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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle metoder beskrevet her er blevet godkendt af det etiske udvalg af Tokyo Denki Universitet. For hver deltager, blev informeret samtykke opnået efter deltageren modtaget en detaljeret forklaring af protokollen.
1. opsætning af venstre-højre vendt Audition System
-
Opsætning af den tilbageførte Audition System uden en deltager
- Forbered en linear pulse code modulation (LPCM) optager, binaural mikrofoner og binaural in-ear hovedtelefoner.
- Tilslut venstre og højre ledningerne af mikrofonerne crossly til LPCM optager så at venstre-højre vendt analoge lydsignaler er digitaliseret. Desuden tilslutning hovedtelefoner lige gennem venstre og højre linjer til optageren, så de tilbageførte digitaliseret signaler straks afspilles.
Bemærk: I forbindelse med ansættelse af binaural øretelefon-mikrofoner som binaural øretelefoner, brug ikke øretelefon delene for at mindske afsmitning på de lyde, går gennem mikrofonen dele. - Sætte ligene af mikrofonerne og øretelefoner sammen for hvert øre med lille isolation af lyd proofing materialer, og dække mikrofoner med dedikeret forruder for at undertrykke vindstøj.
- Sæt genopladelige batterier og en stor kapacitet high-speed memory card i LPCM-optageren og tænd det. Betingelserne optagelse korrekt på en sådan måde at de lydsignaler registreres på hukommelseskortet som en LPCM format på en samplingfrekvens på 96 kHz med 24-bit dybde.
- Læg kroppen af systemet i en lommeformat pose.
-
Opsætning af den tilbageførte Audition System med en deltager
- Pålægge en deltager til at indsætte øretelefoner af ordningen for omvendt audition stramt i de øre kanal.
- Afbryde linjerne for de venstre og højre mikrofoner og forbinde den dominerende-øre side af mikrofonen lige igennem til optageren.
- Pålægge deltageren at tage ud og sætte på den dominerende-øre side af systemet gentagne gange mens du justerer lydstyrken på optageren til at gøre subjektive loudness af direkte (normal) og indirekte (omvendt) lyder lige (så tæt som muligt).
- Kontroller lydstyrken for den ikke-dominerende øre så godt, og forbinde alle linjer af systemet tilbage igen.
- Placere systemet i deltagerens lomme, løse ledninger på deltagerens tøj korrekt at forhindre dem i at blive viklet ind, og afhente uønskede lyde.
2. validering af venstre-højre vendt Audition System
Bemærk: Udfør følgende trin for at validere det venstre-højre vendt audition system, uanset forsøg at studere tilpasning til højre-tilbageførsel.
-
Validering af lydkilde lokalisering af ordningen for omvendt Audition
- Find en digital vinkel vinkelmåler hvis oprindelige retning er defineret som 0° i midten af en ekkofrie rum, og antage en virtuel cirkel centreret på dette punkt med en radius på 2 m. langs den virtuelle cirkel, markere 72 mulige lydkilder på hver 5° fra-180 ° til 175 ° i en uret måde, og sæt op fly-bølge højttalere på disse punkter, der er rettet mod midten af cirklen.
- Oprette en video kamera nær midten af rummet til registrering visning af digitale vinkelmåler.
Bemærk: Da visningen af vinkelmåler flytter med vinkelmålers krop, synsfelt videoen skal være stor nok til at dække alle mulige områder. Desuden bør video kamera placeres omhyggeligt for at ikke forstyrre deltagerens siddende stilling og lyd præsentation. - Forberede to sessioner af lydkilde lokalisering: deltageren i den første session, ikke iføre tilbageførte audition system. I den anden session, deltageren lægger på udstyr, kalibrerer det, og kontrollerer systemet (som forklaret i trin 1.2) så hurtigt som muligt.
- Guide deltagerne til at sidde komfortabelt og bind for øjnene i midten af cirklen vender en 0° lyd kilde og vente på eksperiment at starte.
- Gennemføre to sessioner af lydkilde lokalisering. I begge sessioner har deltager brug vinkelmåler til at angive den opfattede sunde retning så præcist som muligt uden at bevæge hovedet.
- For hver session, starte videooptagelse vinkel skærm vinkelmåler og nuværende 1000-Hz lyde på 65-dB lydtrykniveau (SPL) fra nogen af de lydkilder: lyd på ét sted er tilfældigt skiftede til lyd på en anden placering hver 10 s i sådan en måde at hver lokation bruges én gang.
Bemærk: Her bruger vi MATLAB med Psychophysics værktøjskasse16,17,18. Selv om denne værktøjskasse bruges normalt til at præsentere lyde, kan enhver pålidelig stimulation software også bruges. - Efter hver session, stop video-optagelse og instruere deltagerne til at tage en pause for tilstrækkelig tid.
- Læs de retssag af retssagen perceptuelle vinkler vises på vinkelmåler fra den optaget video, og vurderer rumlige tilbageførte audition systemet ved at sammenligne de perceptuelle vinkler i normalitet og omvendte betingelserne mod fysiske vinkler defineret af retning af lydkilder.
-
Validering af forsinkelse af ordningen for omvendt Audition
- Sætte det omvendte audition system på et skrivebord i et roligt rum med ingen deltagere.
- Afbryde en linje på venstre mikrofonen, og placere en fly-bølge højttaler og den venstre øretelefon så tæt som muligt til den rigtige mikrofon.
- Starte optagelsen direkte (normal) lyde fra taleren og indirekte (omvendt) lyde fra den venstre øretelefon samtidig gennem den rigtige mikrofon.
- Nuværende 1-ms klik lyde fra højttaler med en moderat Inter stimulus interval på 65-dB SPL.
- Efter et tilstrækkeligt antal forsøg, stop præsenterer og indspille lyde.
- For at bekræfte den symmetriske konfiguration af systemet, genganger den samme foranstaltninger ovenfor ved hjælp af den højre øresnegl og venstre mikrofonen.
- Læs den indspillede lyd data ved hjælp af software (fxMATLAB) og vurdere forskellen mellem indsættende tidsindstillinger af de direkte (normale) lyde og indirekte (omvendt) lyde, hvilket svarer til en potentiel forsinkelse forårsaget af den tid passerer gennem den elektriske bane i systemet.
3. at studere tilpasning til venstre-højre vendt Audition
-
Proceduren for udsættelse for tilbageførte Audition
- Minde deltagerne flere gange i deres ret til at afslutte eksponeringen til enhver tid.
Bemærk: Stoppe eksponeringen så snart som muligt hvis deltageren rapporterer sygdom, eller hvis en observatør bemærker nogen tegn på at deltageren ønsker at forlade eksponering for en eller anden grund. - Forberede et tilstrækkeligt antal ekstra genopladelige batterier og stor kapacitet højhastigheds hukommelseskort at give deltageren til at erstatte dem til enhver tid.
- Pålægge deltageren til at bære, kalibrere og kontrollere den tilbageførte audition system selv periode eksponering, som forklaret i trin 1.2. Udfør samme procedure hver gang deltageren bærer systemet efter hver afbrydelsen.
- Pålægge deltageren til at udføre daglige liv aktiviteter mens iført systemet løbende for ca. en måned, undtagen mens sovende, badning, neuroimaging og andre nødstilfælde gange. I disse tilfælde, bede deltagerne til at fjerne systemet og straks indsætte ørepropper i ørerne at forhindre inddrivelse af tilpasning.
Bemærk: Selvom det er ideelt for deltageren at bære systemet hele dagen og natten, det anbefales kraftigt at systemet ikke bæres mens sovende og badning undgår uventede høje lyde og elektriske stød. - Erstatte batterier og hukommelseskort rutinemæssigt før batteriet udmattelse og hukommelse overkapacitet, henholdsvis. Fjerne systemet og erstatte det med ørepropper hurtigt i et stille sted uden producere nogen lyd.
- Når en deltager skal bevæge sig udenfor, drev deltager i en bil, ledsage deltageren på farten, eller bede dem om at bruge sikker transportform for handlinger, der udføres alene.
Bemærk: Stor omhu bør tages af forsker for at ikke true deltagerens sikkerhed i perioden, eksponering, især når deltageren går udenfor. Forbyde deltageren fra udfører enhver farlig adfærd. - For at lette tilpasningen, instruere deltager at opleve situationer, der involverer høj auditive input, såsom vandreture i et indkøbscenter eller et campus, har en samtale med mere end to personer, og spille 3D video spil, så længe som muligt.
- Pålægge deltagerne at holde en dagbog eller give en subjektiv rapport til en observatør så ofte som muligt om perceptuelle og adfærdsmæssige ændringer, erfarne begivenheder, og noget som deltageren bekendtgørelser.
- Efter eksponering målperiode, instruere deltager til at tage ud den tilbageførte audition system.
Bemærk: Det er også vigtigt at følge op på om de perceptuelle og adfærdsmæssige ændringer for at undersøge opsving oparbejde fra tilpasning til venstre-højre vendt audition.
- Minde deltagerne flere gange i deres ret til at afslutte eksponeringen til enhver tid.
-
Neuroimaging under eksponering for tilbageførte Audition
- Pålægge deltagerne at træne på en opgave, der skal bruges under neuroimaging eksperimenter som tilstrækkeligt som muligt.
- For eksempel tog deltager til at udføre en selektiv reaktionstid opgave i to betingelser, forenelig og uforenelig15. Kompatibel tilstand består af reagerer straks til højre-øre lyden med den højre pegefinger og venstre-øre lyden med den venstre pegefinger. Uforenelige betingelsen består af reagerer straks til højre-øre lyden med den venstre pegefinger og venstre-øre lyden med den højre pegefinger.
- Bruge 1000-Hz lyde på 65-dB SPL for 0,1 s med Inter stimulus interval på 2,5 – 3,5 s, som vises pseudorandomly enten øre side.
- Før udsættelse for tilbageførte audition, foretage en neuroimaging eksperiment under den uddannede opgave.
- For eksempel optage enten MEG eller EEG svar, såvel som de venstre og højre finger svar under selektiv reaktionstid opgave15. Opgaven består af to kompatible og to uforenelige blokke, der arrangeres alternativt med en Inter blok interval på mindst 30 s, og med lyde optræder 80 gange for hver blok gennem de indsatte øretelefoner med plastic øre rør.
Bemærk: Selv om en 122-kanal MEG system blev brugt i Aoyama og Kuriki15, en multi-Channel EEG system er også velegnet til denne protokol. - For MEG/EEG Indstil optagelse, samplingshastigheden på 1 kHz og analog optagelse passband på 0,03 – 200 Hz.
- For eksempel optage enten MEG eller EEG svar, såvel som de venstre og højre finger svar under selektiv reaktionstid opgave15. Opgaven består af to kompatible og to uforenelige blokke, der arrangeres alternativt med en Inter blok interval på mindst 30 s, og med lyde optræder 80 gange for hver blok gennem de indsatte øretelefoner med plastic øre rør.
- I løbet af ca 1-måneds udsættelse for tilbageførte audition, udføre neuroimaging eksperimenter under den uddannede opgave hver uge uden tilbageførte audition system på nøjagtig samme måde som i pre-eksponering eksperiment (trin 3.2.2).
Bemærk: Systemet er fjernet umiddelbart før og lagt på umiddelbart efter hvert forsøg. - En uge efter eksponering, foretage en neuroimaging eksperiment under den uddannede opgave på nøjagtig samme måde som pre-eksponering eksperiment (trin 3.2.2).
- Analysere de indsamlede data, før, under og efter udsættelse for venstre-højre vendt audition.
- For eksempel, efter at afvise epoker forurenet med eye-relaterede artefakter, fjerne forskydningen i intervallet, før stimulus, og indstilling den lavpas-filtrering på 40 Hz, gennemsnitlig MEG/EEG data fra 100 ms før til 500 ms efter lyd debut for den stimulus-respons forenelig og uforenelig vilkår15.
- Ved hjælp af en Multinationale software pakke19,20, vurderer kilder af hjerneaktivitet med dynamisk statistiske parametrisk kort (dSPMs) overlejret på kortikale overflade billeder og kvantificere intensiteterne af hjerneaktivitet med minimum-normen skøn (multinationale) for hvert tidspunkt i den gennemsnit data.
- Beregne den auditive-motor funktionelle forbindelse fra single-retssag nul-mean MEG/EEG data fra 90 til 500 ms efter lyd debut for hver betingelse
Bemærk: Her bruger vi MATLAB med flerdimensional Granger kausalitet værktøjskasse21. - Den adfærdsmæssige data, Beregn de gennemsnitlige reaktionstider for de stimulus-respons forenelig og uforenelig.
- Pålægge deltagerne at træne på en opgave, der skal bruges under neuroimaging eksperimenter som tilstrækkeligt som muligt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De repræsentative resultater vist her er baseret på Aoyama og Kuriki15. Denne protokol opnåede venstre-højre vendt audition med stor spatiotemporelle nøjagtighed. Figur 1 viser den lydkilde lokalisering i retninger over 360 ° før og umiddelbart efter at sætte på venstre-højre vendt audition system (figur 1A), i seks deltagere, som angivet af cosinus ligheden. Som vist i figur 1B, de perceptuelle vinkler i den normale tilstand var ganske godt korreleret med de fysiske vinkler (positiv korrelation, justeret R2 = 0,99). De perceptuelle vinkler i den tilbageførte betingelse var også godt korreleret med de fysiske vinkler (negativ korrelation, justerede R2 = 0,96; Se også figur 4 i Aoyama og Kuriki15), selv om der fandtes en lille perceptuelle bias mod uret rotation, især for lyde, der kommer fra højre-front og venstre back retninger. Især, de perceptuelle vinkler i omvendt tilstand var mere korreleret med de oppositely arrangeret perceptuelle vinkler i den normale tilstand (justeret R2 = 0,98) end de fysiske vinkler, som vist i figur 1 c. Derudover blev en potentiel forsinkelse af systemet anslået til at være en konstant 2 ms. denne protokol også opnået en naturlig iført udseende, som at lytte til musik med mobile musikafspiller, så man undgår stress for at blive bemærket af andre personer.
Figur 1: lyd kilde lokalisering i 360° retninger, før og umiddelbart efter at sætte på venstre-højre vendt audition-systemet i seks deltagere. (A) konstrueret venstre-højre vendt audition system. (B) cosinus ligheden mellem perceptuelle vinkler og tegn-regulerede fysisk vinkler i normal (blå) og omvendt (rød) betingelser plottes (ureguleret) fysisk vinkler, henholdsvis. Mens de fysiske vinkler bruges direkte til cosinus lighed i den normale tilstand, inverteres tegn på fysiske vinkler i omvendt tilstand. (C) cosinus ligheden mellem perceptuelle vinkler i den stand, vendt og oppositely arrangeret perceptuelle vinkler i den normale tilstand plottes fysiske vinkler (lilla). Dette tal er blevet ændret fra Aoyama og Kuriki15. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Denne protokol afsløret perceptuelle ændringer til den tilbageførte audition fra relativt tidligt i løbet af ca 1 måned eksponering. Selv om en følelse af fremmedhed blev rapporteret lige efter eksponeringen, det begyndte at falde inden for en uge af eksponeringen og fortsatte med at falde yderligere over tid. Spejlbillede lyde var efterhånden opfattes som normale, hvilket også skete med visuel information og bevægelser. En uge efter udløb eksponering alle ændringer tilbage til pre-eksponering niveau. Denne protokol registreres ikke kun perceptuelle men også adfærdsmæssige og neurale ændringer ligger til grund for tilpasning. Figur 2 viser ændringer i adfærdsmæssige og neurale svar i den selektive reaktionstid opgave i en repræsentant deltager i tidens eksponering. Som vist i figur 2A, de gennemsnitlige reaktionstider for svar-uforenelige lyde samlet set var længere end for svar-kompatible lyder fra perioden før eksponering for den tredje uge, men blev lidt kortere i den fjerde uge. Denne relative inversion fulgt den forbigående forlængelse af de gennemsnitlige reaktionstider uanset kompatibilitet i den anden uge. Efter eksponering mener alle reaktionstider vendte tilbage til den oprindelige plan. De Multinationale intensiteter af de venstre og højre N1m komponenter udstillet lignende tendenser til at de gennemsnitlige reaktionstider, som vist i figur 2B, selv om kompatible-uforenelige forholdet var inversed. N1m komponenter er forskellige auditive evoked felter observeret på omkring 90 ms efter lyd debut, og deres kilde blev bekræftet at være placeret i de bilaterale superior tidsmæssige fly ved hjælp af dSPMs. Samlet set intensiteter i stimulus-respons kompatibel betingelser var højere end i de uforenelige betingelser fra perioden før eksponering til den tredje uge, men var lidt lavere i den fjerde uge. Denne relative inversion fulgte en forbigående forbedring af støtteintensiteter uanset kompatibilitet og lateralitet i den anden uge. Efter eksponering, vendte de tilbage til de oprindelige niveauer.
Figur 2: adfærdsmæssige og neurale svar under den selektive reaktionstid opgave i en repræsentant deltager. (A) betyde reaktionstider for stimulus-respons forenelig og uforenelig betingelser. (B) venstre og højre auditive N1m støtteintensiteter for stimulus-respons forenelig og uforenelig betingelser, som evalueres af minimum-normen skøn. Gule zoner angiver en periode udsat for venstre-højre vendt audition. Dette tal er blevet ændret fra Aoyama og Kuriki15. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Desuden, denne protokol afslørede ændringer i den funktionelle forbindelse på tværs af venstre og højre auditive og motoriske områder under den selektive reaktionstid opgave i to deltagere, som vist i figur 3. Den funktionelle forbindelse blev testet med Granger kausalitet test på en tærskel på p < 0,05. I første omgang disse auditive-motor områder kommunikerede med hinanden uanset stimulus og reaktion. Men efter eksponering for den tilbageførte audition, auditive-motor connectivity blev ustabil. Navnlig, i den anden uge, blev den auditive-motor connectivity forstyrret drastisk, især i højre motor-til-auditiv feedback og venstre mod højre motor kommunikation. Umiddelbart efter at, connectivity inddrives på niveauet for den første uge, og vendte tilbage til den oprindelige plan efter eksponering.
Figur 3: auditive-motor funktionelle tilslutning som testet af Granger kausalitet tests under den selektive reaktionstid opgave i to deltagere. Rød, gul og ingen arrow(s) angiver antallet af deltagere, der viste betydning ved en tærskel på p < 0,05 (N = 2, 1 og 0, henholdsvis). LM og RM betegne venstre og højre motor områder, henholdsvis, og LA og RA betegne venstre og højre auditive områder, henholdsvis. Dette tal er blevet ændret fra Aoyama og Kuriki15. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 audition11,12,13,14 var mest pålidelige i feltet front auditive, giver denne protokol høj ydeevne i en 360 º lydkilde lokalisering kombineret med hørelse karakteristika. Desuden anses en potentiel forsinkelse på 2 ms tabt gennem den elektriske bane i det system, som aldrig er blevet evalueret i andre elektroniske apparater13,14, for at være ubetydelige på grund af den menneskelige tidsmæssige auditive synsstyrke22 . I modsætning til den traditionelle apparater af buede trompeter11,12 med et mærkeligt udseende og ubehageligt Tilpas, den tilbageførte audition, der anvendes i denne protokol ligner en mobile musikafspiller og gør det muligt for en deltager til fokusere på dagligdagen uden at vække nysgerrighed eller henlede opmærksomheden af andre personer. På dette tidspunkt, er det endnu bedre end apparater for tilbageførte vision bruger prismer1,2,3,4,5,6,7 . Faktisk, som det fremgår af de repræsentative resultater, ca 1 måned med at bære apparatet opnåede tilpasning til venstre-højre vendt audition på perceptuelle, adfærdsmæssige og neurale niveau. Som i tidligere protokoller11,12,13,14var det ganske udfordrende at udføre eksperimenter med mange deltagere, på grund af den lange forskning periode og vanskeligheder i deltager rekruttering. Individuelle resultater leveres dog pålidelige, rig og værdifulde oplysninger omkring auditive tilpasning (for detaljer, se Aoyama og Kuriki15). Denne protokol er derfor langt bedre egnet til at lette tilpasningen til tilbageførte audition end nogen andre tidligere protokoller, der har undladt at mærkbart forhåndsviden om tilpasning11,12, 13,14.
Som en grundlæggende forudsætning, bør den højeste prioritet i den foreslåede protokol deltagerens sikkerhed, sundhed, og vil under eksponering for den tilbageførte audition. For at bevare disse, skal observatør tage stor omhu og kommunikere med deltager så meget som muligt, især under og umiddelbart efter eksponering. Hvis en af betingelserne er utilfredsstillende, skal observatør stoppe eksponeringen straks. I øvrigt er en af de mest kritiske trin i protokollen til at instruere deltager at opleve situationer, der involverer høj auditive input så længe som muligt. I modsætning til visuelle tilfælde hvor den retinale input har fine rumlige opløsning23,24, er eksponering for tilbageførte audition mindre effektiv på grund af lav auditive rumlige opløsning25,26. Derudover indtræffer ikke-miljømæssige auditive sjældent i dagligdagen, medmindre en person er udsat for høj auditive input. Desuden, det er ikke nok for lyde være retningsbestemt og lateralized, men lydene bør også ledsages af andre sensoriske oplysninger eller bevægelse for at lette tilpasningen. Uden dette trin, lavere, eller endda ingen adaptive virkning, der forventes. En anden kritisk trin er at pålægge deltageren til at træne på en opgave som tilstrækkeligt som muligt før den første neuroimaging eksperimentere så at opgave ydeevne konvergerer på et bestemt niveau. Dette er nødvendigt for en præcis vurdering af den adaptive effekt på adfærdsmæssige og neurale svar, fordi det er ganske vanskeligt at adskille mellem den adaptive og opgave at lære virkninger over tid. Foreløbige reduktion af opgaven læring virkning således fremmer yderligere analyse af tilpasning.
Denne protokol kan fleksibelt ændres, afhængigt af tilgængeligheden af eksperimentelle udstyr og formålet med undersøgelsen. For eksempel, for at validere den lydkilde lokalisering af ordningen for omvendt audition, er det acceptabelt at ansætte en anden etableret metode til lydkilde lokalisering, i stedet for digitale vinkel vinkelmåler og en tilstrækkelig rolig lydisolerede værelse, i stedet af et ekkofrie rum. For at studere tilpasning til venstre-højre vendt audition, perioden eksponering kan være enten afkortes eller forlænges og hyppigheden af neuroimaging kan være enten lavere eller højere, efter situationen. For yderligere undersøgelse anbefales det at udføre neuroimaging oftere efter perioden eksponering til at undersøge opsving oparbejde efter tilpasning. Hvis neuroimaging er tilgængelig, er det muligt at erstatte neuroimaging eksperimenter af adfærdsmæssige eksperimenter. I denne protokol er der en mulighed for, at en deltager anmoder om midlertidig suspension af eksponering på grund af uundgåelige årsager. Medmindre deltageren accepterer at indsætte ørepropper i ørerne den suspenderede periode, bør eksponering afsluttes på grund af ukendte opsving effekter på omskoling; et nyt eksperiment bør indledes med en anden deltager. Et andet muligt problem er, at en balance mellem subjektive loudness mellem venstre og højre lyde bliver usikker på grund af fysisk kontakt med systemet eller af andre grunde. I så fald anbefales det for deltageren til at bekræfte med øjnene lukkede, hvis lyde fra forsiden er kun lokaliseret foran før justere lydstyrken.
Selv om den nuværende apparater viste høj ydeevne i 360° lydkilde lokalisering, viste resultaterne en lille perceptuelle bias mod uret rotation, især for lyde, der kommer fra højre-front og venstre back retninger. Antages det, at øretelefonerne er korrekt indsat i deltagerens øre kanaler, to muligheder anses for den asymmetriske forvrængning af lokalisering: individuelle akustiske egenskaber og afsmitning af retvendt lyde. Akustiske egenskaber er typisk modelleret som hoved-relaterede overførsel funktioner (HRTFer)27, og fælles HRTFer anvendes for enhver deltager i den aktuelle version af apparatet uden specifikke optimering. Således er der plads til at forbedre apparatet ved at implementere individuelle HRTFer for hver øre og deltager. Derimod er let afsmitning af retvendt lyde relativt ukontrollabel. Selv om adskillelse af mikrofon og øretelefon dele af systemet reducerer afsmittende og sædvanlige lyde er usandsynligt, at generere mærkbar knogle ledningsforstyrrelser28, er det teknisk vanskeligt at forhindre afsmittende helt i wearable måde. Desuden under eksponeringen er det næsten umuligt at kontrollere knogle-gennemført egenproduceret stemmer; der er således intet at gøre, men at antage en symmetrisk distribution for dem. Det fastslås derfor, at gennemførelsen af individuelle HRTFer er prioritet at forbedre apparatet og opnå mere effektiv tilpasning.
Til vores viden er dette den første vellykkede protokol etableret for at studere de langsigtede tilpasning til præcise venstre-højre vendt audition med neuroimaging. Derudover har denne protokol et stort potentiale for omfattende anvendelighed i både auditive og multisensoriske forskning. F.eks kunne systemet indarbejde en mikrocomputer sættes op til at fremkalde forskellige ændringer i det auditive rum, såsom et samlet højredrejningen Skift eller en komprimering af auditive rum mod midten. Da geografisk information behandles konkurrenceloven på tværs af sensoriske modaliteter, kunne ændrede auditive plads være et stærkt værktøj til at afsløre mekanismer af multisensoriske rumlige rekalibrering på samme måde som Zwiers et al. 29, der rapporterede effekter af iført prisme linser med rumligt komprimeret vision på lydkilden lokalisering. I dag bliver det mere og mere populært at bruge i øjeblikket tilgængelige teknikker i et multimodalt måde, som den samtidige anvendelse af EEG og fMRI30, og en forsinket kombineret brug af transkranial brain stimulation og EEG/MEG31. Mens samtidig brug af to neuroimaging teknik kompenserer for deres svagheder indbygget, det forsinkede kombineret brug af neurostimulation og neuroimaging teknik afslører hjerne funktioner i forbindelse med eftervirkningerne forårsaget af den neurostimulation ved hjælp af neuroimaging. Især, kan en eksperimenterende ordningen af denne protokol betragtes som en udvidet version af sidstnævnte tilfælde. Svarende til neurostimulation teknikker, kontinuerlig iført en bærbare apparater med usædvanlige sensoriske plads forårsager eftervirkningerne af tilpasning. Disse virkninger kan måles derefter ved en neuroimaging teknik. Derfor, den forsinkede kombineret brug af en bærbar apparat og en neuroimaging teknik afslører hjernefunktioner i forbindelse med tilpasning (som kort spids ud i Aoyama og Kuriki15). Fra et generelt synspunkt, kan denne ordning give ny indsigt i neuroimaging undersøgelser med en række adaptive virkninger. Afslutningsvis, giver i denne protokol, under denne ordning en lovende metode til at studere venstre-højre vendt audition som et redskab til at afdække tilpasningsevne af mennesker til en roman miljø i det auditive domæne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatteren har intet at videregive.
Acknowledgments
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
| 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).
