Waiting
Elaborazione accesso...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

שיטה ללמוד ההסתגלות משמאל הפוך האודישן

Published: October 29, 2018 doi: 10.3791/56808
Automatic Translation
1,2
1Faculty of Environment and Information Studies, Shonan Fujisawa Campus (SFC), Keio University, 2School of Information Environment, Tokyo Denki University

Summary

המחקר הנוכחי מציעה פרוטוקול לחקור את ההסתגלות משמאל האודישן הפוכה מושגת רק על ידי מכשירים שכאלו, באמצעות דימות מוחי, אשר יכול להיות כלי יעיל עבור לחשוף את יכולת ההתאמה של בני אדם לסביבה הרומן ב תחום השמיעה.

Abstract

שטח חושית יוצאת דופן היא אחד הכלים יעיל כדי לחשוף את המנגנון של הסתגלות של בני אדם לסביבה הרומן. אמנם רוב המחקרים הקודמים השתמשו משקפיים מיוחדים עם מנסרות כדי להשיג רווחים יוצאי דופן בתחום החזותי, מתודולוגיה ללמוד ההסתגלות לחללים השמיעה יוצא דופן טרם שתוקם באופן מלא. מחקר זה מציע פרוטוקול חדש שיבנו, לאמת, ולהשתמש משמאל הפוכה סטריאופונית מערכת המשתמשת רק מכשירים שכאלו, וביטל ללמוד את ההסתגלות משמאל לאודישן עם העזרה של דימות מוחי. למרות המאפיינים האישיים אקוסטית טרם יושמו, והתאמת קלה של צלילים unreversed היא יחסית בלתי נשלטת, המנגנון נבנה מציגה ביצועים גבוהים בלוקליזציה מקור הקול 360 מעלות משולב עם שמיעה המאפיינים עם השהיה קטן. יתר על כן, זה נראה כמו נגן מוזיקה נייד ומאפשר משתתף להתמקד בחיי היומיום מבלי לעורר סקרנות או למשוך תשומת לב של אנשים אחרים. מאז ההשפעות של הסתגלות אותרו בהצלחה ברמות תפיסתי התנהגותי, עצביות, הוא הסיק כי פרוטוקול זה מספק מתודולוגיה מבטיח ללמוד ההסתגלות האודישן הפוכה משמאל, הוא כלי יעיל עבור לחשוף את יכולת ההתאמה של בני אדם סביבות חדשניים בתחום השמיעה.

Introduction

הסתגלות לסביבה הרומן היא אחת הפונקציות הבסיסיות עבור בני אדם לחיות robustly בכל מצב. כלי אפקטיבי אחד לחשוף את המנגנון של הסתגלות סביבתית בבני אדם הוא שטח חושית יוצאת דופן באופן מלאכותי המיוצר על ידי מנגנוני. ברוב המכריע של המחקרים הקודמים העוסקים בנושא זה, משקפיים מיוחדים עם מנסרות שימשו כדי להשיג את החזון הפוכה משמאל1,2,3,4,5 או מעלה-מטה להפוך את החזון6,7. יתר על כן, החשיפה לחזון כזה של כמה ימים יותר מחודש חשף הסתגלות תפיסתיים והתנהגותיים1,2,3,4,5, 6 , 7 (למשל, היכולת לרכוב על אופניים2,5,7). יתר על כן, מדידות תקופתיות של פעילות המוח בטכניקות דימות מוחי, כגון אלקטרואנצפלוגרם (EEG)1, מגנטואנצפלוגרפיה (מג)3דימות תהודה מגנטי תפקודי (fMRI)2, 4,5,7, גילו שינויים בפעילות העצבית שבבסיס ההסתגלות (למשל, הפעלה חזותי הדו-צדדיים גירוי חזותי חד צדדית4, 5). למרות המראה של המשתתף הופך מוזר במידה מסוימת, זהירות רבה נדרשת עבור הצופה לשמור על הבטיחות של המשתתף, חזון הפוך עם מנסרות מספקת מדויק תלת מימדי (3D) מידע חזותי מבלי כל עיכוב באופן לביש. לכן, המתודולוגיה בשביל לחשוף את המנגנון של הסתגלות סביבתית מוקמת יחסית בתחום החזותי.

בשנת 1879, תומפסון הציע המושג של pseudophone, "כלי נגינה עבור חוקרים בהלכות האודישן binaural באמצעות אשליות שזה מייצר בתפיסת החלל האקוסטי"8. עם זאת, בניגוד המקרים חזותית1,2,3,4,5,6,7, כמה נעשים ניסיונות ללמוד את ההסתגלות יוצא דופן רווחים השמיעה והידע מורגש לא התקבל עד כה. למרות היסטוריה ארוכה של פיתוח וירטואלי מציג השמיעה9,10, מנגנוני לביש לשליטה האודישן 3D לעיתים רחוקות פותחו. לפיכך, רק כמה דוחות בחן את ההסתגלות האודישן הפוכה משמאל לימין. אחד המנגנון מסורתי מורכב זוג מעוקל חצוצרות חצה, מוכנס לתוך התעלות האוזן של המשתתף נהפוכו האופן11,12. בשנת 1928, יאנג דיווח קודם השימוש אלה חצה חצוצרות, לבשתי אותם באופן רציף במשך 3 ימים לכל היותר או סכום כולל של 85 h לבחון את ההסתגלות האודישן הפוכה משמאל לימין. Willey. et al. 12 מחדש את העיבוד של שלושה משתתפים לובש החצוצרות עבור 3, 7 ו- 8 ימים, בהתאמה. חצוצרות מעוקל בקלות סיפק אודישן הפוכה משמאל לימין, אבל הייתה בעיה עם האמינות של דיוק מרחבי wearability, מראה מוזר. מנגנון מתקדם יותר לאודישן הפוכה הינה מערכת אלקטרונית שבה הקווים ימין ועל שמאל של הראש/אוזניות ומיקרופונים הם מחוברים reversely13,14. . Ohtsubo et al. 13 מושגת היפוך שמיעתי באמצעות הראשון אי פעם binaural האוזניות-המיקרופונים היו מחוברים מגבר קבוע ולאחר הערכת הביצועים שלו. לאחרונה, הופמן. et al. 14 קישורים צולבים מכשירי שמיעה השלם-ב-canal ונבדק הסתגלות משתתפים שני לבשה על העזרים עבור 49 h ב 3 ימים ו- 3 שבועות, בהתאמה. למרות מחקרים אלה דיווחו על ביצועים גבוהים של מקור הקול לוקליזציה בתחום השמיעה קבלה, אף פעם לא הוערכו לוקליזציה מקור הקול התקלה, עיכוב פוטנציאלי של מכשירי חשמל. בפרט הופמן. ואח' s המחקר, ביצועי המרחבי מכשירי שמיעה היה מובטח עבור החזית ° 60 מצב הראש-קבוע, את הקבלה ° 150 בתנאי ללא הראש, מציע ביצועים omniazimuth לא ידוע. יתר על כן, תקופת החשיפה עשוי להיות קצר מדי כדי לזהות תופעות הקשורות ההסתגלות לעומת יותר במקרים של חזון הפוך2,4,5. שאף אחד מהמחקרים הללו יש למדוד פעילות המוח בטכניקות דימות מוחי. לכן, הוודאות ייתכן דיוק, התקופות חשיפה קצרה ו אי-הניצול של דימות מוחי יכול לנבוע מסיבות המספר הקטן של דוחות וכמות מוגבלת של ידע על הסתגלות כדי האודישן הפוכה משמאל לימין.

בזכות ההתקדמות הטכנולוגית אקוסטית לביש האחרונות, איואמה, Kuriki15 הצליחו בניית משמאל לימין הפוך האודישן תלת-ממד באמצעות מכשירים שכאלו רק לאחרונה הפך זמין, השיגו את מערכת omniazimuth עם גבוה ייתכן דיוק. יתר על כן, כ 1-חודש חשיפה הפוכה האודישן שימוש במנגנון הציג כמה תוצאות נציג למדידות מג. בהתבסס על דו ח זה, אנו מתארים, במאמר זה, פרוטוקול מפורט שיבנו, לאמת, להשתמש במערכת, וביטל לבחון את ההסתגלות משמאל לאודישן עם העזרה של דימות מוחי שמתבצע מעת לעת ללא המערכת. גישה זו יעילה עבור לחשוף את יכולת ההתאמה של בני אדם לסביבה חדשניים בתחום השמיעה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי ועדת האתיקה של טוקיו של תוצרת טוקיו דאנקי האוניברסיטה. למשתתף, הסכמה מדעת הושג לאחר שהמשתתף קיבלה הסבר מפורט של הפרוטוקול.

1. כיוונון של משמאל לימין הפוך מערכת האודישן

  1. ההתקנה של מערכת האודישן הפוכה ללא משתתף
    1. הכינו הקלטה (LPCM) הדופק-קוד-אפנון ליניארי, מיקרופונים binaural binaural אוזניות.
    2. לחבר את הקווים ימינה ושמאלה של המיקרופונים crossly המקליט LPCM כך אותות קול אנלוגי הפוכה משמאל הם מבעבר. יתר על כן, לחבר את שורות ימינה ושמאלה ישר דרך האוזניות המקליט כך אותות digitalized הפוכה מושמעות באופן מיידי.
      הערה: במקרה של העסקת המיקרופונים-אוזניות binaural כמו אוזניות binaural, אל תשתמש החלקים אוזניות במטרה לצמצם את העודפים של הצלילים העוברים דרך החלקים מיקרופון.
    3. שמו את הגופות של המיקרופונים ואוזניות יחד לצורך לכל אוזן עם בידוד קל על ידי חומרים הגהה קול, ולכסות את המיקרופונים עם windscreens ייעודי לצורך העלמת רעש רוח.
    4. סוללות נטענות הכנס כרטיס זיכרון מהיר קיבולת גדולה לתוך צורב LPCM והפעל אותו. להגדיר התנאים הקלטה כהלכה בצורה כזאת, כי אותות קול נרשמים בכרטיס הזיכרון כמו תבנית LPCM בקצב דגימה של 96 kHz עם עומק 24 סיביות.
    5. מקם את גופתו של המערכת לתוך שקית בגודל כיס.
  2. ההתקנה של המערכת האודישן הפוכה עם משתתף
    1. להורות משתתף כדי להוסיף את האוזניות של מערכת האודישן הפוכה בחוזקה לתעלות האוזן.
    2. ניתוק הקווים למיקרופונים ימינה ושמאלה וחבר הצד הדומיננטי האוזן של המיקרופון ישר דרך הרשמקול.
    3. להנחות את המשתתף להוריד ולשים בצד דומיננטי-האוזן של המערכת שוב ושוב תוך כדי לכוונן את עוצמת הקול של המקליט כדי להפוך את מידת העוצמה הסובייקטיבית של ישיר (רגילה), עקיף (הפוך) נשמע שווה (קרוב ככל האפשר).
    4. לבדוק את מידת העוצמה האוזן האחרת גם כן, לחבר את כל השורות של המערכת שוב.
    5. למקם את המערכת לכיס של המשתתף, לתקן את המיתרים על הבגדים של המשתתף כראוי כדי למנוע מהם להיות מסובכת, לאסוף רעשים בלתי רצויים.

2. אימות של משמאל לימין הפוך מערכת האודישן

הערה: בצע את השלבים הבאים כדי לאמת את המערכת האודישן הפוכה משמאל, ללא התחשבות ניסויים לומד ההסתגלות היפוך משמאל לימין.

  1. אימות של מקור הקול הלוקליזציה של המערכת האודישן הפוכה
    1. אתר זווית זווית דיגיטלי הכוונה ראשונית אשר מוגדר כ- 0° במרכזו של חדר anechoic, ולא מניחים עיגול וירטואלי מרוכז בנקודה זו ברדיוס של 2 מ' לאורך מעגל וירטואלי, מארק 72 מקורות צליל אפשרי-כל 5° מ-180 ° ° 175 ב עם כיוון השעון, ואופן הגדרת הרמקולים גל מישורי בנקודות אלה הורה לכיוון מרכז המעגל.
    2. להגדיר את מצלמת וידאו סמוך למרכז החדר כדי להקליט את התצוגה של מד דיגיטלי.
      הערה: כיוון התצוגה של מד זז עם הגוף של מד, צריך שדה הראיה של הווידאו להיות גדול מספיק כדי לכסות את כל האזורים אפשרי. יתר על כן, מצלמת הווידאו להניחה בזהירות על מנת לא להפריע למצב ישיבה של המשתתף והצגת צליל.
    3. להכין שני מפגשים של מקור הקול לוקליזציה: בהפעלה הראשונה, המשתתף לא מציב על מערכת האודישן הפוכה. בפגישה השנייה, המשתתף שם על הציוד, מכייל את זה, בודק את המערכת (כמוסבר בשלב 1.2) מהר ככל האפשר.
    4. להנחות את המשתתפים לשבת בנוחות וכיסו במרכז הפונה מעגל 0° נשמע המקור ולחכות הניסוי להתחיל.
    5. לנהל שני מפגשים של מקור הקול לוקליזציה. שני מפגשים, יש שימוש המשתתף מד כדי לציין את הכיוון צליל נתפס במדויק ככל האפשר מבלי להזיז את הראש.
    6. עבור כל מושב, התחל הקלטת וידאו זווית התצוגה של מד-זווית, וכן נוכח 1000-הרץ נשמע ברמה לחץ קול 65-dB (SPL) מכל מקורות צליל: הצליל במיקום אחד הוא באופן אקראי החליפו הצליל במיקום אחר כל 10 s כזה הדרך כי כל מיקום משמש פעם אחת.
      הערה: כאן אנו משתמשים MATLAB עם ארגז הכלים פסיכופיזיקה16,17,18. למרות בארגז הכלים הזה משמש בדרך כלל כדי להציג צלילים, גם ניתן להשתמש כל תוכנה אמינה גירוי.
    7. לאחר כל מפגש, לעצור את הקלטת וידאו, להנחות את המשתתפים לקחת הפסקה עבור כמות מספקת של הזמן.
    8. לקרוא הזוויות תפיסתי משפט-על ידי-משפט המוצג על מד מן הווידאו המוקלט, ולהעריך את הביצועים המרחבי של מערכת האודישן הפוכה על-ידי השוואת הזוויות תפיסתי הרגיל ו לתנאים הפוכה נגד הפיזי זוויות שהוגדרו על-ידי לכיוון של מקור קול...
  2. אימות של העיכוב של מערכת האודישן הפוכה
    1. לשים את המערכת האודישן הפוכה על שולחן בחדר רגוע עם המשתתפים אין.
    2. ניתוק קו המיקרופון השמאלי, מקום רמקול גל מישורי באוזניות שמאל קרוב ככל האפשר אל המיקרופון הנכון.
    3. . תתחיל להקליט ישיר (נורמלי) צלילים מן הדובר וצלילים (הפוכה) עקיף מ באוזניות השמאלי בו-זמנית דרך המיקרופון הנכון
    4. 1 נוכח-ms לחץ על צלילים מן הרמקול עם מרווח בין גירוי בינוני-65-dB SPL.
    5. לאחר מספר מספיק של ניסויים, לעצור את הצגת והקלטת את הצלילים.
    6. על מנת לאשר את התצורה סימטרית של המערכת, חזור על השלבים אותו מעל שימוש נכון באוזניות ומיקרופון השמאלי.
    7. לקרוא את הנתונים הצליל המוקלט באמצעות תוכנה (למשל, MATLAB) ולהעריך את ההבדל בין את התזמונים התחלתה של הצלילים (נורמלי) ישיר עקיף וצלילים (הפוכה) המתאים עיכוב הפוטנציאלי הנגרם על ידי הזמן המושקע עובר הנתיב חשמל במערכת.

3. ללמוד את ההסתגלות משמאל הפוך האודישן

  1. תהליך החשיפה האודישן הפוכה
    1. להזכיר את המשתתפים שוב ושוב על זכותו להפסיק את החשיפה בכל עת.
      הערה: עוצרים את החשיפה בהקדם האפשרי אם המשתתף מדווח על מחלה או אם לא מזהה שום סימן כי המשתתף רוצה לפרוש את החשיפה מכל סיבה שהיא.
    2. הכן מספר מספיק של סוללות נטענות חילוף וכרטיסי זיכרון מהיר קיבולת גדולה כדי לאפשר את המשתתף להחליף אותם בכל עת.
    3. להורות המשתתף ללבוש, לכייל, ולבדוק את המערכת האודישן הפוכה בכוחות עצמם במהלך תקופת החשיפה, כמוסבר בשלב 1.2. בצע את ההליך אותו בכל פעם שהמשתתף לובש את המערכת לאחר כל הפרעה.
    4. להורות את המשתתף לבצע פעילויות מדי יום-החיים בעת לבישת המערכת באופן רציף במשך בערך חודש, למעט בזמן שינה, רחצה, דימות מוחי, ובפעמים אחרות חירום. במקרים אלה, בקש המשתתפים כדי להסיר את המערכת ולהוסיף מיד אטמי אוזניים לתוך אזניהם כדי למנוע שחזור של הסתגלות.
      הערה: למרות אידיאלי עבור המשתתף ללבוש את המערכת כל היום וכל הלילה, מומלץ מאוד שהמערכת לא לענוד תוך כדי שינה, רחצה כדי למנוע רעשים בלתי צפוי, מכות חשמל, בהתאמה.
    5. להחליף סוללות, כרטיסי זיכרון באופן שגרתי לפני מיצוי הסוללה ואת הזיכרון overcapacity, בהתאמה. להסיר את המערכת ולהחליף אותו עם אטמי אוזניים במהירות במקום שקט ללא הפקת צליל כלשהו.
    6. כאשר משתתף צריך לנוע כונן חיצוני, המשתתף במכונית, מלווים את המשתתף על המהלך, או לבקש מהם לשימוש בטוח אמצעי תחבורה למעשים שבוצעו לבד.
      הערה: זהירות רבה יילמד על ידי החוקר על מנת לא לסכן את הבטיחות של המשתתף במהלך תקופת החשיפה, במיוחד כאשר המשתתף יוצא החוצה. לאסור את המשתתף מלבצע כל התנהגויות מסוכנות.
    7. כדי להקל על ההסתגלות, להנחות את המשתתפים לחוות מצבים מעורבים קלט שמיעתי גבוהה, כגון הליכה בקניון או קמפוס מנהל שיחה עם יותר משני בני אדם, משחק וידאו 3D משחקים, זמן רב ככל האפשר.
    8. להורות המשתתף לשמור יומן או לספק דוח סובייקטיבית צופה גם לעתים קרובות ככל האפשר לגבי שינויים תפיסתיים והתנהגותיים, אירועים מנוסה וכל דבר זה מבחין המשתתף.
    9. לאחר תקופת החשיפה היעד, להורות את המשתתף להוריד את המערכת האודישן הפוכה.
      הערה: חשוב גם לעקוב אחר אודות השינויים תפיסתיים והתנהגותיים כדי לבחון מתהליך ההחלמה התאקלמות כדי האודישן הפוכה משמאל לימין.
  2. דימות מוחי במהלך החשיפה על ההפוכות האודישן
    1. להורות המשתתף להתאמן על פעילות שלא ייעשה שימוש במהלך הניסויים דימות מוחי מספיק ככל האפשר.
      1. לדוגמה, רכבת המשתתף לבצע משימה זמן תגובה סלקטיבית של שני תנאים, תואם ולא תואמת15. התנאי תואם מורכב להגיב באופן מיידי את הצליל לאוזן ימין עם האצבע המורה הנכון וכדי הצליל לאוזן שמאל עם האצבע המורה הימנית. התנאי לא תואמים מורכב להגיב באופן מיידי את הצליל לאוזן ימין עם האצבע המורה הימנית, הצליל לאוזן שמאל עם האצבע. נכון.
      2. השתמש נשמע 1000-הרץ ב- 65-dB SPL על 0.1 s במרווח הבין-גירוי של 2.5-3.5 s, המופיע pseudorandomly משני צדדיו האוזן.
    2. לפני חשיפה ההפוכות האודישן, לערוך ניסוי דימות מוחי תחת הפעילות מיומן.
      1. לדוגמה, להקליט או מג או EEG תגובות, כמו גם את התגובות האצבע ימינה ושמאלה תחת ה-פעילות זמן תגובה סלקטיבית15. הפעילות מורכבת תואמת שני שני גושי בניינים שאינם תואמים שמסודרים לחלופין במרווח הבין-בלוק לפחות 30 s, עם צלילים המופיעים 80 פעם עבור כל בלוק דרך האוזניות שנוספו עם צינורות מפלסטיק באוזן.
        הערה: למרות מערכת מג 122-ערוץ היה בשימוש איואמה, Kuriki15, מערכת EEG רב ערוצית מתאים גם עבור פרוטוקול זה.
      2. מג/א. ג. הקלטה, להגדיר קצב הדגימה קילוהרץ 1, את passband הקלטה אנלוגית-0.03 – 200 Hz.
    3. במהלך כ חודש החשיפה על ההפוכות האודישן, לערוך ניסויים דימות מוחי תחת הפעילות מיומן בכל שבוע ללא מערכת האודישן הפוכה בדיוק באותו אופן כמו הניסוי טרום חשיפה (שלב 3.2.2).
      הערה: המערכת להסיר מיד לפני, לשים מיד לאחר ניסוי.
    4. שבוע לאחר החשיפה, לערוך ניסוי דימות מוחי תחת הפעילות מאומנים בדיוק באותו אופן כמו הניסוי טרום חשיפה (שלב 3.2.2).
    5. לנתח את הנתונים שנאספו לפני, במהלך, ואחרי את החשיפה האודישן הפוכה משמאל לימין.
      1. לדוגמה, לאחר שדחה את שהשרתים מזוהם עם חפצים הקשורים העין, הסרת את ההיסט במרווח גירוי מקדים, והגדרת את נמוך לעבור סינון ב- 40 הרץ, ממוצע הנתונים מג/EEG מ- ms 100 לפני 500 ms לאחר תחילתה קול עבור תנאי תואם ולא תואמת גירוי-תגובה15.
      2. באמצעות MNE של תוכנה חבילת19,20, מעריכים את המקורות של פעילות המוח עם מפות פרמטרית דינאמית סטטיסטי (dSPMs) על תמונות משטח קורטיקליים ו לכמת עוצמות של פעילות מוחית עם מינימום-הנורמה הערכות (MNEs) עבור כל נקודת הזמן של הנתונים בממוצע.
      3. לחשב קישוריות פונקציונלי שמיעתי-מנוע יחיד-משפט אפס-ממוצע נתונים מג/EEG מ 90 ל 500 ms לאחר תחילתה קול עבור כל תנאי
        הערה: כאן אנחנו משתמשים MATLAB עם ארגז הכלים של סיבתיות גריינג'ר Multivariate21.
      4. עבור נתונים התנהגותיים, לחשב את זמני התגובה רעה עבור תנאי תואם ולא תואמת גירוי-תגובה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

התוצאות נציג המוצגת כאן מבוססים על איואמה, Kuriki15. בפרוטוקול הנוכחי השיג אודישן הפוכה משמאל לימין עם רמת דיוק גבוהה ייתכן. איור 1 מראה ההתאמה מקור הקול בכיוונים מעל 360 מעלות לפני מיד אחרי ששמתי על מערכת האודישן הפוכה משמאל לימין (איור 1 א'), שישה משתתפים, כמצוין על-ידי הדמיון הקוסינוס. כפי שמוצג באיור 1B, הזוויות תפיסתי במצב נורמלי היו די טוב בקורלציה עם הזוויות הפיזי (מתאם חיובי, מותאם R2 = 0.99). זוויות תפיסתי במצב הפוך גם היו בקורלציה עם הזוויות הפיזי (קורלציה שלילית, Rמנוכי עונתיות2 = 0.96; ראה גם באיור 4 איואמה, Kuriki15), אם כי הייתה בעיה קטנה הטיה תפיסתית לעבר סיבוב נגד כיוון השעון, במיוחד עבור הקולות הבוקעים החזית נכון וכיוונים שמאל-בחזרה. ראוי לציין, זוויות תפיסתי במצב הפוך היו מתואמים יותר עם הזוויות תפיסתי בשידוך הפוך מצב נורמלי (מותאם R2 = 0.98) מאשר הזוויות פיזית, כמו באיור איור 1C. יתר על כן, עיכוב פוטנציאלי של המערכת היה מוערך גב' 2 קבוע בפרוטוקול הנוכחי מושגת גם לובש מראה טבעי, כמו האזנה למוזיקה עם נגן מוסיקה נייד, ובכך למנוע כל הלחץ של לשים לב על ידי אנשים אחרים.

Figure 1
איור 1: נשמע לוקליזציה מקור בכיוונים 360°, לפני ואחרי מיד לשים במערכת האודישן הפוכה משמאל לימין, שישה משתתפים. (א) משמאל לימין נבנה הפוך האודישן המערכת. (B) קוסינוס דמיון בין זוויות תפיסתי מוסדר סימן גופני זוויות רגיל (כחול) וביטל את התנאים (אדום) להתוות נגד זוויות פיזית (ללא פיקוח), בהתאמה. ואילו הזוויות הפיזי משמשים ישירות הדמיון קוסינוס במצב נורמלי, הסימנים של זוויות פיזית הם הפוכים מצב הפוך. (ג) קוסינוס דמיון בין זוויות תפיסתי במצב הפוך זוויות תפיסתי בשידוך הפוך במצב נורמלי להתוות נגד הפיזי זוויות (סגול). איור זה השתנה בין איואמה, Kuriki15. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

בפרוטוקול הנוכחי חשף שינויים תפיסתיים לאודישן הפוכה מ שלב מוקדם יחסית במהלך החשיפה כ 1-חודש. למרות תחושת המוזרות דווח רק לאחר החשיפה, זה החלה לרדת תוך שבוע של חשיפת והמשיך לרדת עוד יותר לאורך זמן. תמונת-ראי נשמע נתפסו בהדרגה כרגיל, אשר התרחשו גם עם מידע חזותי ותנועות. שבוע לאחר תום תקופת החשיפה, כל השינויים חזר טרום חשיפה ברמה. בפרוטוקול הנוכחי זיהתה שינויים לא רק תפיסתי אבל גם ובעיות התנהגות עצבית שבבסיס ההסתגלות. איור 2 מציג שינויים תגובות התנהגותיות ועצבית במהלך הפעילות זמן תגובה סלקטיבית מעל הזמן חשיפה משתתף נציג. כפי שמוצג באיור 2A, זמני התגובה הממוצע עבור צלילים תגובה-לא תואם היו בסך הכל עוד יותר מאלה של התגובה תואמי. נשמע מתקופת טרום חשיפה בשבוע השלישי, אך הפך מעט קצרה יותר בשבוע הרביעי. זה היפוך יחסית עקב התארכות ארעית של פעמים התגובה הממוצע ללא התחשבות בתאימות בשבוע השני. לאחר החשיפה, אבל זמני התגובה חזר לרמה ההתחלתית. עוצמות MNE הרכיבים N1m ימינה ושמאלה הציג מגמות דומות טיימס תגובה רעה, כפי שמוצג באיור 2B, למרות הקשר התואם ללא תואם היה נראה. הרכיבים N1m הם ברורים שדות עורר השמיעה נצפו על 90 ms לאחר תחילת קול, המקור שלהם אושר להיות ממוקם המטוסים הדו-צדדיים טמפורלית מעולה באמצעות dSPMs. בסך הכל, עוצמות, בתנאים תואמים של גירוי-תגובה היו גבוהים יותר מאשר אלו שאינם תואמים לתנאים מתקופת טרום חשיפה בשבוע השלישי, אך היו מעט נמוך יותר בשבוע הרביעי. זה היפוך יחסית עקב שיפור ארעית של עוצמות ללא התחשבות תאימות, laterality בשבוע השני. לאחר החשיפה, הם החזירו את רמות הראשונית.

Figure 2
איור 2: תגובות התנהגותיות ועצבית במהלך הפעילות זמן תגובה סלקטיבית של משתתף נציג. (א) מתכוון זמני תגובה על גירוי-תגובה תואם ותנאי שאינם תואמים. (B) השמיעה ישר ושמאלה N1m עוצמות בזכות תנאי תואם ולא תואמת גירוי-תגובה, כמו הערכה לפי הערכות מינימום-הנורמה. אזורי צהוב מצביעים על תקופה נחשף אודישן הפוכה משמאל לימין. איור זה השתנה בין איואמה, Kuriki15. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

יתר על כן, הפרוטוקול הנוכחי חשף שינויים קישוריות פונקציונלי על פני שמאלה ממש השמיעה ואזורי מנוע במהלך הפעילות זמן תגובה סלקטיבית שני משתתפים, כפי שמוצג באיור3. קישוריות פונקציונלי נבחנה עם הבדיקה סיבתיות גריינג'ר סף p < 0.05. בתחילה, אזורים אלה השמיעה-מנוע מתקשרים אחד עם השני בלי קשר גירוי ותגובה. עם זאת, לאחר חשיפה הפוכה לאודישן, קישוריות שמיעתי-מנוע הפך לא יציב. ראוי לציין, בשבוע השני, קישוריות שמיעתי-מנוע הופרעו באופן דרסטי, בדגש תקשורת מנוע שמאל-לימין והתגובות ממש מנוע-כדי-השמיעה. מיד לאחר מכן, הקישוריות התאושש ברמה של השבוע הראשון, חזר לשלב הראשוני אחרי החשיפה.

Figure 3
איור 3: קישוריות פונקציונלי שמיעתי-מנוע כפי שנבדקו על ידי גריינג'ר סיבתיות בדיקות במהלך הפעילות זמן תגובה סלקטיבית משתתפים שני. אדום, צהוב, arrow(s) אין מציינים את מספר המשתתפים משמעות על סף של 0.05 < p (N = 2, 1 ו- 0, בהתאמה). LM ו RM מציינות אזורים מוטוריים נכון ושמאלה, בהתאמה, LA ו RA מציינות אזורים השמיעה ישר ושמאלה, בהתאמה. איור זה השתנה בין איואמה, Kuriki15. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הפרוטוקול המוצע נועדו ליצור מתודולוגיה ללמוד ההסתגלות האודישן הפוכה משמאל לימין כמו כלי יעיל עבור לחשוף את יכולת ההתאמה של בני אדם לסביבה השמיעה הרומן. כפי שמעידים התוצאות נציג, המנגנון נבנה מושגת האודישן הפוכה משמאל לימין עם זמן-מרחבי רמת דיוק גבוהה. אמנם מנגנוני הקודם על ההפוכות האודישן11,12,13,14 היו בעיקר אמין בתחום השמיעה קבלה, פרוטוקול זה מספק ביצועים גבוהים במקור קול 360 לוקליזציה יחד עם מאפייני השמיעה. יתר על כן, עיכוב פוטנציאלי של 2 מילי-שניות לאיבוד דרך הנתיב חשמל במערכת, אשר לא יוערכו אחרים שההדרכה אלקטרונית13,14, נחשב להיות זניח בשל האדם חדות השמיעה הזמני22 . בניגוד המנגנון המסורתי של חצוצרות מעוקל11,12 עם מראה מוזר ולא נוח מתאים, מערכת האודישן הפוכה בשימוש בפרוטוקול הנוכחי נראה כמו נגן מוזיקה נייד ומאפשרת ממשתתף מתמקדים בחיי היומיום מבלי לעורר סקרנות או למשוך תשומת לב של אנשים אחרים. בשלב זה, זה אפילו מעולה מנגנוני על ההפוכות החזון באמצעות מנסרות1,2,3,4,5,6,7 . ואכן, כפי שמעידים התוצאות נציג, בסביבות חודש ללבוש את המנגנון מושגת ההסתגלות משמאל האודישן הפוכה ברמות תפיסתי התנהגותי, עצביות. כמו הקודם פרוטוקולים11,12,13,14, זה היה די מאתגר כדי לבצע ניסויים עם משתתפים רבים, בשל תקופת מחקר ארוכה של קשיים גיוס משתתף. עם זאת, תוצאות אישיות סיפק מידע אמין, עשיר ובעל ערך אודות עיבוד שמיעתי (לפרטים, ראה איואמה, Kuriki15). לכן, בפרוטוקול הנוכחי הוא הרבה יותר מתאים להקלה על ההסתגלות על ההפוכות האודישן מאשר כל הקודם פרוטוקולים אחרים נכשלה באופן ניכר מראש ידע על הסתגלות11,12, 13,14.

בתור הנחה בסיסית, העדיפות הגבוהה ביותר בפרוטוקול המוצע צריך להיות של המשתתף בטיחות, בריאות, ולא יהיה במהלך החשיפה לאודישן הפוכה. על מנת לשמר את אלה, צופה עליך. שמור על עצמך ולתקשר עם המשתתף ככל האפשר, במיוחד במהלך, מיד לאחר תום תקופת החשיפה. אם אחד מהתנאים אינן משביעות רצון, צופה עליך להפסיק את החשיפה באופן מיידי. חוץ מזה, אחד השלבים הקריטיים ביותר של הפרוטוקול הוא להדריך את המשתתפים לחוות מצבים מעורבים קלט שמיעתי גבוה זמן רב ככל האפשר. בניגוד חזותי המקרים שבו הקלט ברשתית יש רזולוציה מרחבית בסדר23,24, חשיפה הפוכה האודישן הוא פחות יעיל עקב נמוך רזולוציה מרחבית שמיעתי25,26. בנוסף, אירועים שמיעתי-סביבתי מתרחשות לעיתים נדירות בחיי היום יום, אלא אם אדם הוא נתון גבוה קלט שמיעתי. יתר על כן, זה לא מספיק עבור צלילים כיוונית, lateralized, אבל גם צריך להיות מלווה את הצלילים על ידי אחרים מידע חושי או תנועה כדי להקל על ההסתגלות. ללא שלב זה, נמוך או אפילו אין השפעה אדפטיבית, צפוי. עוד צעד קריטי הוא להורות את המשתתף כדי להתאמן על פעילות היטב ככל האפשר לפני דימות מוחי הראשון הניסוי כך ביצועי המשימות יתמקד ברמה מסוימת. זה נחוץ עבור הערכה מדויקת של אפקט מסתגלת על תגובות התנהגותיות ועצבית, כי זה די קשה לנתק בין את מסתגלת הפעילות למידה אפקטים לאורך זמן. הפחתת ראשוני של פעילות למידה השפעה ובכך מקדם נוסף ניתוח של ההסתגלות.

בפרוטוקול הנוכחי יכול להיות גמישה שונה, תלוי בזמינות של ציוד מעבדתי, מטרת המחקר. לדוגמה, כדי לאמת את מקור הקול הלוקליזציה של המערכת האודישן הפוכה, זה מקובל להעסיק עוד שיטה ותיקה בלוקאליזציה מקור הקול, במקום מד זווית דיגיטלית וחדר רגוע מספיק לרעש, במקום זאת של חדר anechoic. ללמוד את ההסתגלות האודישן הפוכה משמאל לימין, תקופת החשיפה יכול להיות מקוצר או ממושך, התדירות של דימות מוחי יכול להיות נמוכה או גבוהה יותר, בהתאם למצב. ללימוד נוסף, מומלץ לבצע דימות מוחי בתדירות גבוהה יותר לאחר תקופת החשיפה לחקור את תהליך ההחלמה לאחר ההסתגלות. דימות מוחי אינו זמין, אפשר להחליף ניסויים דימות מוחי על ידי ניסויים התנהגותיים. פרוטוקול זה, יש אפשרות כי משתתף יבקש השעיה זמנית של החשיפה מסיבות בלתי נמנע. אלא אם המשתתף מסכים להכניס אטמי אוזניים האוזניים במהלך תקופת התנאי, החשיפה צריך להסתיים בגלל השפעות השחזור לא ידוע על readaptation; התנסות חדשה צריכה להתחיל עם משתתף אחר. בעיה אפשרית נוספת היא כי איזון של עוצמת סובייקטיבי בין צלילים ימינה ושמאלה הופך להיות לא בטוח עקב מגע פיזי עם המערכת או בשל סיבות אחרות. במקרה כזה, מומלץ עבור המשתתף לאשר, בעיניים עצומות, אם הקולות שמקורם הקדמי בלבד הלוקליזציה בחזית לפני מתכוונן מחדש את אמצעי האחסון.

אף-על-פי המנגנון הנוכחי הראה ביצועים גבוהים ב- 360° מקור הקול לוקליזציה, התוצאות הצביעו על דעה קדומה תפיסתי קלה לכיוון סיבוב נגד כיוון השעון, במיוחד עבור הקולות הבוקעים החזית נכון וכיוונים שמאל-בחזרה. בהנחה, האוזניות הוכנסו כראוי תעלות האוזן של המשתתף, שתי אפשרויות נחשבים העיוות סימטרית של הלוקליזציה: מאפיינים אקוסטיים בודדים, והתאמת של unreversed צלילים. מאפיינים אקוסטיים הם בדרך כלל עוצב כמו העברת הקשורות הראש פונקציות (HRTFs)27, HRTFs נפוצה משמשים עבור כל משתתף הגירסה הנוכחית של המנגנון ללא קידום אתרים ספציפיים. לפיכך, יש מקום לשפר את המנגנון על-ידי יישום HRTFs נפרדים עבור כל האוזן וכל משתתף. לעומת זאת, והתאמת קלה של צלילים unreversed הוא יחסית בלתי נשלט. למרות ההפרדה של מיקרופון, אוזניות חלקי המערכת מפחיתה את העודפים, כרגיל נשמע סביר להפיק הולכה עצם מורגש28, קשה מבחינה טכנית למנוע העודפים לחלוטין דרך לבישה. יתר על כן, במהלך החשיפה, זה כמעט בלתי אפשרי לשלוט כמנצח עצם קולות מתוצרת עצמית; לפיכך, אין שום דבר לעשות מלבד להניח התפלגות סימטרית עבורם. לכן, הוא נחשב כי המימוש של HRTFs בודדים היא העדיפות לשפר את המנגנון ולהשיג עיבוד יעיל יותר.

למיטב ידיעתי זה לפרוטוקול המוצלח הראשון שהוקם ללמוד את ההסתגלות מדויק משמאל האודישן הפוכה עם דימות מוחי לטווח ארוך. בנוסף, פרוטוקול זה יש פוטנציאל גדול עבור הישימות נרחב במחקר שמיעתי והן החושים. לדוגמה, מערכת שילוב מיקרו-מחשב יכול להגדיר כדי לגרום שינויים שונים בחלל השמיעה, כגון משמרת כוללת rightward או של דחיסה של מרחב השמיעה לעבר המרכז. מאז אולי תבין עיבוד המידע המרחבי על פני שיטות חושית, שינו מרחב השמיעה יכול להיות כלי חזק כדי לחשוף את המנגנונים של החושים למשובטים המרחבי בצורה הדומה Zwiers. ואח 29, שדיווח על ההשפעות של לובש עדשות פריזמה עם במרחב דחוס חזון על לוקליזציה של מקור הקול. כיום, זה הופך יותר ויותר פופולרי כדי להשתמש בטכניקות זמין כעת בצורה עם מודאלים מרובים, כגון שימוש בו-זמני של EEG ו- fMRI30, השימוש גירוי מוחי טראנס ו- EEG/מג31בשילוב עיכוב. בזמן השימוש בו זמנית של שתי שיטות דימות מוחי מפצה על החולשות שלהם קישור הדדי, עיכוב בשילוב שימוש בגירוי טכניקות דימות מוחי חושפת המוח פונקציות הקשורות after-effects הנגרמת על ידי באמצעות הדמייה של גירוי עיצבי. ראוי לציין, ערכת ניסוי בפרוטוקול הנוכחי יכול היה להיחשב גרסה מורחבת של מקרה השני. דומה של טכניקות בגירוי, רציף לבישת מנגנון לביש עם דופן שטח חושית גורם השפעות של הסתגלות. תופעות אלו ניתן למדוד אז על ידי הטכניקה דימות מוחי. לכן, השימוש מנגנון לביש בשילוב עיכוב, טכניקה דימות מוחי חושף את המוח פונקציות הקשורות הסתגלות (כמו בקצרה הצביע איואמה, Kuriki15). מנקודת מבט כללי, ערכה זו יכולה לספק תובנות חדשות לימודי דימות מוחי עם מגוון אפקטים מסתגלת. לסיכום, בפרוטוקול הנוכחי, תחת ערכה זו, מספק מתודולוגיה מבטיח ללמוד האודישן הפוכה משמאל ככלי לחשוף את יכולת ההתאמה של בני אדם לסביבה חדשניים בתחום השמיעה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחבר אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו מומן בחלקו על ידי מענק של JSPS KAKENHI גרנט מספר JP17K00209. המחבר תודה טקיוקי Hoshino ו קאזוהירו Shigeta לקבלת סיוע טכני.

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/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sugita, Y. Visual evoked potentials of adaptation to left-right reversed vision. Perceptual and Motor Skills. 79 (2), 1047-1054 (1994).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Sekiyama, K., Hashimoto, K., Sugita, Y. Visuo-somatosensory reorganization in perceptual adaptation to reversed vision. Acta psychologica. 141 (2), 231-242 (2012).
  6. Stratton, G. M. Some preliminary experiments on vision without inversion of the retinal image. Psychological Review. 3 (6), 611-617 (1896).
  7. 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).
  8. Thompson, S. P. The pseudophone. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science: Series 5. 5 (50), 385-390 (1879).
  9. Wenzel, E. M. Localization in virtual acoustic displays. Presence: Teleoperators & Virtual Environments. 1 (1), 80-107 (1992).
  10. Carlile, S. Virtual Auditory Space: Generation and Applications. , Springer-Verlag. Berlin Heidelberg. (2013).
  11. Young, T. P. Auditory localization with acoustical transposition of the ears. Journal of Experimental Psychology. 11 (6), 399-429 (1928).
  12. Willey, C. F., Inglis, E., Pearce, C. H. Reversal of auditory localization. Journal of Experimental Psychology. 20 (2), 114-130 (1937).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Brainard, D. H. The Psychophysics Toolbox. Spatial Vision. 10 (4), 433-436 (1997).
  17. Pelli, D. G. The VideoToolbox software for visual psychophysics: transforming numbers into movies. Spatial Vision. 10 (4), 437-442 (1997).
  18. Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D. What's new in Psychtoolbox-3? Perception. 36 (14), ECVP Abstract Supplement (2007).
  19. Gramfort, A., et al. MEG and EEG data analysis with MNE-Python. Frontiers in Neuroscience. 7, 267 (2013).
  20. Gramfort, A., et al. MNE software for processing MEG and EEG data. NeuroImage. 86, 446-460 (2014).
  21. 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).
  22. Green, D. M. Temporal auditory acuity. Psychological Review. 78 (6), 540-551 (1971).
  23. He, S., Cavanagh, P., Intriligator, J. Attentional resolution and the locus of visual awareness. Nature. 383 (6598), 334-337 (1996).
  24. Anton-Erxleben, K., Carrasco, M. Attentional enhancement of spatial resolution: linking behavioural and neurophysiological evidence. Nature Reviews Neuroscience. 14 (3), 188-200 (2013).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Xie, B. Head-Related Transfer Function and Virtual Auditory Display. , J. Ross Publishing. Plantation. (2013).
  28. Stenfelt, S. Acoustic and physiologic aspects of bone conduction hearing. Advances in Oto-Rhino-Laryngology. 71, 10-21 (2011).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).

Tags

התנהגות בעיה 140 Pseudophone עיבוד שמיעתי הסתגלות סביבתית תיאום שמיעתי-מנוע שילוב החושים פלסטיות עצבית הסביבה חריג לוקליזציה קול מכשירים שכאלו תפיסה התנהגות דימות מוחי
שיטה ללמוד ההסתגלות משמאל הפוך האודישן
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Aoyama, A. A Method to Study… More

Aoyama, A. A Method to Study Adaptation to Left-Right Reversed Audition. J. Vis. Exp. (140), e56808, doi:10.3791/56808 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter