En metode til at studere tilpasning til venstre-højre vendt Audition
Summary
Den nuværende undersøgelse foreslår en protokol for at undersøge tilpasning til venstre-højre vendt audition opnåede kun af bærbare enheder, brug neuroimaging, som kan være et effektivt redskab til at afdække tilpasningsevne af mennesker til et nyt miljø i den auditive domæne.
Abstract
En usædvanlig sensoriske plads er en af de effektive redskaber til at afdække mekanismen for tilpasning af mennesker til et nyt miljø. Selv om de fleste af de tidligere undersøgelser har brugt specielle briller med prismer for at opnå usædvanlige rum i den visuelle domæne, har en metode til at studere tilpasning til usædvanlige auditive rum endnu til at være fuldt ud etableret. Dette studie foreslår en ny protokol til set-up, validere og anvende en venstre-højre vendt stereofonisk system ved hjælp af kun bærbare enheder, og at studere tilpasning til venstre-højre vendt audition med hjælp fra neuroimaging. Selv om enkelte akustiske egenskaber ikke er endnu implementeret, og let afsmitning af retvendt lyde er relativt ukontrollabel, viser konstrueret apparatet høj ydeevne i en 360° lydkilde lokalisering kombineret med hørelse egenskaber med lidt forsinkelse. Desuden, det ligner en mobile musikafspiller og gør det muligt for en deltager at fokusere på dagligdagen uden at vække nysgerrighed eller henlede opmærksomheden af andre personer. Da virkningerne af tilpasning blev korrekt registreret på perceptuelle, adfærdsmæssige og neurale niveau, konkluderes det at denne protokol giver en lovende metode til at studere tilpasning til venstre-højre vendt audition, og er et effektivt værktøj til afsløring af mennesker til en roman miljøer i domænet auditive tilpasningsevne.
Introduction
Tilpasningsevne til en roman miljø er en af de grundlæggende funktioner for mennesker at leve håndfast i enhver situation. Et effektivt redskab til at afdække mekanismen af miljømæssige tilpasningsevne hos mennesker er en usædvanlig sensoriske plads, der er kunstigt produceret af apparater. I fleste af de tidligere undersøgelser beskæftiger sig med dette emne, er specielle briller med prismer blevet brugt til at opnå venstre-højre vendt vision1,2,3,4,5 eller op-ned tilbageførte vision6,7. Derudover har udsættes for sådanne vision fra et par dage til mere end en måned afsløret perceptuelle og adfærdsmæssige tilpasning1,2,3,4,5, 6 , 7 (fx, mulighed for at ride en cykel2,5,7). Desuden periodiske målinger af hjerneaktivitet med neuroimaging teknik, såsom electroencefalografi (EEG)1, magnetoencephalography (MEG)3og funktionel magnetisk resonans imaging (fMRI)2, 4,5,7, har registreret ændringer i den neurale aktivitet underliggende tilpasning (fx, bilaterale visuelle aktivering for ensidige visuel stimulation4, 5). selv om deltagerens udseende bliver mærkeligt til en vis grad og stor omhu er nødvendig for observatør at opretholde deltagerens sikkerhed, tilbageførte vision med prismer giver præcise tredimensionale (3D) visuel information uden enhver forsinkelse i wearable måde. Derfor, metoden til afsløring af mekanismen af miljømæssige tilpasningsevne er relativt etableret i det visuelle domæne.
I 1879 foreslog Thompson et koncept for pseudophone, “et instrument til undersøgelse af binaural audition lovgivning ved hjælp af de illusioner, det producerer i akustisk opfattelsen af rummet”8. Men i modsætning til den visuelle tilfælde1,2,3,4,5,6,7, få man har forsøgt at studere tilpasning til usædvanlige auditive rum, og ingen mærkbar viden er opnået til dato. Trods en lang historie for at udvikle virtuelle auditive viser9,10, er bærbare apparater for at kontrollere 3D audition sjældent udviklet. Derfor undersøgt kun et par rapporter tilpasning til venstre-højre vendt audition. En traditionel apparatet består af et par buet trompeter, som er krydset og indsættes i en deltagers øre kanaler i en omvendt måde11,12. I 1928, unge først rapporteret anvendelse af disse krydsede trompeter og bar dem konstant i 3 dage på de fleste eller i alt 85 h at teste tilpasning til venstre-højre vendt audition. Willey et al. 12 efterprøvet tilpasning i tre deltagere iført trompeter for 3, 7 og 8 dage, henholdsvis. De buede trompeter nemt leveres højre-tilbageførte audition, men havde et problem med pålideligheden af rumlig nøjagtighed, slidstyrke og mærkeligt udseende. En mere avanceret apparatur til den tilbageførte audition er et elektronisk system, hvor venstre og højre linjer af hoved/øretelefoner og mikrofoner er omvendt forbundet13,14. Ohtsubo et al. 13 opnåede auditive vending ved hjælp af de første nogensinde binaural hovedtelefon-mikrofoner, som var forbundet til en fast forstærker og vurderes dens ydeevne. Mere nylig, Hofman et al. 14 tværbunden komplet i kanalen høreapparater og testet tilpasning i to deltagere, der bar aids for 49 h i 3 dage og 3 uger, henholdsvis. Selv om disse undersøgelser har rapporteret højtydende af lydkilde lokalisering i feltet front auditive, lydkilde lokalisering i backfield og en potentiel forsinkelse af elektriske anordninger er aldrig blevet evalueret. Især i Hofman et al.‘ s undersøgelse, rumlige udførelsen af høreapparater var garanteret for front 60° i hoved-fast tilstand og den forreste 150° i hoved-fri tilstand, tyder på ukendt omniazimuth ydeevne. Perioden eksponering kan endvidere være for kort til at registrere fænomener relateret til tilpasning sammenlignet med de længere tilfælde vendt vision2,4,5. Ingen af disse studier har målt hjerneaktivitet med neuroimaging teknik. Derfor, usikkerhed i spatiotemporelle nøjagtighed, korte eksponering perioder og den manglende udnyttelse af neuroimaging kunne være grunde til det lille antal rapporter og den begrænsede mængde af viden om tilpasning til venstre-højre vendt audition.
Takket være de seneste fremskridt i wearable akustisk teknologi vendt Aoyama og Kuriki15 lykkedes at konstruere en venstre-højre 3D audition bruger kun bærbare enheder, der for nylig blev tilgængelige og opnåede omniazimuth system med høj spatiotemporelle nøjagtighed. Derudover udstillet ca 1-måneds udsættelse for tilbageførte audition ved hjælp af apparatet nogle repræsentative resultater for MEG målinger. Baseret på denne betænkning, vi beskriver, i denne artikel, en detaljeret protokol til set-up, validere og bruge systemet, og til at teste tilpasning til venstre-højre vendt audition med hjælp fra neuroimaging, der udføres med jævne mellemrum uden systemet. Denne fremgangsmåde er effektiv til afsløring af mennesker til en roman miljø i domænet auditive tilpasningsevne.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den foreslåede protokol har til formål at fastlægge en metode til at studere tilpasning til venstre-højre vendt audition som et effektivt værktøj til afdækning af mennesker til en roman auditive miljø tilpasningsevne. Som det fremgår af de repræsentative resultater, opnået konstrueret apparatet venstre-højre vendt audition med stor spatiotemporelle nøjagtighed. Selv om de tidligere apparater for tilbageførte audition11,12,<sup class="xref…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev delvist støttet af en bevilling fra JSP’ER KAKENHI Grant nummer JP17K00209. Forfatteren tak Takayuki Hoshino og Kazuhiro Shigeta for teknisk bistand.
Materials
| 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. , 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. , (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. The Psychophysics Toolbox. Spatial Vision. 10 (4), 433-436 (1997).
- 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), (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. Temporal auditory acuity. Psychological Review. 78 (6), 540-551 (1971).
- 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. , (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).
