Summary
Die vorliegende Studie schlägt ein Protokoll, um die Anpassung an den rechts-links-umgekehrte Vorsprechen erreicht nur von tragbaren Geräten untersuchen mit Neuroimaging, was kann ein wirksames Instrument zur Aufdeckung der Anpassungsfähigkeit des Menschen an eine neue Umgebung, in der auditiven Bereich.
Abstract
Ein ungewöhnliche sensorische Raum ist eines der wirksame Instrumente, um den Mechanismus der Anpassungsfähigkeit des Menschen an eine neue Umgebung zu entdecken. Obwohl die meisten der bisherigen Studien Spezialbrillen mit Prismen verwendet, um ungewöhnliche Räume in den visuellen Bereich zu erreichen, hat eine Methodik für das Studium der Anpassung an ungewöhnliche akustische Räume noch nicht vollständig hergestellt werden. Diese Studie schlägt vor, ein neues Protokoll zum Aufbau, zu validieren und eine rechts-links-umgekehrte Stereo System mit nur tragbare Geräte zu verwenden und die Anpassung an den links-rechts studieren umgekehrt Vorsprechen mit Hilfe von Neuroimaging. Obwohl einzelne akustische Eigenschaften sind noch nicht implementiert, und leichte Spillover unreversed Sounds relativ unkontrollierbare ist, zeigt der konstruierten Apparat Hochleistungs in eine 360° Schallquelle Lokalisierung gepaart mit Anhörung Eigenschaften mit etwas Verspätung. Außerdem, es sieht aus wie eine mobile Musik-Player und kann einen Teilnehmer auf das tägliche Leben zu konzentrieren, ohne Neugier wecken oder die Aufmerksamkeit von anderen Personen. Da die Auswirkungen der Anpassung auf Wahrnehmungs-, Verhaltens- und neuronaler Ebene erfolgreich erkannt wurden, wird der Schluss gezogen, dass dieses Protokoll eine viel versprechende Methode stellt für Anpassung an rechts-links-umgekehrte Vorsprechen zu studieren, und ein wirksames Instrument für ist die Anpassungsfähigkeit des Menschen an eine neue Umgebungen im auditiven Bereich aufdecken.
Introduction
Anpassungsfähigkeit an eine neue Umgebung gehört zu den grundlegenden Funktionen für den Menschen, robust in jeder Situation zu leben. Ein wirksames Instrument für die Aufdeckung des Mechanismus der Klimaanpassungsfähigkeit beim Menschen ist eine ungewöhnliche sensorische Raum, der durch Apparate künstlich erzeugt wird. In den meisten der bisherigen Studien, die sich mit diesem Thema beschäftigen haben spezielle Brille mit Prismen verwendet, um zu erreichen rechts-links-umgekehrte Vision1,2,3,4,5 oder oben-unten umgekehrte Vision6,7. Darüber hinaus ergab Exposition gegenüber solchen Vision von wenigen Tagen bis zu mehr als einem Monat Wahrnehmungs- und Verhaltensstörungen Anpassung1,2,3,4,5, 6 , 7 (z.B. Fähigkeit Reiten ein Fahrrad2,5,7). Darüber hinaus regelmäßige Messungen der Aktivität des Gehirns mit Neuroimaging Techniken, z. B. Elektroenzephalographie (EEG)1Magnetoenzephalographie (MEG)3und funktionelle Kernspintomographie (fMRI)2, 4,5,7, haben Änderungen in der neuronalen Aktivität zugrunde liegen die Anpassung (z. B., bilaterale visuellen Aktivierung für einseitige visuelle Stimulation4, erkannt ( 5). Obwohl der Teilnehmer aussehen zu einem gewissen Grad seltsam wird und für den Betrachter des Teilnehmers Verkehrssicherungspflicht ist größte Vorsicht geboten, umgekehrte Vision mit Prismen bietet präzise dreidimensionale (3D) visuelle Informationen ohne jede Verzögerung in gewissem Sinne tragbar. Daher ist die Methodik für die Aufdeckung des Mechanismus der Klimaanpassungsfähigkeit relativ in den visuellen Bereich etabliert.
Im Jahre 1879 schlug Thompson ein Konzept des Pseudophone, "ein Instrument für die Untersuchung von der Gesetzen der binauralen Vorsprechen durch die Illusionen, die sie in die akustische Wahrnehmung des Raumes produziert"8. Allerdings wurden im Gegensatz zu den visuellen Fällen1,2,3,4,5,6,7, einige Versuche unternommen, die Anpassung an ungewöhnlichen zu studieren akustische Räume und keine spürbaren Kenntnis hat bis heute erhalten. Trotz einer langen Geschichte der Entwicklung von virtuellen auditive zeigt9,10sind tragbare Geräte zur Steuerung von 3D Vorsprechen selten entwickelt worden. Nur wenige Berichte untersucht daher die Anpassung an den rechts-links-umgekehrte Vorsprechen. Eine traditionelle Apparatur aus ein paar besteht gebogene Trompeten, die gekreuzt und eingefügt in die Gehörgänge des Teilnehmers in einem umgekehrt Weise11,12. In 1928, Young zunächst berichtete die Verwendung dieser überquerte Trompeten und trug sie kontinuierlich für 3 Tage bei den meisten oder insgesamt 85 h, Anpassung an rechts-links-umgekehrte Vorsprechen zu testen. Willey Et al. 12 erneut die Anpassung in drei Teilnehmer tragen die Trompeten für 3, 7 und 8 Tage, bzw. getestet. Die gebogene Trompeten leicht rechts-links-umgekehrte Vorsprechen vorgesehen, aber hatte ein Problem mit der Zuverlässigkeit der räumliche Genauigkeit, Tragbarkeit und seltsam aussehen. Eine erweiterte Apparat für die umgekehrte Audition ist ein elektronisches System, das in dem linken und rechten Kopf/Ohrhörer und Mikrofone umgekehrt angeschlossenen13,14sind. Ohtsubo Et al. 13 erreicht auditive Umkehr mit ersten jemals binaural Kopfhörer-Mikrofone, die an einem festen Verstärker angeschlossen waren und bewertet ihre Leistung. In jüngerer Zeit, Hofman Et al. 14 vernetzt füllen-in-Kanal Hörgeräte und Anpassung in zwei Teilnehmer, die die Hilfen für 49 h jeweils in 3 Tagen und 3 Wochen trug getestet. Obwohl diese Studien hohe Leistung der Schallquelle Lokalisierung im vorderen auditiven Bereich gemeldet haben, die Schallquelle Lokalisierung in dem Backfield und eine mögliche Verzögerung der elektrischen Geräte nie ausgewertet wurden. Vor allem in Hofman Et Al." s-Studie wurde der räumlichen Leistung der Hörgeräte für die Front 60 ° im Kopf fixiert Zustand und für die vorderen 150° im Kopf-freie Zustand, was auf unbekannte Omniazimuth Leistung garantiert. Darüber hinaus kann der Expositionszeit zu kurz, um Phänomene im Zusammenhang mit der Anpassung im Vergleich zu den längeren Fällen umgekehrte Vision2,4,5zu erkennen sein. Keine dieser Studien haben bildgebende Verfahren mit Hirnaktivität gemessen. Daher könnte die Unsicherheit in räumlich-zeitliche Genauigkeit, kurze Belichtungszeiten Perioden und die Nichtinanspruchnahme des Neuroimaging Gründe für die geringe Zahl der Berichte und die begrenzte Menge an Wissen über Anpassung, rechts-links-umgekehrte Vorsprechen.
Dank der jüngsten Fortschritte in tragbare Schalltechnik umgekehrt Aoyama und Kuriki15 ist es gelungen, bei der Konstruktion einer rechts-links-3D Audition verwenden nur tragbare Geräte, die vor kurzem zur Verfügung und erreicht das Omniazimuth-System mit hoher räumlich-zeitliche Genauigkeit. Darüber hinaus stellte ca. 1 Monat Belastung durch umgekehrte Vorsprechen mit der Vorrichtung einige repräsentative Ergebnisse für MEG Messungen. Auf der Grundlage dieses Berichts beschreiben wir in diesem Artikel ein detailliertes Protokoll einzurichten, zu validieren und nutzen das System, und die Anpassung an den links-rechts testen umgekehrt Vorsprechen mit Hilfe von Neuroimaging, die ohne das System in regelmäßigen Abständen durchgeführt wird. Dieser Ansatz gilt für die Aufdeckung der Anpassungsfähigkeit der Menschen auf eine neue Umgebung im auditiven Bereich.
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Protocol
Alle hier beschriebene Methoden wurden von der Ethik Ausschuss der Universität von Tokio Denki genehmigt. Für jeden Teilnehmer war Einwilligung eingeholt, nachdem der Teilnehmer eine ausführliche Erläuterung des Protokolls erhalten.
1. Setup des links-rechts umgekehrt Audition System
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Aufbau des umgekehrten Audition Systems ohne Teilnehmer
- Bereiten Sie eine lineare Puls-Code-Modulation (LPCM) Recorder, binauralen Mikrofone und binaurale in-Ear-Kopfhörer.
- Verbinden Sie die linken und rechten Linien der Mikrofone sauer LPCM-Recorder, so dass links-rechts umgekehrt analoge Tonsignale digitalisiert werden. Darüber hinaus Verbindungslinien Sie zwischen der linken und rechten der Kopfhörer direkt durch an den Recorder sodass die umgekehrte digitalisierte Signale sofort gespielt werden.
Hinweis: Bei Einsatz der binaural Kopfhörer-Mikrofone als binaural Kopfhörer, verwenden Sie nicht die Ohrhörer Teile um das Übergreifen der Klänge zu verringern, die durch die Mikrofon-Teile gehen. - Die Leichen der Mikrofone und Kopfhörer zusammen für jedes Ohr mit leichter Isolierung durch sound proofing Materialien, und bedecken Sie die Mikrofone mit dedizierten Windschutzscheiben für die Windgeräusche zu unterdrücken.
- Setzen Sie Akkus und eine große Kapazität High-Speed-Speicherkarte in den LPCM-Recorder und schalten Sie ihn ein. Die Aufnahmebedingungen richtig eingestellt in einer solchen Weise, dass die Tonsignale als LPCM-Format bei einer Abtastrate von 96 kHz mit 24-Bit-Tiefe auf der Speicherkarte aufgezeichnet werden.
- Legen Sie den Körper des Systems in eine handliche Tasche.
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Aufbau des umgekehrten Audition-Systems mit einem Teilnehmer
- Weisen Sie einen Teilnehmer die Ohrhörer des umgekehrten Audition Systems fest in die Gehörgänge einfügen.
- Trennen Sie die Linien für die linken und rechten Mikrofone und verbindet die Dominant-Ohr Seite gerade durch das Mikrofon an den Recorder.
- Weisen Sie die Teilnehmer abnehmen und auf der Dominant-Ohr-Seite des Systems wiederholt während der Einstellung der Lautstärke des Recorders, die subjektive Lautheit der direkten (normal) zu machen und indirekte (umgekehrt) klingt gleich (so nah wie möglich).
- Überprüfen Sie die Lautstärke für das nicht-dominanten Ohr als auch, und verbinden Sie alles, was die Linien des Systems wieder zu.
- Stellen Sie das System in der Teilnehmer-Tasche, beheben Sie die Schnüre auf der Kleidung der Teilnehmer entsprechend, damit sie nicht verheddern und unerwünschte Geräusche abholen.
2. Validierung der links-rechts umgekehrt Audition System
Hinweis: Führen Sie folgende Schritte zur Validierung des Rechts-Links-umgekehrte Vorsprechen Systems unabhängig von Experimenten, die Anpassung an die rechts-links-Umkehr zu studieren.
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Validierung der Schallquelle Lokalisierung des Systems der umgekehrte Audition
- Suchen Sie einen digitalen Winkelmesser deren Anfangsrichtung als 0 ° c in der Mitte von einem schalltoten Raum definiert ist und einen virtuellen Kreis zentriert an dieser Stelle mit einem Radius von 2 m. entlang des virtuellen Kreises zu übernehmen, markieren Sie 72 mögliche Schallquellen bei jeder 5°-180 ° auf 175 ° c in einem Uhrzeigersinn, und richten Sie Ebene Welle Lautsprecher an diesen Punkten auf die Mitte des Kreises gerichtet.
- Richten Sie eine Video-Kamera in der Nähe der Mitte des Raumes, die Anzeige der digitalen Winkelmesser aufzuzeichnen.
Hinweis: Da die Anzeige der Winkelmesser mit dem Winkelmesser Körper bewegt, das Sichtfeld des Videos groß genug, um alle möglichen Bereiche abdecken sollte. Darüber hinaus sollte die Videokamera sorgfältig platziert werden, um des Teilnehmers Sitzposition und die gute Präsentation nicht zu stören. - Zwei Sitzungen der Schallquelle Lokalisierung vorbereiten: in der ersten Sitzung, die Teilnehmer setzt nicht auf das umgekehrte Audition-System. In der zweiten Sitzung die Teilnehmer setzt auf das Gerät kalibriert es und prüft das System (wie in Schritt 1.2) so schnell wie möglich.
- Anleiten, bequem zu sitzen und mit verbundenen Augen in der Mitte der der Kreis nach unten eine 0° klingen Quelle und warten auf das Experiment zu starten.
- Durchführen Sie zwei Sitzungen der Schallquelle Lokalisierung. In beiden Sitzungen haben die Teilnehmer Verwendung der Winkelmesser, um die wahrgenommene Klangregie zeigen so genau wie möglich, ohne den Kopf zu bewegen.
- Für jede Sitzung starten Video-Aufnahme der Anzeige der Winkelmesser und vorhanden 1000-Hz-Töne bei 65 dB Schalldruckpegel (SPL) von jedem der Schallquellen: der Sound an einem Standort ist zufällig eingeschaltet, um den Klang an anderer Stelle alle 10 s so ein Art und Weise, dass jeder Standort einmal verwendet wird.
Hinweis: Hier verwenden wir MATLAB mit der Psychophysik Toolbox16,17,18. Obwohl diese Toolbox häufig verwendet, um Töne zu präsentieren, kann auch keine zuverlässige Stimulation-Software verwendet werden. - Stoppen Sie nach jeder Sitzung die Video-Aufzeichnung und weisen Sie die Teilnehmer eine Pause für die ausreichende Menge an Zeit.
- Lesen Sie die Testversion von Testversion Wahrnehmungs Winkel auf den Winkelmesser aus dem aufgezeichneten Video angezeigt, und bewerten Sie die räumlichen Leistung des umgekehrten Vorsprechen Systems durch einen Vergleich die Wahrnehmungs Winkel in den normalen und den umgekehrten Bedingungen gegen die physische Winkel, definiert durch die Richtung von Schallquellen.
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Validierung der Verzögerung des umgekehrten Audition Systems
- Setzen Sie das umgekehrte Audition-System auf einem Schreibtisch in einem ruhigen Raum mit keine Teilnehmer.
- Ziehen Sie eine Linie auf der linken Mikrofon und eine Ebene Welle Lautsprecher und den linken Kopfhörer so nah wie möglich an das richtige Mikrofon.
- Starten Sie direkte (normal) aus dem Lautsprecher und indirekte (umgekehrte) Sounds aus den linken Kopfhörer gleichzeitig durch das richtige Mikrofon Aufnahme.
- Vorhanden 1-ms klicken Sie Geräusche aus dem Lautsprecher mit einem moderaten inter-Stimulus-Intervall bei 65dB SPL.
- Aufhören Sie nach einer ausreichenden Anzahl von Studien zu präsentieren und die Klänge aufzunehmen.
- Um die symmetrische Konfiguration des Systems zu bestätigen, wiederholen Sie die Schritte oben mit der rechten Kopfhörer und das linke Mikrofon.
- Lesen Sie die aufgenommenen Sounddaten mit Software (z.B.MATLAB) und Werten Sie den Unterschied zwischen die Beginn-Zeiten der direkten (normal) Klänge und indirekte (umgekehrte) klingt das eine mögliche Verzögerung durch die Zeit verbracht auf der Durchreise entspricht aus der elektrische Pfad in das System.
(3) die Anpassung an den links-rechts studieren umgekehrt Audition
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Verfahren der Exposition gegenüber umgekehrte Audition
- Erinnern Sie die Teilnehmer immer wieder von ihrem Recht auf die Belichtung zu jeder Zeit zu beenden.
Hinweis: Beenden Sie die Belichtung so bald wie möglich meldet die Teilnehmer Krankheit oder wenn ein Beobachter Anzeichen bemerkt, dass der Teilnehmer die Exposition aus irgendeinem Grund beenden will. - Bereiten Sie eine ausreichende Anzahl von Ersatz Akkus und großräumigen High-Speed-Speicherkarten ermöglicht die Teilnehmer, sie jederzeit zu ersetzen.
- Weisen Sie der Teilnehmers zu tragen, zu kalibrieren, und überprüfen das umgekehrte Vorsingen-System selbst zur Zeit der Exposition, wie in Schritt 1.2 erläutert. Führen Sie die gleiche jedes Mal, wenn der Teilnehmer nach jeder Unterbrechung des Systems trägt.
- Weisen Sie die Teilnehmer alltägliche Aktivitäten ausführen während des Tragens des Systems kontinuierlich für etwa einen Monat, außer beim schlafen, Baden, Neuroimaging und anderen Notfall Zeiten. Bitten Sie in diesen Fällen die Teilnehmer, das System zu entfernen und legen sofort Ohrstöpsel ins Ohr zu Wiederherstellung der Anpassung zu verhindern.
Hinweis: Obwohl es ideal für die Teilnehmer, das System alle Tag und Nacht zu tragen ist, ist es dringend empfohlen, dass das System nicht beim schlafen und Baden um unerwartete laute Geräusche und elektrische Schläge zu vermeiden bzw. getragen werden. - Ersetzen Sie die Batterien und Speicherkarten routinemäßig vor Erschöpfung der Batterie und Speicher Überkapazitäten, bzw.. Entfernen Sie das System und ersetzen Sie es mit Ohrstöpseln schnell an einem stillen Ort ohne jeden Ton zu produzieren.
- Wenn ein Teilnehmer muss außen, Antrieb bewegen der Teilnehmer in einem Auto, begleiten die Teilnehmer unterwegs, oder bitten, sichere Transportmittel für Handlungen allein verwenden.
Hinweis: Große Vorsicht geboten, der Forscher um die Teilnehmer Sicherheit während der Expositionszeit nicht zu gefährden, insbesondere wenn der Teilnehmer geht außerhalb. Verbieten Sie den Teilnehmer von der Durchführung gefährlicheren Verhaltensweisen. - Um die Anpassung zu erleichtern, weisen Sie die Teilnehmer erleben Sie Situationen, in denen hohe auditive Input, wie zu Fuß in ein Einkaufszentrum oder ein Gelände, ein Gespräch mit mehr als zwei Personen und Wiedergabe von 3D Video-Spiele, so lange wie möglich.
- Weisen Sie die Teilnehmer führen ein Tagebuch oder stellen einen subjektiven Bericht für einem Beobachter so oft wie möglich über Wahrnehmungs- und verhaltensbezogene Veränderungen, erfahrene Veranstaltungen und alles, was die Teilnehmer bemerkt.
- Weisen Sie nach Exposition Zielperiode die Teilnehmer das umgekehrte Vorsprechen System abzulegen.
Hinweis: Es ist auch wichtig, über die Wahrnehmungs- und verhaltensbezogenen Veränderungen folgen um den Recovery-Prozess von der Adaption an rechts-links-umgekehrte Audition zu untersuchen.
- Erinnern Sie die Teilnehmer immer wieder von ihrem Recht auf die Belichtung zu jeder Zeit zu beenden.
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Neuroimaging während der Exposition gegenüber umgekehrte Audition
- Weisen Sie die Teilnehmer auf eine Aufgabe zu trainieren, die während der Neuroimaging Experimente als ausreichend wie möglich verwendet werden.
- Zum Beispiel trainieren Sie die Teilnehmer durchführen, eine selektive Reaktion Zeit Aufgabe in zwei Bedingungen, kompatiblen und inkompatiblen15. Die kompatible Bedingung besteht sofort zu reagieren, um den rechten Ohr Klang mit dem rechten Zeigefinger und dem linken Ohr Klang mit dem linken Zeigefinger. Die unvereinbare Bedingung besteht sofort zu reagieren, um den rechten Ohr Klang mit dem linken Zeigefinger und dem linken Ohr Klang mit dem rechten Zeigefinger.
- Verwenden Sie 1000-Hz-Töne bei 65 dB SPL für 0,1 s mit einem inter-Stimulus-Intervall von 2,5 – 3,5 s, das Ohr beiderseits pseudorandomly erscheint.
- Führen Sie vor der Belichtung zu umgekehrten Vorsprechen eine Neuroimaging-Experiment unter der ausgebildeten Aufgabe.
- Z. B. zeichnen Sie MEG oder EEG Antworten sowie die linken und rechten Finger Antworten unter der selektiven Reaktionszeit Aufgabe15 auf. Die Aufgabe besteht darin, zwei kompatible und zwei inkompatible Blöcke, die Alternativ, mit einem Inter Block-Intervall von mindestens 30 angeordnet sind s, und mit Klängen erscheinen 80mal pro Block durch die eingefügten Ohrhörer mit Kunststoff Ohr Röhrchen.
Hinweis: Obwohl ein 122-Kanalsystem MEG in Aoyama und Kuriki15verwendet wurde, ist ein Multi-Kanal-EEG-System auch geeignet für dieses Protokoll. - Für die MEG/EEG festgelegt Aufzeichnung, die Sampling-Rate bei 1 kHz und analoge Aufzeichnung Durchlassbereich bei 0,03 – 200 Hz.
- Z. B. zeichnen Sie MEG oder EEG Antworten sowie die linken und rechten Finger Antworten unter der selektiven Reaktionszeit Aufgabe15 auf. Die Aufgabe besteht darin, zwei kompatible und zwei inkompatible Blöcke, die Alternativ, mit einem Inter Block-Intervall von mindestens 30 angeordnet sind s, und mit Klängen erscheinen 80mal pro Block durch die eingefügten Ohrhörer mit Kunststoff Ohr Röhrchen.
- Während ca. 1 Monat Belichtung zum umgekehrten Casting führen Sie Neuroimaging Experimente unter der ausgebildeten Aufgabe jede Woche ohne das umgekehrte Audition-System in genau der gleichen Weise wie die Vorbelichtung Experiment (Schritt 3.2.2).
Hinweis: Das System ist entfernt unmittelbar vor und unmittelbar nach jedem Experiment aufsetzen. - Führen Sie eine Woche nach der Exposition eine Neuroimaging-Experiment unter der ausgebildeten Aufgabe genauso wie die Vorbelichtung Experiment (Schritt 3.2.2).
- Analysieren Sie die gesammelten Daten vor, während und nach der Exposition zu links-rechts umgekehrt Vorsprechen.
- Beispielsweise nach der Ablehnung der Epochen mit Auge-bezogene Artefakte kontaminiert, entfernen den Offset in der Pre-Stimulus-Intervall und Einstellung der Tiefpass-Filterung auf 40 Hz, durchschnittliche MEG/EEG-Daten von 100 ms vor auf 500 ms nach dem sound einsetzen für die Reiz-Reaktions-kompatiblen und inkompatiblen Bedingungen-15.
- Schätzen Sie mit Hilfe eines multinationalen Unternehmens Software Paket19,20, die Quellen der Aktivität des Gehirns mit dynamischen parametrische statistische Karten (dSPMs) auf kortikale Oberfläche Bilder überlagert und quantifizieren die Intensitäten der Aktivität des Gehirns mit Minimum-Norm schätzt (multinationale Unternehmen) für jeden Zeitpunkt der gemittelten Daten.
- Berechnen der auditiven Motor funktionelle Verknüpfung von Single-Trial Null-Mittelwert MEG/EEG-Daten von 90 auf 500 ms nach dem sound einsetzen für jede Bedingung
Hinweis: Hier verwenden wir MATLAB mit der multivariaten Granger Kausalität Toolbox-21. - Berechnen Sie für die Verhaltensdaten der mittleren Reaktionszeiten für die Reiz-Reaktions-kompatiblen und inkompatiblen Bedingungen.
- Weisen Sie die Teilnehmer auf eine Aufgabe zu trainieren, die während der Neuroimaging Experimente als ausreichend wie möglich verwendet werden.
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Representative Results
Die repräsentativen Ergebnisse hier gezeigten basieren auf Aoyama und Kuriki15. Dieses Protokolls erreicht rechts-links-umgekehrte Vorsprechen mit hoher räumlich-zeitliche Genauigkeit. Abbildung 1 zeigt die Lokalisation der Schallquelle in Richtungen über 360° vor und sofort nach dem Aufsetzen auf das umgekehrte Vorsprechen rechts-links-System (Abbildung 1A), in sechs Teilnehmer, wie durch die Ähnlichkeit der Kosinus. Wie in Abbildung 1 bgezeigt, die Wahrnehmungs Winkel in den normalen Zustand waren ganz gut korreliert mit den körperlichen Winkeln (positive Korrelation angepasst R2 = 0,99). Die wahrnehmbaren Winkel in die umgekehrte Bedingung waren auch gut korreliert mit den körperlichen Winkeln (negative Korrelation, angepasste R2 = 0,96; siehe auch Abbildung 4 in Aoyama und Kuriki15), zwar gab es eine leichte perzeptuelle Voreingenommenheit gegenüber der Linksdrehung, vor allem für Geräusche aus der rechts vorne und der linken Abwehrseite Richtungen. Insbesondere wurden die Wahrnehmungs Winkel in die umgekehrte Bedingung mehr korreliert mit die gegenüberliegend angeordneten Wahrnehmungs Winkel in den normalen Zustand (angepasst R2 = 0,98) als die körperliche Winkel, wie in gezeigt Abbildung 1. Darüber hinaus wurde eine mögliche Verzögerung des Systems auf eine konstante 2 Frau dieses Protokolls erreicht auch eine natürliche tragen aussehen wie Musikhören mit einem mobilen Musik-Player, dadurch Vermeidung von Stress, von anderen Personen wahrgenommen werden geschätzt.
Abbildung 1: Sound-Quelle Lokalisierung in 360° Richtungen vor und unmittelbar nach dem System der rechts-links-umgekehrte Vorsingen in sechs Teilnehmer anziehen. (A) die konstruierte links-rechts umgekehrt Vorsprechen System. (B) Kosinus Ähnlichkeit zwischen Wahrnehmungs Winkel und körperliche Zeichen geregelt Winkel in der normalen (blau) und umgekehrt (rote) Bedingungen aufgetragen gegen (ungeregelt) körperlichen Winkeln, beziehungsweise. Während die körperlichen Winkel direkt für die Kosinus-Ähnlichkeit in den normalen Zustand verwendet werden, sind die Zeichen der körperlichen Winkel in die umgekehrte Bedingung invertiert. (C) Kosinus Ähnlichkeit zwischen Wahrnehmungs Winkel in die umgekehrte Bedingung und gegenüberliegend angeordneten Wahrnehmungs Winkel in den normalen Zustand aufgetragen gegen körperliche Winkel (lila). Diese Zahl wurde von Aoyama und Kuriki15geändert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Dieses Protokolls offenbarte wahrnehmbare Veränderungen der umgekehrte Audition in einem relativ frühen Stadium während der Belichtung ca. 1 Monat. Obwohl ein Gefühl der Fremdheit nur nach der Exposition berichtet wurde, es begann, innerhalb einer Woche nach der Exposition zu verringern und weiterhin fallen im Laufe der Zeit weiter. Spiegelbild Klänge wurden allmählich als Normal, wahrgenommen, die auch mit visuellen Informationen und Bewegungen aufgetreten. Eine Woche nach dem Ende der Expositionszeit kehrten alle Änderungen, die vor der Exposition Niveau zurück. Dieses Protokoll erkannt nicht nur Wahrnehmung, aber auch Verhaltens- und neuronale Veränderungen zugrunde liegt die Anpassung. Abbildung 2 zeigt Änderungen in Verhaltens- und neuronale Reaktionen während der selektiven Reaktionszeit Aufgabe über die Belichtungszeit in einem repräsentativen Teilnehmer. Wie in Abbildung 2Agezeigt, die mittleren Reaktionszeiten für Antwort-unvereinbar klingt waren insgesamt länger als diejenigen für die Antwort-kompatible Klänge aus der Zeit vor der Exposition in der dritten Woche, aber in der vierten Woche etwas kürzer wurde. Diese relative Umkehrung folgte die vorübergehende Verlängerung der mittleren Reaktionszeiten unabhängig von Kompatibilität in der zweiten Woche. Nach der Exposition meine alle Reaktionszeiten auf das Ausgangsniveau zurück. Die MNE Intensitäten der linken und rechten N1m Komponenten ausgestellt ähnliche Tendenzen, die mittleren Reaktionszeiten, wie in Abbildung 2 b, obwohl die kompatibel-inkompatible Beziehung umgekehrt war. Die N1m Komponenten sind unterschiedliche akustische evozierte Felder beobachtet bei etwa 90 ms nach soliden auftreten, und ihre Quelle befindet sich in der bilateralen höheren zeitlichen Ebenen mit dSPMs bestätigt wurde. Insgesamt die Intensitäten in den Reiz-Reaktions-kompatibel-Bedingungen waren höher als in die Inkompatibilität aus der Zeit vor der Exposition in der dritten Woche, aber etwas niedriger in der vierten Woche. Diese relative Umkehrung folgte die vorübergehende Verbesserung der Intensitäten unabhängig von Kompatibilität und Lateralität in der zweiten Woche. Sie kehrten nach der Exposition auf das ursprüngliche Niveau.
Abbildung 2: Verhaltens- und neuronale Reaktionen während der selektiven Reaktionszeit Aufgabe in einer repräsentativen Teilnehmer. (A) Reaktionszeiten für Reiz-Reaktions-kompatible und inkompatible Bedingungen bedeuten. (B) links und rechts auditive N1m Intensitäten für Reiz-Reaktions-kompatiblen und inkompatiblen Bedingungen, als Minimum-Norm Schätzungen bewertet. Gelbe Zonen geben Sie einen Zeitraum ausgesetzt, rechts-links-umgekehrte Vorsprechen. Diese Zahl wurde von Aoyama und Kuriki15geändert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Ergab darüber hinaus dieses Protokolls Änderungen in die funktionelle Verknüpfung über Links und rechts auditive und motorischen Areale während der selektiven Reaktionszeit Aufgabe in zwei Teilnehmer, wie in Abbildung 3dargestellt. Die funktionelle Verknüpfung wurde mit dem Granger-Kausalität-Test bei einem Schwellenwert von p < 0,05 getestet. Zunächst kommuniziert diese Bereiche auditive-Motor mit einander unabhängig von Reiz und Reaktion. Jedoch wurde nach Exposition gegenüber dem umgekehrten Vorsprechen, die auditive-Motor-Konnektivität instabil. Vor allem in der zweiten Woche wurde die auditive-Motor-Konnektivität drastisch, vor allem in den rechten Motor-zu-auditive Feedback und links-nach-rechts motor Kommunikation gestört. Unmittelbar danach die Konnektivität auf der Ebene der ersten Woche erholt und nach der Exposition auf das Ausgangsniveau zurück.
Abbildung 3: auditive Motor funktionelle Verknüpfung als geprüfte Granger Kausalität Tests während der selektiven Reaktionszeit Aufgabe in zwei Teilnehmer. Rot, gelb und keine Arrow(s) geben Sie die Anzahl der Teilnehmer, die Bedeutung bei einem Schwellenwert von p < 0,05 zeigte (N = 2, 1 und 0, beziehungsweise). LM und RM bezeichnen Bereiche links und rechts motor, bzw., und LA und RA bezeichnen jeweils linke und rechts auditive Bereichen. Diese Zahl wurde von Aoyama und Kuriki15geändert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Das vorgeschlagene Protokoll zielte darauf ab, eine Methodik zur Anpassung an die rechts-links-umgekehrte Vorsprechen als ein wirksames Instrument zur Aufdeckung der Anpassungsfähigkeit des Menschen zu einer neuartigen auditive Umwelt studieren entwickeln. Wie die repräsentativen Ergebnisse belegt, erreicht konstruierten Apparat rechts-links-umgekehrte Vorsprechen mit hoher räumlich-zeitliche Genauigkeit. Obwohl die früheren Apparate für umgekehrte Vorsprechen11,12,13,14 im vorderen auditiven Bereich meist zuverlässig waren, bietet dieses Protokoll hohen Leistung in einer 360-Grad-Schallquelle Lokalisierung mit Anhörung Merkmale gekoppelt. Darüber hinaus eine mögliche Verzögerung von 2 ms verloren durch den elektrischen Weg in das System, das nie in andere elektronische Geräte13,14ausgewertet wurde, gilt aufgrund der menschlichen zeitlichen auditive Schärfe22 vernachlässigbar . Im Gegensatz zu den traditionellen Apparat der gebogenen Trompeten, die11,12 mit einem seltsam aussehen und unbequem zu passen, das umgekehrte Vorsprechen System verwendet dieses Protokoll sieht aus wie eine mobile Musik-Player und kann einen Teilnehmer konzentrieren Sie sich auf das tägliche Leben ohne wecken Neugier und Aufmerksamkeit von anderen Personen. An dieser Stelle ist es sogar besser als die Apparate für umgekehrte Vision mit Prismen1,2,3,4,5,6,7 . In der Tat, wie die repräsentativen Ergebnisse belegt, etwa 1 Monat tragen das Gerät Anpassung an rechts-links-umgekehrte Vorsprechen auf Wahrnehmungs-, Verhaltens- und neuronaler Ebene erreicht. Wie in früheren Protokollen11,12,13,14war es ziemlich schwierig durchzuführenden Experimente mit vielen Teilnehmern, aufgrund der langen Laufzeit und Schwierigkeiten bei der Teilnehmer Rekrutierung. Jedoch Einzelergebnisse zuverlässig, reiche und wertvolle Informationen über akustische Anpassung zur Verfügung (Näheres siehe Aoyama und Kuriki15). Dieses Protokoll ist daher viel besser geeignet für die Erleichterung der Anpassung an die umgekehrte Vorsprechen als andere frühere Protokolle, die merklich voraus wissen über die Anpassung11,12versagt haben, 13,14.
Als grundlegende Prämisse sollte die höchste Priorität in das vorgeschlagene Protokoll werden die Teilnehmer Sicherheit, Gesundheit, und wird während der Exposition gegenüber dem umgekehrten Vorsprechen. Um diese zu erhalten, muss ein Beobachter achten und kommunizieren mit dem Teilnehmer so viel wie möglich, vor allem während und unmittelbar nach der Expositionszeit. Wenn eine der Bedingungen nicht zufriedenstellend sind, muss ein Beobachter die Belichtung sofort stoppen. Davon abgesehen, ist einer der wichtigsten Schritte des Protokolls weisen Sie die Teilnehmer, Situationen, in denen hohe auditiven Input für so lange wie möglich zu erleben. Im Gegensatz zu visuellen Fälle, wo die Netzhaut Eingabe räumliche Feinauflösung23,24, ist die Exposition gegenüber umgekehrte Vorsprechen durch geringe auditive räumliche Auflösung25,26weniger wirksam. Darüber hinaus treten nicht-Umweltereignisse auditive selten im täglichen Leben, wenn hohe auditive Eingänge eine Person ausgesetzt ist. Darüber hinaus es ist nicht genug für Klänge, Richtungs- und lateralisierten sein, aber die Geräusche sollten auch Begleitung andere sensorische Informationen oder Bewegung, um die Anpassung zu erleichtern. Ohne diesen Schritt, niedriger oder sogar keine adaptive Wirkung erwartet. Ein weiterer wichtiger Schritt ist, die Teilnehmer auf eine Aufgabe als ausreichend trainieren, bevor die ersten Neuroimaging experimentieren, damit konvergiert Aufgabenwahrnehmung auf einem bestimmten Niveau zu unterrichten. Dies ist notwendig für eine genaue Bewertung der adaptive Wirkung auf Verhaltens- und neuronalen Antworten, weil es ziemlich schwierig, zwischen die adaptive und die Aufgabe, die Lerneffekte im Laufe der Zeit zu trennen. Vorläufige Reduktion der Lerneffekt so Aufgabe fördert weitere Analyse der Anpassung.
Dieses Protokoll kann flexibel geändert werden, abhängig von der Verfügbarkeit von experimentelle Ausstattung und der Zweck der Studie. Zum Beispiel um die Schallquelle Lokalisierung des Systems der umgekehrte Vorsprechen zu validieren, ist es akzeptabel, eine weitere etablierte Methode für die Schallquelle Lokalisierung, anstelle der digitalen Winkelmesser und einem ausreichend ruhig schalldichten Raum stattdessen beschäftigen von einem schalltoten Raum. Um die Anpassung an den rechts-links-umgekehrte Vorsprechen zu studieren, kann der Expositionszeit entweder verkürzt oder verlängert werden kann und die Häufigkeit von Neuroimaging entweder niedriger oder höher, je nach Situation. Für weitere Studie empfiehlt es sich, Neuroimaging häufiger nach der Expositionszeit zu untersuchen, die Recovery-Prozess nach der Anpassung durchführen. Neuroimaging nicht verfügbar ist, ist es möglich, Neuroimaging Experimente durch Verhaltensexperimente ersetzen. In diesem Protokoll gibt es eine Möglichkeit, dass ein Teilnehmer zeitweilige Aussetzung der Exposition aus unvermeidlichen Gründen fordern wird. Es sei denn, der Teilnehmer verpflichtet sich Ohrenstöpsel in die Ohren in der angehaltenen Zeit einfügen, sollte die Exposition aufgrund unbekannter Erholung Auswirkungen auf Anpassung eingestellt werden; ein neues Experiment sollte mit einem anderen Teilnehmer gestartet werden. Ein weiteres mögliches Problem ist, dass ein Gleichgewicht der subjektiven Lautstärke zwischen linken und rechten Sounds durch körperlichen Kontakt mit dem System oder aus anderen Gründen unsicher wird. In diesem Fall empfiehlt es sich für den Teilnehmer, mit geschlossenen Augen zu bestätigen, wenn die Geräusche von vorne nur an der Vorderseite lokalisiert sind, bevor die Lautstärke nachregeln.
Obwohl das vorliegende Gerät hohen Leistung in 360° Schallquelle Lokalisierung zeigte, zeigten die Ergebnisse eine leichte Wahrnehmungs Voreingenommenheit gegenüber Linksdrehung, vor allem für Geräusche aus der rechts vorne und der linken Abwehrseite Richtungen. Geht man davon aus, dass die Ohrhörer des Teilnehmers Gehörgänge richtig eingefügt werden, gelten als zwei Möglichkeiten für die asymmetrische Verzerrung der Lokalisierung: individuelle akustische Eigenschaften und Übergreifen des unreversed klingt. Akustische Eigenschaften sind in der Regel als Head-related Transfer Funktionen (HRTFs)27modelliert, und gemeinsame HRTFs werden für jeden Teilnehmer in der aktuellen Version des Geräts ohne gezielte Optimierung verwendet. So gibt es Zimmer, die Vorrichtung zu verbessern durch die Umsetzung individueller HRTFs für jedes Ohr und Teilnehmer. Im Gegensatz dazu ist leichte Spillover unreversed klingt relativ unkontrollierbar. Obwohl die Trennung von Mikrofon und Kopfhörer Teile des Systems reduziert das übergreifen und üblichen Geräusche sind kaum wahrnehmbar Knochenleitung28zu generieren, ist es technisch schwierig, das Übergreifen auf tragbare Weise vollständig zu verhindern. Darüber hinaus während der Belichtung ist es fast unmöglich, Knochen durchgeführt selbstproduzierte stimmen zu kontrollieren; so gibt es nichts zu tun, sondern eine symmetrische Verteilung für sie übernehmen. Daher wird davon ausgegangen, dass die Umsetzung der einzelnen HRTFs die Priorität verbessern den Apparat und erzielen eine wirksamere Anpassung.
Unseres Wissens ist dies das erste erfolgreiche Protokoll für die Untersuchung der langfristigen Anpassung an präzise rechts-links-umgekehrte Vorsprechen mit Neuroimaging gegründet. Darüber hinaus hat dieses Protokoll ein großes Potenzial für umfangreiche Anwendbarkeit in der auditiven und multisensorische Forschung. Beispielsweise könnte das System mit einem Mikrocomputer induzieren verschiedene Änderungen im auditiven Raum, wie eine insgesamt rechts Verschiebung oder eine Kompression der akustische Raum in Richtung der Mitte eingerichtet werden. Da Rauminformationen übereinstimmend über Sinnesmodalitäten verarbeitet wird, könnte veränderten akustischen Raum ein starkes Werkzeug, um Mechanismen der multisensorischen räumliche Rekalibrierung in einer Weise ähnlich wie Zwiers Et Al. zeigen werden. 29, der die Wirkungen des Tragens Prisma Objektive mit räumlich komprimiert Vision zur Schallquelle Lokalisierung. Heute, es wird immer beliebter, derzeit verfügbare Techniken in einer multimodalen Weise, wie die gleichzeitige Verwendung von EEG und fMRI30, zu verwenden und eine verzögerte kombinierten Einsatz der transkraniellen Hirnstimulation und EEG/MEG31. Während die gleichzeitige Verwendung von zwei bildgebende Verfahren gegenseitig ihre Schwächen ausgleicht, die verzögerte kombinierten Einsatz der Neurostimulation und Neuroimaging Techniken zeigt-Funktionen im Zusammenhang mit Nachwirkungen verursacht Gehirn durch die Neurostimulation mit der Neuroimaging. Insbesondere kann ein experimentelles System dieses Protokolls als eine erweiterte Version des letzteren Fall betrachtet werden. Ähnlich wie die Neurostimulation Techniken, kontinuierliche bewirkt, dass das Tragen eines tragbaren Geräts mit ungewöhnliche sensorische Raum Nachwirkungen der Anpassung. Diese Effekte können dann durch eine bildgebende Technik gemessen werden. Daher die verzögerte kombinierten Einsatz eines tragbaren Geräts und eine bildgebende Technik zeigt Funktionen des Gehirns im Zusammenhang mit Anpassung (wie kurz in Aoyama und Kuriki15). Aus allgemeiner Sicht kann dieses Schema neue Einblicke in die Neuroimaging Studien mit einer Vielzahl von adaptive Effekte bieten. Zusammenfassend bietet dieses Protokolls im Rahmen dieser Regelung eine viel versprechende Methode für das Studium der rechts-links-umgekehrte Vorsprechen als ein Werkzeug, um die Anpassungsfähigkeit des Menschen in eine neue Umgebung im auditiven Bereich aufzudecken.
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Disclosures
Der Autor hat nichts preisgeben.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde teilweise durch einen Zuschuss von JSPS KAKENHI Grant Nummer JP17K00209 unterstützt. Der Autor dankt Takayuki Hoshino und Kazuhiro Shigeta für technische Hilfe.
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/ |
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