkt, är det ännu bättre än apparaturarna för återförda vision använder prismor1,2,3,4,5,6,7 . Faktiskt, vilket framgår av de representativa resultat, ungefär 1 månad att bära apparaten uppnått anpassning till vänster-höger omvänd audition på perceptuell, beteendemässiga och neurala nivåer. Liksom i föregående protokoll11,12,13,14var det ganska utmanande att utföra experiment med många deltagare, på grund av lång forskning perioden och svårigheter i deltagare rekrytering. Individuella resultat gav dock pålitlig, rik och värdefull information om auditiv anpassning (för detaljer, se Aoyama och Kuriki15). Detta protokoll är därför mycket bättre lämpad för att underlätta anpassning till omvänd audition än några andra tidigare protokoll som inte har märkbart advance kunskap om anpassning11,12, 13,14.
Som en grundläggande premiss, bör högsta prioritet i det föreslagna protokollet deltagarens säkerhet, hälsa, och kommer under exponeringen på omvända audition. För att bevara dessa, måste observatör ta stor omsorg och kommunicera med deltagaren så mycket som möjligt, särskilt under och omedelbart efter exponeringen. Om något av villkoren inte är tillfredsställande, måste observatör stoppa exponeringen omedelbart. Bortsett från det är en av de viktigaste stegen i protokollet att instruera deltagaren att uppleva situationer som medför hög auditiv ingång för så länge som möjligt. Till skillnad från visual fall retinal indata har fina rumslig upplösning23,24, är exponering för återförda audition mindre effektiva på grund av låg auditiv rumslig upplösning25,26. Dessutom inträffar icke miljörelaterade auditiv händelser sällan i vardagen, såvida en person utsätts för hög auditiv ingångar. Dessutom, det är inte tillräckligt för ljud vara riktad och lateralized, men ljuden bör också åtföljas av andra sensorisk information eller rörelse för att underlätta anpassning. Utan detta steg, lägre, eller ens någon adaptiv effekt, förväntas. Ett annat viktigt steg är att ge deltagaren att träna på en uppgift som tillräckligt som möjligt innan den första neuroimaging experimentera så att uppgiften prestanda konvergerar vid en viss nivå. Detta är nödvändigt för en noggrann utvärdering av adaptiv påverkan på beteende och neurala svaren, eftersom det är ganska svårt att skilja mellan den adaptiva lärande effekter över tid. Preliminär minskning av aktiviteten lärande effekten därmed främjar ytterligare analys av anpassning.
Detta protokoll kan ändras flexibelt, beroende på tillgängligheten av experimentell utrustning och syftet med studien. Exempelvis för att validera ljudkällan localizationen av återförda audition systemet, är det acceptabelt att anställa en annan etablerad metod för ljudkällans lokalisering, i stället för digital vinkel gradskiva och ett tillräckligt lugn ljudisolerade rum, istället ett ekofria rum. För att studera för anpassning till vänster-höger omvänd audition, exponeringsperioden kan förkortas eller förlängas och frekvensen av neuroimaging kan vara antingen lägre eller högre, beroende på situationen. För vidare studier rekommenderas det att utföra neuroimaging oftare efter exponeringsperioden att undersöka återhämtningsprocessen efter anpassning. Om neuroimaging är inte tillgänglig, är det möjligt att ersätta neuroimaging experiment av beteendemässiga experiment. I detta protokoll finns det en möjlighet att en deltagare kommer att begära tillfälligt upphävande av exponeringen på grund av oundvikliga orsaker. Såvida inte deltagaren godkänner att infoga öronproppar i öronen under perioden svävande, bör exponeringen avslutas på grund av okända återhämtning effekter på omställning; ett nytt experiment bör inledas med en annan deltagare. Ett annat möjligt problem är att en balans mellan subjektiv ljudstyrka mellan vänster och höger ljud blir osäkra på grund av fysisk kontakt med systemet eller av andra skäl. I så fall rekommenderas det för deltagaren att bekräfta, med ögonen stängda, om de ljud som kommer framifrån bara är lokaliserade på framsidan innan du justerar volymen.
Även om den nuvarande apparaten visade hög prestanda i 360° ljudkällans lokalisering, indikerade resultaten en liten perceptuella bias mot moturs rotation, särskilt för ljud som kommer från höger-fram- och vänsterback anvisningarna. Antar att hörlurarna är ordentligt isatt i deltagarens hörselgångar, två möjligheter anses för den asymmetriska snedvridningen av localizationen: individuella akustiska egenskaper och spridningseffekter av unreversed ljud. Akustiska egenskaper vanligtvis modelleras som huvudrelaterade överföring funktioner (HRTFs)27, och gemensamma HRTFs används för någon deltagare i den aktuella versionen av apparaten utan specifika optimering. Således finns det utrymme att förbättra apparaten genom att genomföra individuella HRTFs för varje öra och deltagare. Liten spridningseffekter av unreversed ljud är däremot relativt okontrollerbar. Även om separation av mikrofonen och hörluren delar av systemet minskar spridningseffekter och vanliga ljud är osannolikt att generera märkbar benledning28, är det tekniskt svårt att förhindra spridningseffekter helt på bärbara sätt. Dessutom under exponeringen är det nästan omöjligt att kontrollera ben-genomfört egenproducerade röster; Det finns alltså ingenting att göra utan att anta en symmetrisk fördelning för dem. Det anses därför att genomförandet av enskilda HRTFs är prioriteringen att förbättra utrustningen och uppnå effektivare anpassning.
Till vår kunskap är detta den första framgångsrika protokoll som upprättats för att studera långsiktiga anpassning till exakt vänster höger omvänd audition med neuroradiologisk. Detta protokoll har dessutom en stor potential för omfattande tillämpligheten i både hörsel- och multisensoriska forskning. Exempelvis kan systemet innehåller en mikrodator ställas in att framkalla olika förändringar i auditiv utrymme, till exempel en övergripande åt höger Skift eller en kompression av auditiv utrymme mot mitten. Eftersom rumslig information bearbetas konkurrenslagen över sensoriska modaliteter, kan förändrad hörsel utrymme vara ett starkt verktyg för att avslöja mekanismer av multisensoriska rumsliga omkalibrering på ett sätt som liknar Zwiers o.a. 29, som rapporterade effekterna av bär prismalinser med rumsligt komprimerade vision på ljudkällan localization. Numera, det blir alltmer populärt att använda tillgängliga tekniker i ett multimodalt sätt, såsom samtidig användning av EEG och fMRI30, och en fördröjd kombinerad användning av transkraniell hjärnstimulering och EEG/MEG31. Medan samtidig användning av två neuroradiologisk teknik kompenserar för deras brister reciprocally, den fördröjda kombinerat neurostimulering och neuroradiologisk teknik avslöjar hjärnans funktioner relaterade till efterverkningar som orsakas av den neurostimulering använder neuroimaging. Särskilt, kan en experimentell systematiken i detta protokoll betraktas som en utvidgad version av det senare fallet. Liknar de neurostimulering teknikerna, kontinuerlig bärandet av en bärbar apparat med ovanliga sensoriska utrymme orsakar efterverkningarna av anpassning. Dessa effekter kan då mätas genom en neuroradiologisk teknik. Därför den fördröjda kombinerad användning av en bärbar apparat och en neuroradiologisk teknik avslöjar hjärnans funktioner relaterade till anpassning (som kort påpekas i Aoyama och Kuriki15). Ur en allmän synvinkel, kan detta system ge nya insikter i neuroradiologiska studier med en mängd anpassningsbara effekter. Avslutningsvis ger i detta protokoll, enligt detta system en lovande metod för att studera vänster höger omvänd audition som ett verktyg för att avslöja anpassningsförmåga av människor till en ny miljö i domänen auditiv.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författaren har något att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete var delvis stöds av ett bidrag från JSPS KAKENHI Grant nummer JP17K00209. Författaren tack Takayuki Hoshino och Kazuhiro Shigeta för tekniskt bistånd.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Linear pulse-code-modulation recorder | Sony | PCM-M10 | |
| Binaural microphones | Roland | CS-10EM | |
| Binaural in-ear earphones | Etymotic Research | ER-4B | |
| Digital angle protractor | Wenzhou Sanhe Measuring Instrument | 5422-200 | |
| Plane-wave speaker | Alphagreen | SS-2101 | |
| Video camera | Sony | HDR-CX560 | |
| MATLAB | Mathworks | R2012a, R2015a | R2012a for stimulation and R2015a for analysis |
| Psychophysics Toolbox | Free | Version 3 | http://psychtoolbox.org |
| Insert earphones | Etymotic Research | ER-2 | |
| Magnetoencephalography system | Neuromag | Neuromag-122 TM | |
| Electroencephalography system | Brain Products | acti64CHamp | |
| MNE | Free | MNE Software Version 2.7, MNE 0.13 |
https://martinos.org/mne/stable/index.html |
| The Multivariate Granger Causality Toolbox | Free | mvgc_v1.0 | http://www.sussex.ac.uk/sackler/mvgc/ |
References
- Sugita, Y. Visual evoked potentials of adaptation to left-right reversed vision. Perceptual and Motor Skills. 79 (2), 1047-1054 (1994).
- Sekiyama, K., Miyauchi, S., Imaruoka, T., Egusa, H., Tashiro, T. Body image as a visuomotor transformation device revealed in adaptation to reversed vision. Nature. 407 (6802), 374-377 (2000).
- Takeda, S., Endo, H., Honda, S., Weinberg, H., Takeda, T. MEG recording for spatial S-R compatibility task under adaptation to right-left reversed vision. Proceedings of the 12th International Conference on Biomagnetism. , Espoo. 347-350 (2001).
- Miyauchi, S., Egusa, H., Amagase, M., Sekiyama, K., Imaruoka, T., Tashiro, T. Adaptation to left-right reversed vision rapidly activates ipsilateral visual cortex in humans. Journal of Physiology Paris. 98 (1-3), 207-219 (2004).
- Sekiyama, K., Hashimoto, K., Sugita, Y. Visuo-somatosensory reorganization in perceptual adaptation to reversed vision. Acta psychologica. 141 (2), 231-242 (2012).
- Stratton, G. M. Some preliminary experiments on vision without inversion of the retinal image. Psychological Review. 3 (6), 611-617 (1896).
- Linden, D. E., Kallenbach, U., Heinecke, A., Singer, W., Goebel, R. The myth of upright vision. A psychophysical and functional imaging study of adaptation to inverting spectacles. Perception. 28 (4), 469-481 (1999).
- Thompson, S. P. The pseudophone. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science: Series 5. 5 (50), 385-390 (1879).
- Wenzel, E. M. Localization in virtual acoustic displays. Presence: Teleoperators & Virtual Environments. 1 (1), 80-107 (1992).
- Carlile, S. Virtual Auditory Space: Generation and Applications. , Springer-Verlag. Berlin Heidelberg. (2013).
- Young, T. P. Auditory localization with acoustical transposition of the ears. Journal of Experimental Psychology. 11 (6), 399-429 (1928).
- Willey, C. F., Inglis, E., Pearce, C. H. Reversal of auditory localization. Journal of Experimental Psychology. 20 (2), 114-130 (1937).
- Ohtsubo, H., Teshima, T., Nakamizo, S. Effects of head movements on sound localization with an electronic pseudophone. Japanese Psychological Research. 22 (3), 110-118 (1980).
- Hofman, P. M., Vlaming, M. S., Termeer, P. J., van Opstal, A. J. A method to induce swapped binaural hearing. Journal of Neuroscience Methods. 113 (2), 167-179 (2002).
- Aoyama, A., Kuriki, S. A wearable system for adaptation to left-right reversed audition tested in combination with magnetoencephalography. Biomedical Engineering Letters. 7 (3), 205-213 (2017).
- Brainard, D. H.
- Pelli, D. G. The VideoToolbox software for visual psychophysics: transforming numbers into movies. Spatial Vision. 10 (4), 437-442 (1997).
- Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D. What's new in Psychtoolbox-3? Perception. 36 (14), ECVP Abstract Supplement (2007).
- Gramfort, A., et al. MEG and EEG data analysis with MNE-Python. Frontiers in Neuroscience. 7, 267 (2013).
- Gramfort, A., et al. MNE software for processing MEG and EEG data. NeuroImage. 86, 446-460 (2014).
- Barnett, L., Seth, A. K. The MVGC multivariate Granger causality toolbox: a new approach to Granger-causal inference. Journal of Neuroscience Methods. 223, 50-68 (2014).
- Green, D. M.
- He, S., Cavanagh, P., Intriligator, J. Attentional resolution and the locus of visual awareness. Nature. 383 (6598), 334-337 (1996).
- Anton-Erxleben, K., Carrasco, M. Attentional enhancement of spatial resolution: linking behavioural and neurophysiological evidence. Nature Reviews Neuroscience. 14 (3), 188-200 (2013).
- Perrott, D. R., Saberi, K. Minimum audible angle thresholds for sources varying in both elevation and azimuth. Journal of the Acoustical Society of America. 87 (4), 1728-1731 (1990).
- Grantham, D. W., Hornsby, B. W., Erpenbeck, E. A. Auditory spatial resolution in horizontal, vertical, and diagonal planes. Journal of the Acoustical Society of America. 114 (2), 1009-1022 (2003).
- Xie, B. Head-Related Transfer Function and Virtual Auditory Display. , J. Ross Publishing. Plantation. (2013).
- Stenfelt, S. Acoustic and physiologic aspects of bone conduction hearing. Advances in Oto-Rhino-Laryngology. 71, 10-21 (2011).
- Zwiers, M. P., van Opstal, A. J., Paige, G. D. Plasticity in human sound localization induced by compressed spatial vision. Nature Neuroscience. 6 (2), 175-181 (2003).
- Huster, R. J., Debener, S., Eichele, T., Herrmann, C. S. Methods for simultaneous EEG-fMRI: an introductory review. Journal of Neuroscience. 32 (18), 6053-6060 (2012).
- Veniero, D., Vossen, A., Gross, J., Thut, G. Lasting EEG/MEG aftereffects of rhythmic transcranial brain stimulation: level of control over oscillatory network activity. Frontiers in Cellular Neuroscience. 9, 477 (2015).
