FMRI-kortlægning af hjerneaktivitet associeret med vokalproduktion af konsonant- og dissonantintervaller

Summary

De neurale korrelater for at lytte til konsonante og dissonante intervaller er blevet studeret bredt, men de neurale mekanismer, der er forbundet med produktion af konsonante og dissonante intervaller, er mindre velkendte. I denne artikel kombineres adfærdstest og fMRI med intervalidentifikation og sangopgaver for at beskrive disse mekanismer.

Abstract

De neurale korrelater af konsonans og dissonansperspektiv er blevet undersøgt bredt, men ikke de neurale korrelater af konsonans og dissonansproduktion. Den mest enkle måde at musikalske produktion synger på, men fra et billeddannelsesperspektiv frembyder det stadig flere udfordringer end at lytte, fordi det involverer motoraktivitet. Den nøjagtige sang af musikalske intervaller kræver integration mellem auditiv feedbackbehandling og vokal motorstyring for korrekt fremstilling af hver note. Denne protokol præsenterer en metode, som tillader overvågning af neurale aktiveringer forbundet med vokalproduktion af konsonante og dissonante intervaller. Fire musikalske intervaller, to konsonant og to dissonante, bruges som stimuli, både til en auditiv diskriminationstest og en opgave, der involverer først at lytte til og derefter gengive givne intervaller. Deltagere, alle kvindelige vokalstuderende på vinterhalvåret, blev undersøgt ved hjælp af funktionel magnetisk resOnance Imaging (fMRI) under udførelsen af ​​sangopgaven, med lytteopgaven, der tjener som kontrolbetingelse. På denne måde blev aktiviteten af ​​både motor- og lydsystemerne observeret, og der blev også opnået en måling af vokalnøjagtighed under sangopgaven. Protokollen kan således også bruges til at spore aktiveringer, der er forbundet med at synge forskellige typer intervaller eller med at syngre de nødvendige noter mere præcist. Resultaterne viser, at syngende dissonante intervaller kræver større deltagelse af de neurale mekanismer, som er ansvarlige for integrationen af ​​ekstern feedback fra de auditive og sensorimotoriske systemer, end der synger konsonantintervaller.

Introduction

Visse kombinationer af musikalske pitcher er generelt anerkendt for at være konsonante, og de er typisk forbundet med en behagelig fornemmelse. Andre kombinationer benævnes generelt dissonant og er forbundet med en ubehagelig eller uløst følelse ¹ . Selvom det forekommer fornuftigt at antage, at enculturation og træning spiller en rolle i opfattelsen af ​​konsonans ² , er det for nylig blevet vist, at forskellene i opfattelsen af ​​konsonante og dissonante intervaller og akkorder sandsynligvis er mindre afhængige af musikalsk kultur end tidligere blevet antaget ³ og maj Selv stammer fra simple biologiske baser ^{4 , 5 , 6} . For at forhindre en tvetydig forståelse af begrebet konsonans, introducerede Terhardt ⁷ begrebet sensorisk konsonans, i modsætning til konsonans i en musikalsk sammenhæng, Hvor harmoni for eksempel kan påvirke svaret på et givet akkord eller interval. I den foreliggende protokol blev kun isolerede topunktsintervaller brugt præcist til at udelukke aktiveringer udelukkende relateret til sensorisk konsonans uden indblanding fra kontekstafhængig behandling ⁸ .

Forsøg på at karakterisere konsonans gennem rent fysiske midler begyndte med Helmholtz ⁹ , som tilskrev den opfattede ruhed forbundet med dissonante akkorder til at slå mellem tilstødende frekvenskomponenter. For nylig er det imidlertid blevet påvist, at sensorisk konsonans ikke kun er forbundet med fraværet af ruhed, men også med harmonicitet, det vil sige tilpasningen af ​​partiklerne af en given tone eller akkord med de af en uhørt tone i en Lavere frekvens ^{10 , 11} . Behavioral studier bekræfter, at subjektiv konsonans faktisk påvirkes af puAfhænger af fysiske parametre, såsom frekvensafstand ^{12 , 13} , men et bredere udvalg af studier har påvist, at fysiske fænomener ikke alene kan regne med forskellene mellem opfattet konsonans og dissonans ^{14 , 15 , 16 , 17} . Alle disse undersøgelser rapporterer imidlertid disse forskelle, når de lytter til en række intervaller eller akkorder. En række undersøgelser ved anvendelse af Positron Emission Tomography (PET) og funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) har afsløret signifikante forskelle i de kortikale regioner, der bliver aktive, når man lytter til enten konsonante eller dissonante intervaller og akkorder ^{8 , 18 , 19 , 20} . Formålet med den foreliggende undersøgelse er at undersøge forskelleneI hjerneaktivitet, når man producerer, snarere end at lytte til, konsonante og dissonante intervaller.

Undersøgelsen af ​​sensorisk-motorisk kontrol under musikalsk produktion involverer typisk brug af musikinstrumenter, og meget ofte kræver det fremstilling af instrumenter, der er modificeret specifikt til deres brug under neuroimaging ²¹ . Sang synes imidlertid at give fra starten en passende mekanisme til analyse af sensoriske motoriske processer under musikproduktionen, da instrumentet er selve menneskets stemme, og vokalapparatet ikke kræver nogen ændring for at være egnet under Billeddannelse ²² . Selvom de neurale mekanismer forbundet med sangaspekter, såsom tonehøjdekontrol ²³ , vokalimitation ²⁴ , træningsinducerede adaptive forandringer ²⁵ og integrationen af ​​ekstern tilbagekobling ^{25 ,} <sUp class = "xref"> 26 ^{, 27 , 28 , 29} , har været genstand for en række studier i løbet af de sidste to årtier, blev de neurale korrelater af sangkonsonant og dissonante intervaller først for nylig beskrevet ³⁰ . Til dette formål beskriver det aktuelle papir en adfærdstest, der er designet til at etablere en passende anerkendelse af konsonante og dissonante intervaller af deltagerne. Dette følges af et fMRI-studie af deltagere, som synger en række konsonante og dissonante intervaller. FMRI-protokollen er forholdsvis ligetil, men som med al MR-forskning skal der lægges stor vægt på korrekt opstilling af forsøgene. I dette tilfælde er det særligt vigtigt at minimere hoved-, mund- og læbebevægelse under sangopgaver, hvilket gør identifikationen af ​​effekter, der ikke er direkte relateret til den fysiske handling, at synge mere ligetil. Denne metode kan bruges til iFastlægge neurale mekanismer forbundet med en række aktiviteter, der involverer musikalsk produktion ved at synge.

Protocol

Denne protokol er blevet godkendt af Hospitalet Infantil de México "Federico Gómez", Udvalget for Forskning, Etik og Sikkerhed. 1. Behavioral Pretest Udfør en standard, ren-tone audiometrisk test for at bekræfte, at alle potentielle deltagere har normal hørelse (20 dB Hearing Level (HL) over oktavfrekvenser på -8000 Hz). Brug Edinburgh Handedness Inventory 31 for at sikre, at alle deltagere er højrehåndede. Generering af …

Representative Results

Alle 11 deltagere i vores eksperiment var kvindelige vokalstuderende på vinterhaveplanen, og de udførte sig godt nok i de intervalgennemsagnsopgaver, der skulle vælges til scanning. Succesraten for intervallidentifikationsopgaven var 65,72 ± 21,67%, hvilket som forventet er lavere end succesfrekvensen ved identifikation af dissonante og konsonantintervaller, hvilket var 74,82 ± 14,15%. For at validere undersøgelsen…

Discussion

Dette værk beskriver en protokol, hvor sang bruges som et middel til at studere hjerneaktivitet under produktion af konsonante og dissonante intervaller. Selvom sang giver det, der muligvis er den enkleste metode til produktion af musikalske intervaller ²² , tillader det ikke akkordproduktion. Selv om de fleste fysiske karakteriseringer af begrebet konsonans imidlertid i nogen grad afhænger af overlejring af samtidige noter, har en række undersøgelser vist, at intervaller konstrueret med note…

Materials

Achieva 1.5-T magnetic resonance scanner	Philips	Release 6.4
Audacity	Open source	2.0.5
Audio interface	Tascam	US-144MKII
Audiometer	Brüel & Kjaer	Type 1800
E-Prime Professional	Psychology Software Tools, Inc.	2.0.0.74
Matlab	Mathworks	R2014A
MRI-Compatible Insert Earphones	Sensimetrics	S14
Praat	Open source	5.4.12
Pro audio condenser microphone	Shure	SM93
SPSS Statistics	IBM	20
Statistical Parametric Mapping	Wellcome Trust Centre for Neuroimaging	8