Summary
De huidige studie stelt een protocol om te onderzoeken van de aanpassing aan de links-rechts omgekeerde auditie slechts bereikt door draagbare apparaten, met behulp van neuroimaging, kunnen die een doeltreffend instrument voor het blootleggen van het aanpassingsvermogen van mensen aan een nieuwe context in de auditieve domein.
Abstract
Een ongewone zintuiglijke ruimte is één van de effectieve instrumenten om het mechanisme van het aanpassingsvermogen van mensen aan een nieuwe omgeving te ontdekken. Hoewel allermeest naar de vorige studies speciale bril met prisma's gebruikt hebben om ongewone ruimtes in het visuele domein, moet een methodologie voor het bestuderen van de aanpassing aan de ongebruikelijke auditieve spaties nog worden volledig vastgesteld. Deze studie stelt voor een nieuw protocol bij set-up, valideren, en een links-rechts omgekeerde stereo systeem met behulp van alleen draagbare apparaten, te gebruiken en te bestuderen van de aanpassing aan de links-rechts omgekeerd auditie met de hulp van neuroimaging. Hoewel individuele akoestische eigenschappen zijn nog niet geïmplementeerd en lichte spill-over van unreversed geluiden relatief onbeheersbaar is, toont de geconstrueerde apparaat hoge prestaties in een 360° geluidsbron lokalisatie in combinatie met hoorzitting kenmerken met weinig vertraging. Bovendien, het ziet eruit als een mobiele muziekspeler en maakt een deelnemer te richten op het dagelijks leven zonder wekken nieuwsgierigheid of aandacht van andere personen. Aangezien de gevolgen van de aanpassing met succes de perceptuele, gedragsmatige en neurale niveau waargenomen werden, wordt geconcludeerd dat dit protocol een veelbelovende methode voor het bestuderen van de aanpassing aan de links-rechts omgekeerde auditie, en is een doeltreffend instrument voor het blootleggen van het aanpassingsvermogen van de mens tot een roman omgevingen in de auditieve domein.
Introduction
Aanpassingsvermogen aan een nieuwe omgeving is een van de fundamentele functies voor de mens te krachtig leven in elke situatie. Een doeltreffend instrument voor het blootleggen van het mechanisme van milieu aanpassingsvermogen bij de mens is een ongewone zintuiglijke ruimte die kunstmatig wordt geproduceerd door toestellen. In de meerderheid van de vorige studies dit onderwerp behandelen, zijn speciale brillen met prisma's gebruikt voor het bereiken van links-rechts omgekeerde visie1,2,3,4,5 of omhoog / omlaag omgekeerde visie6,7. Bovendien, blootstelling aan dergelijke visie van een paar dagen tot meer dan een maand heeft geopenbaard perceptuele en gedragsmatige aanpassing1,2,3,4,5, 6 , 7 (b.v., vermogen om te rijden een fiets2,5,7). Bovendien, de periodieke metingen van de hersenactiviteit met behulp van neuroimaging technieken, zoals elektro-encefalografie (EEG)1, liquor (MEG)3en functionele magnetische resonantie imaging (fMRI)2, 4,5,7, hebben wijzigingen gedetecteerd in de neurale activiteit ten grondslag liggen aan de aanpassing (bijv., bilaterale visuele activering voor unilaterale visuele stimulatie4, 5). Hoewel de deelnemer verschijning vreemd tot op zekere hoogte wordt en grote zorgvuldigheid is nodig voor de waarnemer te handhaven van de veiligheid van de deelnemer, omgekeerde visie met prisma's biedt nauwkeurige driedimensionale (3D) visuele informatie zonder elke vertraging op een draagbare manier. De methodologie voor het blootleggen van het mechanisme van milieu aanpassingsvermogen is daarom relatief gevestigd in het visuele domein.
In 1879 voorgesteld Thompson een concept van pseudophone, "een instrument voor het onderzoeken van de wetten van binaural auditie door middel van de illusies die het produceert in de akoestische perceptie van ruimte"8. Echter, in tegenstelling tot de visuele gevallen1,2,3,4,5,6,7, paar pogingen zijn gedaan om de aanpassing aan de ongebruikelijke studie auditieve spaties en geen merkbare kennis verkregen tot nu toe. Ondanks een lange geschiedenis van de ontwikkeling van virtuele auditieve vertoningen9,10, zijn zelden draagbare toestellen voor het beheersen van 3D auditie ontwikkeld. Vandaar, alleen een paar verslagen bestudeerd de aanpassing aan de links-rechts omgekeerde auditie. Een traditionele apparatuur uit een paar bestaat gebogen trompetten die zijn gekruist en ingevoegd in een deelnemer oorkanalen in een verdergaand wijze11,12. In 1928, Young eerst gemeld het gebruik van deze gekruiste trompetten en droeg ze continu voor 3 dagen hoogstens of een totaal van 85 h voor het testen van de aanpassing aan de links-rechts omgekeerde auditie. Willey et al. 12 Nacontrole verricht de aanpassing in drie deelnemers dragen de trompetten voor 3, 7 en 8 dagen, respectievelijk. De gebogen trompetten gemakkelijk voorzien van links-rechts omgekeerde auditie, maar had een probleem met de betrouwbaarheid van ruimtelijke nauwkeurigheid, draagbaarheid en vreemd voorkomen. Een meer geavanceerde apparatuur voor de omgekeerde auditie is een elektronisch systeem waarin linker- en lijnen van het hoofd/oortelefoon en microfoons omgekeerd verbonden13,14 zijn. Ohtsubo et al. 13 bereikt auditieve omkering met behulp van de eerste ooit binaural hoofdtelefoon-microfoons die waren aangesloten op een vaste versterker en zijn prestaties beoordeeld. Meer recentelijk, Hofman et al. 14 kruiselings gekoppelde compleet-in-kanaal gehoorapparaten en aanpassing getest in twee deelnemers die droeg de steun voor 49 h in 3 dagen en 3 weken, respectievelijk. Hoewel deze studies hebben hoge prestaties van geluidsbron lokalisatie in het front auditieve veld gemeld, de lokalisatie van geluidsbron in het achterveld en een mogelijke vertraging van elektrische apparaten nooit zijn geëvalueerd. Vooral in Hofman et al.' s de studie, de ruimtelijke prestaties van de gehoorapparaten werd gegarandeerd voor de voorzijde 60° in de hoofd-vaste toestand en de voorzijde 150° in de hoofd-vrije voorwaarde suggereren onbekende omniazimuth prestaties. Bovendien, de blootstellingsperiode kan zijn te kort om te detecteren aan de aanpassing ten opzichte van de langere gevallen van omgekeerde visie2,4,5gerelateerde verschijnselen. Geen van deze studies hebben gemeten met behulp van neuroimaging technieken hersenactiviteit. Daarom kunnen de onzekerheid in de spatio nauwkeurigheid, de kortstondige blootstelling-periodes, en de niet-benutting van neuroimaging redenen voor het kleine aantal verslagen en de beperkte hoeveelheid kennis over aanpassing naar links-rechts omgekeerde auditie.
Dankzij de recente vooruitgang in draagbare akoestische technologie, Aoyama en Kuriki15 geslaagd in de opbouw van een links-rechts omgekeerd 3D auditie met behulp van alleen draagbare apparaten die onlangs werd beschikbaar en bereikt het omniazimuth systeem met hoge Spatio nauwkeurigheid. Bovendien tentoongesteld ongeveer een 1 maand blootstelling aan omgekeerde auditie met behulp van de toestellen enkele representatieve resultaten voor MEG metingen. Op basis van dit verslag, beschrijven we, in dit artikel, een gedetailleerd protocol bij set-up, valideren en het systeem te gebruiken, en voor het testen van de aanpassing aan de links-rechts omgekeerd auditie met de hulp van neuroimaging die periodiek wordt uitgevoerd zonder het systeem. Deze aanpak is effectief voor het blootleggen van het aanpassingsvermogen van mensen aan een nieuwe context in het auditieve domein.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle methoden die hier worden beschreven zijn goedgekeurd door de ethische commissie van Tokyo Denki Universiteit. Voor elke deelnemer, werd geïnformeerde toestemming verkregen nadat de deelnemer een gedetailleerde uitleg van het protocol ontvangen.
1. installatie van de links-rechts omgekeerd auditie systeem
-
Setup van het systeem van de omgekeerde auditie zonder een deelnemer
- Een lineaire--pulscodemodulatie (LPCM) recorder, binaural microfoons en binaural in-oor koptelefoon voor te bereiden.
- Sluit de linker- en lijnen van de microfoons crossly aan de LPCM-recorder zodat de omgekeerde analoge geluidssignalen links-rechts zijn gedigitaliseerd. Bovendien sluit de linker- en lijnen van de koptelefoon dwars door naar de recorder zodat de omgekeerde gedigitaliseerde signalen worden onmiddellijk gespeeld.
Opmerking: In het geval van de binaural oortelefoon-microfoons in dienst als binaural oortelefoons, gebruik niet de oortelefoon delen teneinde de spill-over van de geluiden die gaan door de microfoon delen. - Zet de lichamen van de microfoons en de koptelefoon samen voor elk oor met lichte isolatie door geluid taalprogramma materialen, en betrekking hebben op de microfoons met toegewijde voorruiten voor het onderdrukken van het windlawaai.
- Oplaadbare batterijen en een snelle geheugenkaart van hoge capaciteit in de LPCM-recorder invoegen en zet hem aan. De opname-voorwaarden goed ingesteld op zodanige wijze dat de sound '-signalen worden vastgelegd op de geheugenkaart als een LPCM formaat bij een sampling rate van 96 kHz met een 24-bit diepte.
- Plaats het lichaam van het systeem in een zakformaat zak.
-
Installatie van het systeem van de omgekeerde auditie met een deelnemer
- Instrueren een deelnemer de oortelefoons van het systeem van omgekeerde auditie strak in de oorkanalen invoegen.
- Koppel de lijnen voor de linker- en microfoons en verbind de dominant-oor-kant van de microfoon dwars door naar de recorder.
- Instrueren van de deelnemer om opstijgen en zet aan de kant van de dominante-oor van het systeem herhaaldelijk terwijl het geluidsvolume van de recorder om de subjectieve luidheid van directe (normaal) en indirecte (omgekeerd) klinkt gelijk is (zo dicht mogelijk).
- De Loudness-functie voor de niet-dominante oor ook controleren en sluit alle de regels van het systeem weer terug.
- Plaats het systeem in de zak van de deelnemer, fix de koorden op van de deelnemer kleding op de juiste manier om te voorkomen dat ze steeds verstrikt en ongewenste geluiden halen.
2. bevestiging van de links-rechts omgekeerd auditie systeem
Opmerking: De volgende stappen uitvoeren om te valideren de omgekeerde auditie van links-rechts-systeem, ongeacht experimenten bestuderen van aanpassing aan de links-rechts omkering.
-
Validatie van de lokalisatie van geluidsbron van het omgekeerde auditie-systeem
- Zoek een digitale hoek gradenboog waarvan de eerste richting is gedefinieerd als 0° in het midden van een echoloze kamer, en veronderstellen een virtuele cirkel gecentreerd op dit punt met een straal van 2 m. langs de virtuele cirkel, mark 72 mogelijke geluidsbronnen bij elke 5° vanaf-180 ° tot 175 ° in een met de klok mee wijze, en instellen van vliegtuig-Golf sprekers op deze punten gericht op het midden van de cirkel.
- Opzetten van een video camera in de buurt van het midden van de kamer opnemen van het display van de digitale hoekmeter.
Opmerking: Omdat de weergave van de gradenboog met de gradenboog van lichaam beweegt, het gezichtsveld van de video moet groot genoeg zijn om alle mogelijke gebieden. Bovendien, de videocamera moet zorgvuldig worden geplaatst om de zithouding van de deelnemer en de correcte presentatie niet te verstoren. - Voorbereiden van twee sessies van lokalisatie van geluidsbron: in de eerste zitting, zet de deelnemer niet op het systeem van omgekeerde auditie. In de tweede sessie, de deelnemer zet op de apparatuur, het kalibreert en controleert het systeem (zoals uitgelegd in stap 1.2) zo spoedig mogelijk.
- Begeleiden van de deelnemers aan het comfortabel zitten en geblinddoekt in het midden van de cirkel naar beneden een 0° geluid van bron en wacht totdat het experiment te starten.
- Twee sessies van lokalisatie van geluidsbron uitvoeren. In beide sessies, hebben de deelnemer gebruik de gradenboog om aan te geven van de waargenomen geluid richting zo nauwkeurig mogelijk zonder het hoofd te verplaatsen.
- Voor elke sessie, video-opname de weergave van de hoek van de gradenboog, en de huidige 1000-Hz geluiden op 65-dB geluidsdrukniveau (SPL) van een van de geluidsbronnen te starten: het geluid op één locatie is willekeurig overgeschakeld naar het geluid op een andere locatie elke 10 s zodanig een manier dat elke locatie eens wordt gebruikt.
Opmerking: Hier gebruiken we MATLAB met de Psychofysica Toolbox16,17,18. Hoewel deze toolbox vaak gebruikt wordt voor geluiden, kan betrouwbare stimulatie-software ook worden gebruikt. - Na elke sessie, de video-opname te stoppen en instrueren van de deelnemers aan het nemen van een pauze voor voldoende hoeveelheid tijd.
- Lees de proef-door-proef perceptuele hoeken weergegeven op de gradenboog van de video-opnamen en evalueren van de ruimtelijke werking van het systeem van omgekeerde auditie door het vergelijken van de perceptuele hoeken in de normale en de omgekeerde voorwaarden tegen de fysieke hoeken gedefinieerd door de richting van geluidsbronnen.
-
Validatie van de vertraging van het systeem van omgekeerde auditie
- Zet het omgekeerde auditie-systeem op een bureau in een rustige kamer met geen deelnemers.
- Koppel de lijn naar de linker microfoon en plaats een vliegtuig-Golf-spreker en de linker luidspreker zo dicht mogelijk bij de juiste microfoon.
- Start de opname direct (normale) geluiden uit de luidspreker en indirecte (omgekeerde) van de linker luidspreker gelijktijdig door de juiste microfoon.
- Huidige 1-ms Klik op geluid uit de luidspreker met een matige Inter stimulans interval op 65-dB SPL.
- Stoppen na een voldoende aantal proeven, presenteren en opnemen van de geluiden.
- Om te bevestigen de symmetrische configuratie van het systeem, door de bovenstaande met behulp van de juiste oortelefoon en de linker microfoon dezelfde stappen te herhalen.
- Lees de opgenomen geluidsgegevens met behulp van software (b.v., MATLAB) en evalueren van het verschil tussen de begin tijden van de directe (normale) geluiden en indirecte (omgekeerde) geluiden, die overeenkomt met een potentiële vertraging veroorzaakt door de tijd die doorgebracht, passeren het elektrische pad in het systeem.
3. het bestuderen van de aanpassing aan de links-rechts omgekeerd auditie
-
Procedure voor de blootstelling aan omgekeerde auditie
- Herinner de deelnemers herhaaldelijk van hun recht op het stoppen van de blootstelling te allen tijde.
Opmerking: De blootstelling zo spoedig mogelijk als de deelnemer ziekte meldt of stoppen als waarnemer teken merkt dat de deelnemer aan het stoppen van de blootstelling voor een of andere reden wil. - Een voldoende aantal reserve oplaadbare batterijen en grote capaciteit snelle geheugenkaarten aan de deelnemer om hen te vervangen op elk gewenst moment te bereiden.
- Instrueer de deelnemer te dragen, kalibreren en controleren van het systeem van omgekeerde auditie zelf tijdens de periode van blootstelling, zoals beschreven in stap 1,2. De dezelfde procedure uitvoeren telkens wanneer die de deelnemer het systeem na elke onderbreking draagt.
- Instrueer de deelnemer dagelijks-leven activiteiten uitvoeren terwijl het dragen van het systeem continu voor ongeveer een maand, behalve tijdens het slapen, Baden, neuroimaging en andere noodsituaties tijden. In deze gevallen vragen deelnemers te verwijderen van het systeem en oordoppen onmiddellijk invoegen in hun oren om te voorkomen dat herstel van aanpassing.
Opmerking: Hoewel het is ideaal voor de deelnemer aan het systeem alle dag en nacht dragen, wordt aangeraden dat het systeem niet gedragen worden tijdens het slapen en baden om te voorkomen dat onverwachte luide geluiden en elektrische schokken, respectievelijk. - Vervang de batterijen en Geheugenkaartjes routinematig voordat de uitputting van de batterij en geheugen overcapaciteit, respectievelijk. Verwijderen van het systeem en het vervangen van oordoppen snel in een stille plaats zonder een geluid produceert.
- Wanneer een deelnemer moet verplaatsen buiten, station de deelnemer in een auto, begeleiden van de deelnemer voor onderweg, of hen veilig vervoermiddel te gebruiken voor handelingen die worden verricht alleen vragen.
Opmerking: Grote zorg moet worden genomen door de onderzoeker om de deelnemer veiligheid tijdens de blootstelling mag niet in gevaar brengen, met name wanneer de deelnemer gaat naar buiten. Verbieden de deelnemer uit te voeren van alle gevaarlijke gedragingen. - Ter vergemakkelijking van aanpassing, instrueren de deelnemer om situaties waarbij hoge auditieve input, zoals wandelen in een winkelcentrum of een campus, een gesprek met meer dan twee personen, ervaring en spelen 3D video games, zo lang mogelijk.
- Instrueer de deelnemer te houden een dagboek of een subjectief verslag geven een waarnemer zo vaak mogelijk over perceptuele en gedragsmatige veranderingen ervaren gebeurtenissen, en alles wat de deelnemer aankondigingen.
- Na de doelperiode blootstelling, instrueren de deelnemer opstijgen het omgekeerde auditie-systeem.
Opmerking: Het is ook belangrijk te volgen over de perceptuele en gedragsmatige veranderingen om te onderzoeken het herstelproces van de aanpassing naar links-rechts omgekeerde auditie.
- Herinner de deelnemers herhaaldelijk van hun recht op het stoppen van de blootstelling te allen tijde.
-
Neuroimaging tijdens de blootstelling aan omgekeerde auditie
- Instrueer de deelnemer om te trainen voor een taak die zal worden gebruikt tijdens de neuroimaging experimenten als voldoende mogelijk.
- Bijvoorbeeld, trein de deelnemer voor het uitvoeren van een taak van de selectieve reactietijd in twee voorwaarden, compatibele en incompatibele15. Compatibel voorwaarde bestaat aan het recht-oor-geluid met de rechter wijsvinger en het geluid van de links-oor met de linker wijsvinger onmiddellijk te reageren. Incompatibele voorwaarde bestaat aan het recht-oor-geluid met de linker wijsvinger en het geluid van de links-oor met de rechter wijsvinger onmiddellijk te reageren.
- Gebruik van 1000-Hz geluiden op 65-dB SPL voor 0,1 s met een interval van de onderlinge stimulans van 2.5-3.5 s, die verschijnt pseudorandomly aan weerszijden van de oor.
- Doe een experiment van de neuroimaging onder de opgeleide taak vóór de blootstelling aan omgekeerde auditie.
- Bijvoorbeeld, opnemen of EEG als MEG reacties, evenals de antwoorden van de linker en rechter vinger onder de selectieve reactietijd taak15. De taak bestaat uit twee compatibele en twee onverenigbare blokken die ook met een interval van de tussen blok van ten minste 30 gerangschikt zijn s, en met geluiden 80 keer weergegeven voor elk blok via de ingevoegde koptelefoon met kunststof oor buizen.
Opmerking: Hoewel een 122-kanaals MEG systeem werd gebruikt in Aoyama en Kuriki15, een multi-kanaals EEG systeem is ook geschikt voor dit protocol. - Voor de MEG/EEG stel opname, de samplefrequentie op 1 kHz en de analoge opname passband op 0.03-200 Hz.
- Bijvoorbeeld, opnemen of EEG als MEG reacties, evenals de antwoorden van de linker en rechter vinger onder de selectieve reactietijd taak15. De taak bestaat uit twee compatibele en twee onverenigbare blokken die ook met een interval van de tussen blok van ten minste 30 gerangschikt zijn s, en met geluiden 80 keer weergegeven voor elk blok via de ingevoegde koptelefoon met kunststof oor buizen.
- Gedurende ongeveer een 1 maand blootstelling aan omgekeerde auditie, uitvoering neuroimaging experimenten onder de opgeleide taak elke week zonder het systeem van omgekeerde auditie in precies dezelfde manier als de pre blootstelling experiment (stap 3.2.2).
Opmerking: Het systeem is verwijderd vóór en onmiddellijk na elk experiment zetten. - Een week na de blootstelling, doe een neuroimaging experiment onder het opgeleide taak op precies dezelfde manier als de pre blootstelling experiment (stap 3.2.2).
- De verzamelde gegevens analyseren vóór, tijdens en na de blootstelling aan links-rechts omgekeerde auditie.
- Bijvoorbeeld na het verwerpen van de tijdperken besmet met eye-gerelateerde artefacten, verwijderen van de verschuiving in het interval pre stimulus en het instellen van de low-pass filter bij 40 Hz, gemiddelde de MEG/EEG gegevens uit 100 ms voordat aan 500 ms na het goede begin voor de stimulus-respons compatibele en incompatibele voorwaarden15.
- Met behulp van een multinationaal software pakket19,20, schatten van de bronnen van de hersenactiviteit met dynamische statistische parametrische kaarten (dSPMs) die op corticale oppervlakte afbeeldingen bedekt en kwantificeren van de intensiteiten van de hersenactiviteit met minimum-norm schat (multinationals) voor elk punt van de tijd van de gemiddelde gegevens.
- Berekenen van de functionele connectiviteit van auditieve-motor uit single-proef nul-gemiddelde MEG/EEG gegevens van 90 tot 500 ms na het goede begin voor elke voorwaarde
Opmerking: Hier gebruiken we MATLAB met de Multivariate Granger causaliteit Toolbox-21. - Bereken de gemiddelde reactietijden voor de stimulus-respons-compatibele en incompatibele-voorwaarden voor de gedrags-gegevens.
- Instrueer de deelnemer om te trainen voor een taak die zal worden gebruikt tijdens de neuroimaging experimenten als voldoende mogelijk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representatieve resultaten die hier worden weergegeven zijn gebaseerd op Aoyama en Kuriki15. Dit protocol bereikt links-rechts omgekeerde auditie met hoge Spatio nauwkeurigheid. Figuur 1 toont de lokalisatie van geluidsbron in richtingen over 360 ° vóór en onmiddellijk na het zetten van het links-rechts omgekeerde auditie systeem (figuur 1A), in zes deelnemers, zoals aangegeven door de cosinus gelijkenis. Zoals blijkt uit figuur 1B, de perceptuele hoeken in de normale toestand waren heel goed gecorreleerd met de fysieke hoeken (positieve correlatie, aangepast R2 = 0.99). De perceptuele hoeken in de omgekeerde toestand waren ook goed gecorreleerd met de fysieke hoeken (negatieve correlatie, gecorrigeerde R2 = 0,96; Zie ook Figuur 4 in Aoyama en Kuriki15), hoewel er bestond een lichte perceptuele bias naar de tegen de roulatie, vooral voor geluiden van de recht-front en de links-rug-richtingen. Met name de perceptuele hoeken in de omgekeerde toestand waren meer gecorreleerd met de tegengesteld gearrangeerde perceptuele hoeken in de normale toestand (aangepast R2 = 0,98) dan de fysieke hoeken, als afgebeeld in Figuur 1 c. Bovendien, een mogelijke vertraging van het systeem werd geschat op een constante 2 ms. dit protocol ook bereikt een natuurlijke dragen verschijning, als het luisteren naar muziek met een mobiele muziekspeler, waardoor het vermijden van eventuele stress wordt opgemerkt door andere individuen.
Figuur 1: geluid van de lokalisatie van de bron in 360° richtingen, vóór en onmiddellijk na het zetten van de omgekeerde auditie van links-rechts-systeem, in zes deelnemers. (A) de geconstrueerde links-rechts omgekeerd auditie systeem. (B) cosinus gelijkenis tussen perceptuele hoeken en teken-gereglementeerde fysieke hoeken in de normale (blauwe) en omgekeerd (rood) voorwaarden afgeplot tegen de (niet-gereglementeerde) fysieke hoeken, respectievelijk. Terwijl de fysieke hoeken direct voor de cosinus gelijkenis in de normale toestand gebruikt worden, worden de tekenen van fysieke hoeken omgekeerd in de omgekeerde toestand. (C) cosinus gelijkenis tussen perceptuele hoeken in de omgekeerde toestand en tegengesteld gearrangeerde perceptuele hoeken in de normale voorwaarde uitgezet tegen fysieke hoeken (paars). Dit cijfer is gewijzigd van Aoyama en Kuriki15. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Dit protocol geopenbaard perceptuele wijzigingen naar de omgekeerde auditie uit een relatief vroeg stadium tijdens de blootstelling van ongeveer 1 maand. Hoewel een gevoel van vreemdheid werd gemeld net na de blootstelling, het begon te dalen binnen een week na de blootstelling en bleef dalen verder na verloop van tijd. Spiegelbeeld geluiden werden geleidelijk gezien als normaal, die zich ook voorgedaan met visuele informatie en bewegingen. Een week na het einde van de blootstellingsperiode, alle wijzigingen keerde terug naar de pre blootstelling niveau. Dit protocol niet alleen perceptuele maar ook gedrags en neurale wijzigingen ten grondslag liggen aan de aanpassing gedetecteerd. Figuur 2 toont wijzigingen in gedrags- en neurale reacties tijdens de taak van de selectieve reactietijd na verloop van de blootstellingstijd in een representatieve deelnemer. Zoals blijkt uit figuur 2A, de gemiddelde reactietijden voor antwoord-onverenigbaar geluiden waren over het algemeen langer dan die voor de antwoord-compatibele geluiden uit de periode vóór blootstelling aan de derde week, maar werd iets korter in de vierde week. Deze relatieve inversie volgde de voorbijgaande rek van de gemiddelde reactietijden ongeacht de compatibiliteit in de tweede week. Na de blootstelling betekenen allemaal reactietijden keerde terug naar het eerste niveau. De MNE intensiteiten van de linker- en N1m onderdelen tentoongesteld soortgelijke ontwikkeling tot de gemiddelde reactietijden, zoals afgebeeld in figuur 2B, hoewel de relatie compatibel-onverenigbaar inversed was. De N1m componenten zijn verschillende auditieve evoked velden waargenomen bij ongeveer 90 ms na het goede begin, en hun bron bleek te bevinden in de bilaterale superieure temporele vliegtuigen met behulp van dSPMs. Over het geheel genomen de intensiteit in de stimulus-respons compatibel voorwaarden waren hoger dan die in de niet onverenigbaar voorwaarden uit de periode vóór blootstelling aan de derde week, maar waren iets lager in de vierde week. Deze relatieve inversie volgde de voorbijgaande verhoging van de steunintensiteit ongeacht compatibiliteit en lateralisatie in de tweede week. Na de blootstelling, keerde ze terug naar de oorspronkelijke niveaus.
Figuur 2: gedrags- en neurale reacties tijdens de taak van de selectieve reactietijd in een representatieve deelnemer. (A) reactietijden voor stimulus-respons compatibele en incompatibele voorwaarden betekenen. (B) links en rechts auditieve N1m intensiteiten voor stimulus-respons compatibele en incompatibele voorwaarden, zoals geëvalueerd door minimum-norm schattingen. Gele zones aan te geven een blootgesteld aan links-rechts omgekeerde auditie. Dit cijfer is gewijzigd van Aoyama en Kuriki15. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Bovendien, dit protocol bleek veranderingen in de functionele connectiviteit via de links en rechts auditieve en motor gebieden tijdens de taak van de selectieve reactietijd in twee deelnemers, zoals afgebeeld in Figuur 3. De functionele connectiviteit werd getest met de Granger causaliteit test op een drempel van p < 0.05. In eerste instantie deze auditieve-motor gebieden gecommuniceerd met elkaar ongeacht stimulus en respons. Echter, na blootstelling aan de omgekeerde auditie, de auditieve-motor-connectiviteit werd unstable. Met name in de tweede week was werd de connectiviteit van de auditieve-motor verstoord drastisch, vooral in de juiste motor-naar-auditieve feedback en links-naar-rechts motor communicatie. Onmiddellijk na dat de verbinding hersteld op het niveau van de eerste week, en keerde terug naar het eerste niveau na de blootstelling.
Figuur 3: de functionele connectiviteit van de auditieve-motor als getest door Granger causaliteit proeven tijdens de taak van de selectieve reactietijd in twee deelnemers. Rood, geel en geen pijl geeft het aantal deelnemers die betekenis op een drempel van p < 0.05 toonde (N = 2, 1 en 0, respectievelijk). LM en RM duiden in de zones links en rechts motor, respectievelijk, en LA en RA duiden in de zones links en rechts auditieve, respectievelijk. Dit cijfer is gewijzigd van Aoyama en Kuriki15. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het voorgestelde protocol gericht om een methodologie voor het bestuderen van de aanpassing aan de links-rechts omgekeerde auditie als een doeltreffend instrument voor het blootleggen van het aanpassingsvermogen van de mens naar een roman van de auditieve omgeving. Zoals blijkt uit de representatieve resultaten, bereikt de gebouwde toestellen links-rechts omgekeerde auditie met een hoge Spatio nauwkeurigheid. Hoewel de vorige toestellen voor omgekeerde auditie11,12,13,14 in het front auditieve veld meestal betrouwbaar waren, biedt dit protocol hoge prestaties in een geluidsbron 360º lokalisatie in combinatie met kenmerken van de hoorzitting. Bovendien, een mogelijke vertraging van 2 ms verloren via de elektrische pad in het systeem, dat is nooit geëvalueerd in andere elektronische toestellen13,14, wordt beschouwd als te verwaarlozen als gevolg van de menselijke temporele auditieve gezichtsscherpte22 . In tegenstelling tot de traditionele apparatuur van gebogen trompetten11,12 met een vreemd uiterlijk en ongemakkelijk passen, de omgekeerde auditie-systeem dat wordt gebruikt in het huidige protocol ziet eruit als een mobiele muziekspeler en maakt een deelnemer zich richten op het dagelijks leven zonder wekken nieuwsgierigheid of aandacht van andere personen. Op dit punt, is het zelfs superieur aan de toestellen voor omgekeerde zicht met behulp van prisma's1,2,3,4,5,6,7 . Inderdaad, zoals blijkt uit de representatieve resultaten, ongeveer 1 maand van het dragen van het toestel bereikt aanpassing aan de links-rechts omgekeerde auditie op perceptuele, gedrags, en neurale niveau. Net als in de vorige protocollen11,12,13,14was het vrij uitdagend zijn voor het uitvoeren van experimenten met veel deelnemers, vanwege de lange onderzoek periode en moeilijkheden in deelnemer werving. Individuele resultaten evenwel betrouwbare, rijke en waardevolle informatie over auditieve aanpassing (Zie voor details, Aoyama en Kuriki15). Dit protocol is daarom veel beter geschikt voor het vergemakkelijken van de aanpassing aan de omgekeerde auditie dan alle andere eerdere protocollen die niet aan merkbaar voorkennis over de aanpassing11,12, 13,14.
Als een uitgangspunt, moet de hoogste prioriteit in het voorgestelde protocol van de deelnemer veiligheid, gezondheid en zal tijdens de blootstelling aan de omgekeerde auditie. Om te bewaren deze, moet een waarnemer zorgvuldig en communiceren met de deelnemer zoveel mogelijk, vooral tijdens en onmiddellijk na de blootstellingsperiode. Als een van de voorwaarden onbevredigend zijn, kan een waarnemer de blootstelling moet onmiddellijk ophouden. Afgezien van dat is een van de belangrijkste stappen van het protocol te instrueren van de deelnemer om te ervaren van situaties waarbij hoge auditieve input voor zo lang mogelijk. In tegenstelling tot visuele gevallen waar de retinale input mooie ruimtelijke resolutie23,24 heeft, is blootstelling aan omgekeerde auditie minder effectief als gevolg van lage auditieve ruimtelijke resolutie25,26. Daarnaast, niet-milieu auditieve gebeurtenissen zelden treedt op in het dagelijks leven, tenzij een persoon wordt blootgesteld aan hoge auditieve input. Bovendien, het is niet genoeg voor geluiden directionele en lateralized, maar de geluiden moeten ook vergezeld gaan van andere zintuiglijke informatie of beweging ter vergemakkelijking van de aanpassing. Zonder deze stap, minder of zelfs geen adaptieve effect, wordt verwacht. Een andere belangrijke stap is om te instrueren van de deelnemer om te trainen voor een taak als voldoende mogelijk voordat de eerste neuroimaging experimenteren zodat taakprestaties convergeert op een bepaald niveau. Dit is noodzakelijk voor een nauwkeurige evaluatie van de adaptieve effect op gedrags en neurale reacties, want het is heel moeilijk om tussen de adaptieve en de taak effecten na verloop van tijd leren van elkaar gescheiden. Voorlopige vermindering van de taak effect dus leren bevordert verdere analyse van de aanpassing.
Dit protocol kan flexibel worden aangepast, afhankelijk van de beschikbaarheid van experimentele apparatuur en het doel van onderzoek. Bijvoorbeeld, om te valideren de lokalisatie van geluidsbron van het omgekeerde auditie-systeem, is het aanvaardbaar om in plaats daarvan een andere gevestigde methode voor lokalisatie van geluidsbron, in plaats van de digitale hoek gradenboog, en een voldoende rust geluiddichte kamer, in dienst van een echoloze kamer. De aanpassing aan de links-rechts omgekeerde auditie studeren, de blootstellingsperiode kan worden verkort of verlengd en de frequentie van neuroimaging kunnen lager of hoger, afhankelijk van de situatie. Voor verdere studie, is het raadzaam voor het uitvoeren van neuroimaging vaker na de blootstellingsperiode te onderzoeken het herstelproces na de aanpassing. Als neuroimaging niet beschikbaar is, is het mogelijk om te vervangen neuroimaging experimenten door gedrags experimenten. In dit protocol is er een mogelijkheid dat een deelnemer om tijdelijke opschorting van de blootstelling als gevolg van onvermijdelijke redenen verzoeken zal. Tenzij de deelnemer zijn toestemming om oordoppen invoegen in de oren de geschorste periode, de blootstelling dient te worden beëindigd als gevolg van onbekende herstel gevolgen voor wederaanpassing; een nieuw experiment moet worden begonnen met een andere deelnemer. Een ander mogelijk probleem is dat een evenwicht van de subjectieve geluidssterkte tussen linker en rechter geluiden onzeker als gevolg van fysiek contact met het systeem of om andere redenen wordt. In dat geval is het aanbevolen voor de deelnemer te bevestigen, met de ogen gesloten, als de geluiden die afkomstig zijn van de voorkant alleen zijn gelokaliseerd aan de voorzijde voor bijstelling van het volume.
Hoewel het huidige apparaat bleek hoge prestaties in 360° geluidsbron lokalisatie, de resultaten aangegeven een lichte perceptuele bias naar de tegen de roulatie, vooral voor geluiden van de recht-front en de links-rug-richtingen. Ervan uitgaande dat de koptelefoon goed in de deelnemer oorkanalen worden ingevoegd, twee mogelijkheden komen in aanmerking voor de asymmetrische vervorming van de lokalisatie: individuele akoestische eigenschappen en spill-over van unreversed geluiden. Akoestische eigenschappen zijn meestal gemodelleerd als overdracht hoofd-gerelateerde functies (HRTFs)27, en gemeenschappelijke HRTFs worden gebruikt voor elke deelnemer in de huidige versie van het apparaat zonder specifieke optimalisatie. Er is dus ruimte om het apparaat te verbeteren door uitvoering van individuele HRTFs voor elk oor en deelnemer. Lichte spill-over van unreversed geluiden is daarentegen relatief onbeheersbaar. Hoewel scheiding van microfoon en oortelefoon delen van het systeem vermindert de spill-over en gebruikelijke geluiden zijn onwaarschijnlijk dat merkbare beengeleiding28genereren, is het technisch moeilijk om te voorkomen dat de spill-over volledig op een draagbare manier. Bovendien, tijdens de blootstelling, het is bijna onmogelijk om te controleren van bot-uitgevoerd zelf geproduceerde stemmen; Dus, er is niets te doen, maar op zich te nemen van een symmetrische verdeling voor hen. Daarom wordt geconcludeerd dat de tenuitvoerlegging van individuele HRTFs de prioriteit van het apparaat verbeteren en meer doeltreffende aanpassing te bereiken.
Om onze kennis is dit de eerste succesvolle protocol vastgesteld voor het bestuderen van de lange termijn aanpassing aan de precieze links-rechts omgekeerde auditie met neuroimaging. Dit protocol heeft bovendien een groot potentieel voor uitgebreide toepasbaarheid in zowel de auditieve als de multisensorische onderzoek. Bijvoorbeeld, kan het systeem integratie van een microcomputer worden ingesteld voor het opwekken van verschillende wijzigingen in de auditieve ruimte, zoals een globaal naar rechts verschuiving of een compressie van auditieve ruimte naar het midden. Aangezien de verwerking van ruimtelijke informatie is concordantly over sensorische modaliteiten, zou veranderde auditieve ruimte een krachtig instrument om te onthullen van de mechanismen van multisensorische ruimtelijke herijking op een manier vergelijkbaar met Zwiers et al. 29, die de effecten van het dragen van Prisma lenzen met ruimtelijk gemeld gecomprimeerd visie op lokalisatie van geluidsbron. Tegenwoordig wordt het steeds populairder om te gebruiken op dit moment beschikbare technieken in een multimodaal wijze, zoals het gelijktijdige gebruik van EEG en fMRI30, en een vertraagde gecombineerd gebruik van Transcraniële hersenstimulatie en EEG/MEG31. Terwijl het gelijktijdige gebruik van twee neuroimaging technieken hun zwakheden samengebouwd compenseert, de vertraagde gecombineerd gebruik van neurostimulatie en neuroimaging technieken onthult brain functies die te nawerkingen veroorzaakt door de neurostimulatie met behulp van de neuroimaging. Met name, kan een experimentele regeling van dit protocol worden beschouwd als een uitgebreide versie van het laatste geval. Vergelijkbaar met de technieken van neurostimulatie, continu dragen van een draagbaar apparaat met ongewone zintuiglijke ruimte veroorzaakt nawerkingen van aanpassing. Deze effecten kunnen vervolgens worden gemeten door een neuroimaging techniek. Dus, de vertraagde gecombineerd gebruik van een draagbaar apparaat en een techniek neuroimaging onthult hersenfuncties gerelateerde aanpassing (zoals kort opgemerkt in Aoyama en Kuriki15). Vanuit een algemeen oogpunt, kan deze regeling bieden nieuwe inzichten in neuroimaging studies met een verscheidenheid van adaptieve effecten. Ter afronding, voorziet het huidige protocol, onder deze regeling, een veelbelovende methode voor het bestuderen van links-rechts omgekeerde auditie als een instrument om het aanpassingsvermogen van mensen aan een nieuwe context in het auditieve domein bloot te leggen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteur heeft niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd gedeeltelijk gesteund door een subsidie van JSPS KAKENHI Grant nummer JP17K00209. De auteur dankt Takayuki Hoshino en Kazuhiro Shigeta voor technische bijstand.
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).
