一种研究左右反试镜的适应方法
Summary
本研究提出了一种通过神经影像学的方法来研究仅由可穿戴设备实现的对左右反式试镜的适应, 这是一种有效的工具, 可以揭示人类对新环境的适应性。听觉领域。
Abstract
一个不寻常的感官空间是揭示人类适应新环境的机制的有效工具之一。尽管以前的大多数研究都使用棱镜的特殊眼镜来实现视觉领域中的不寻常空间, 但研究适应不同寻常听觉空间的方法尚未完全确立。本研究提出了一种新的协议, 用于设置、验证和使用仅使用可穿戴设备的左右反转立体声系统, 并通过神经影像学研究对左右反转试镜的适应。虽然单独的声学特性尚未实现, 非反向声音的轻微溢出是相对不可控制的, 但所构建的设备在360°声源定位与听觉结合时表现出高性能特性, 延迟小。此外, 它看起来像一个移动音乐播放器, 使参与者能够专注于日常生活, 而不会引起好奇心或吸引其他人的注意。由于适应性的影响在知觉、行为和神经水平上得到了成功的检测, 因此得出的结论是, 该协议为研究适应左右逆向试镜提供了一个有前途的方法, 是一种有效的工具, 用于揭示人类对听觉领域新环境的适应性。
Introduction
适应新环境是人类在任何情况下都能稳健生活的基本功能之一。一个有效的工具, 以揭示人类环境适应性机制是一个不寻常的感官空间, 是由仪器人工生产。在过去的大多数研究中, 有棱镜的特殊眼镜被用来实现左右反转视觉1、2、3、4、5或上下逆向视觉6,7。此外, 从几天到一个多月的这种视觉暴露揭示了感性和行为适应1、2、3、4、5、6,7 (例如, 骑自行车的能力2,5,7)。此外, 使用神经影像技术 (如脑电图 (EEG)1、脑磁图 (MEG)3和功能性磁共振成像 (fMRI)2) 对大脑活动进行周期性测量, 4,5,7, 检测到适应的神经活动的变化 (例如, 单边视觉刺激的双边视觉激活4,5). 虽然参与者的外观在某种程度上变得奇怪, 观察者需要很大的照顾来保持参与者的安全, 但棱镜的反转视觉可提供精确的三维 (3D) 视觉信息, 而无需可穿戴方式的任何延迟。因此, 揭示环境适应性机制的方法在视觉领域是相对确立的。
在 1879年, 汤普森提出了一个 pseudophone 的概念, “一个工具, 研究双耳试镜的法律, 它产生的错觉, 它在空间的声学感知”8。然而, 与视觉案例1、2、3、4、5、6、7相比, 很少有人试图研究适应不同寻常听觉空间, 并没有明显的知识已获得迄今。尽管开发虚拟听觉显示器有很长的历史9,10, 可穿戴设备控制3D 试镜很少被开发。因此, 只有少数报告审查了对左右逆向试镜的适应。一个传统的仪器包括一对弯曲的喇叭, 交叉和插入到一个参与者的耳管中的反之方式11,12。在 1928年, 年轻的第一次报告使用这些交叉喇叭, 并连续佩戴3天或总共85小时, 以测试适应左右反转试镜。威利等。12重新测试了三名参与者分别佩戴喇叭3、7和8天的适应。弯曲的喇叭很容易提供左右反转试镜, 但有一个问题与可靠性的空间准确性, 耐磨性, 和奇怪的外观。一个更先进的反试镜仪器是一个电子系统, 其中的头/耳机和麦克风的左和右线反向连接13,14。文雄等。13通过连接到固定放大器的第一个双耳耳机麦克风实现听觉反转, 并评估其性能。最近, 霍夫曼等。14交叉链接的全渠道助听器和测试适应在两个参与者分别佩戴艾滋病49小时3天3周。尽管这些研究报告在前听觉领域的声源定位性能很高, 但后卫中的声源定位和电气设备的潜在延迟从未得到评估。特别是在霍夫曼等。研究表明, 助听器的空间性能保证了前60°在头固定状态和前150°的无头状态, 提示未知 omniazimuth 性能。此外, 暴露期可能太短, 无法检测与适应有关的现象, 与2、4、5等较长的反转视力情况相比。这些研究都没有用神经影像技术测量大脑活动。因此, 在时空准确性、短曝光期和神经影像的不利用方面的不确定性可能是少数报告的原因, 以及对左右反转试镜的适应性知识有限。
由于最近在可穿戴声学技术方面的进步, 青山和栗城15成功地构建了一个左右颠倒的3D 试镜, 只使用最近可用的穿戴设备, 并实现了高 omniazimuth 系统时空精度。此外, 大约一个1月的接触使用该仪器的反向试镜展示了一些代表性的结果 MEG 测量。在本文中, 我们描述了一个详细的协议来设置、验证和使用系统, 并通过在没有系统的情况下定期执行的神经影像来测试左右反转试镜的适应性。这种方法有效地揭示了人类对听觉领域新环境的适应性。
Protocol
Representative Results
Discussion
拟议的《议定书》旨在建立一种研究如何适应左右逆向试镜的方法, 以此作为揭示人类适应新听觉环境的有效工具。在代表性结果的证明下, 该装置实现了具有高时空精度的左向右反式试镜。尽管以前的反试镜仪器11,12,13,14在前听觉领域是非常可靠的, 该协议提供了高性能的360°声源定位与听觉特征相结…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了来自 jsp KAKENHI 授权编号 JP17K00209 的赠款的部分支持。作者感谢孝之星野和川和宏茂多的技术援助。
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/ |
Riferimenti
- 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).
