FMRI-kartlegging av hjerneaktivitet assosiert med vokalproduksjonen av konsonant og dissonantintervaller

Summary

Nevrale korrelater av å lytte til konsonante og dissonante intervaller har blitt studert mye, men de nevrale mekanismene som er forbundet med produksjon av konsonante og dissonante intervaller er mindre velkjente. I denne artikkelen er adferdstest og fMRI kombinert med intervallidentifikasjon og sangoppgaver for å beskrive disse mekanismene.

Abstract

De nevrale korrelater av konsonans og dissonanspersepsjon er blitt studert mye, men ikke nevrale korrelater av konsonans og dissonansproduksjon. Den mest enkle måten musikkproduksjon synger, men fra et bilde-perspektiv fremstår det fortsatt flere utfordringer enn å lytte fordi det innebærer motoraktivitet. Den nøyaktige sangingen av musikalske intervaller krever integrering mellom auditiv tilbakemelding og vokal motorstyring for å kunne produsere hvert notat korrekt. Denne protokollen presenterer en metode som tillater overvåking av nevrale aktiveringer assosiert med vokalproduksjonen av konsonante og dissonante intervaller. Fire musikalske intervaller, to konsonant og to dissonant, brukes som stimuli, både for en auditorisk diskrimineringstest og en oppgave som involverer å først lytte til og deretter gjengi gitt intervaller. Deltakere, alle kvinnelige vokalstuderende på vinterhagen, ble studert ved hjelp av funksjonell magnetisk resOnance Imaging (fMRI) under utførelsen av sangoppgaven, med lyttingsoppgaven som betjeningsbetingelse. På denne måten ble aktiviteten til både motor- og lydsystemene observert, og et mål for vokal nøyaktighet under sangoppgaven ble også oppnådd. Dermed kan protokollen også brukes til å spore aktiveringer forbundet med å synge forskjellige typer intervaller eller med å synge de nødvendige notatene mer nøyaktig. Resultatene indikerer at syngende dissonante intervaller krever større deltakelse av nevrale mekanismer som er ansvarlige for integrasjonen av ekstern tilbakemelding fra de hørbare og sensorimotoriske systemer enn syngende konsonantintervaller.

Introduction

Visse kombinasjoner av musikalske baner er generelt anerkjent for å være konsonant, og de er vanligvis forbundet med en hyggelig følelse. Andre kombinasjoner er generelt referert til som dissonant og er forbundet med en ubehagelig eller uløst følelse ¹ . Selv om det synes fornuftig å anta at enculturasjon og trening spiller en rolle i konseptet ² , har det nylig blitt vist at forskjellene i oppfatning av konsonant og dissonant intervaller og akkorder sannsynligvis er mindre avhengig av musikalsk kultur enn tidligere antatt ³ og mai Selv stammer fra enkle biologiske baser ^{4 , 5 , 6} . For å forhindre en tvetydig forståelse av begrepet konsonans, introduserte Terhardt ⁷ begrepet sensorisk konsonans, i motsetning til konsonans i en musikalsk sammenheng, Hvor harmoni for eksempel kan påvirke responsen på et gitt akkord eller intervall. I den foreliggende protokollen ble bare isolerte topunktsintervaller brukt nøyaktig for å utelukke aktiveringer som bare er relatert til sensorisk konsonans, uten forstyrrelser fra kontekstavhengig prosessering ⁸ .

Forsøk på å karakterisere konsonans gjennom rent fysiske midler begynte med Helmholtz ⁹ , som tilskrev den oppfattede grovheten forbundet med dissonante akkorder til å slå mellom tilstøtende frekvenskomponenter. I nyere tid har det imidlertid vist seg at sensorisk konsonans ikke bare er forbundet med fravær av grovhet, men også med harmonisitet, det vil si justering av partiene av en gitt tone eller akkord med de av en uhørt tone i en Lavere frekvens ^{10 , 11} . Behavioral studier bekrefter at subjektiv konsonans faktisk påvirkes av puStole på fysiske parametere, for eksempel frekvensavstand ^{12 , 13} , men et bredere spekter av studier har påvist at fysiske fenomen ikke bare kan utgjøre forskjellene mellom oppfattet konsonans og dissonans ^{14 , 15 , 16 , 17} . Alle disse studiene rapporterer imidlertid disse forskjellene når de lytter til en rekke intervaller eller akkorder. En rekke studier ved bruk av Positron Emission Tomography (PET) og funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) har vist betydelige forskjeller i de kortikale områdene som blir aktive når man lytter til enten konsonant eller dissonant intervaller og akkorder ^{8 , 18 , 19 , 20} . Hensikten med denne studien er å utforske forskjelleneI hjerneaktivitet når man produserer, snarere enn å lytte til, konsonante og dissonante intervaller.

Studien av sensorisk-motorisk kontroll under musikalsk produksjon innebærer vanligvis bruk av musikkinstrumenter, og ofte krever det da fremstilling av instrumenter som er modifisert spesielt for bruk under nevroimaging ²¹ . Synging synes imidlertid å gi fra starten en hensiktsmessig mekanisme for analyse av sensoriske motoriske prosesser under musikkproduksjonen, da instrumentet er selve menneskets stemme, og vokalapparatet ikke krever noen modifikasjoner for å være egnet under Avbildning ²² . Selv om nevrale mekanismer assosiert med aspekter av sang, slik som tonehøydekontroll ²³ , vokalimitasjon ²⁴ , treningsinducerte adaptive forandringer ²⁵ og integrasjon av ekstern tilbakemelding ^{25 ,} <s26 ^{, 27 , 28 , 29} , har vært gjenstand for en rekke studier i løpet av de siste to tiårene, ble de nevrale korrelater av sangkonsonant og dissonante intervaller først nylig beskrevet ³⁰ . For dette formål beskriver det nåværende papiret en adferdstest som er utformet for å fastslå tilstrekkelig anerkjennelse av konsonant og dissonant intervaller av deltakerne. Dette følges av en fMRI-studie av deltakerne som synger en rekke konsonante og dissonante intervaller. FMRI-protokollen er relativt enkel, men som med all MR-undersøkelse må det tas stor forsiktighet for å korrekt opprette forsøkene. I dette tilfellet er det spesielt viktig å minimere hode-, munn- og leppebevegelser under sangoppgaver, noe som gjør det mulig å identifisere effekter som ikke er direkte relatert til den fysiske sangbevegelsen enklere. Denne metoden kan brukes til iVestigere nevrale mekanismene forbundet med en rekke aktiviteter som involverer musikalsk produksjon ved sang.

Protocol

Denne protokollen er godkjent av Forsknings-, Etikk- og Sikkerhetskomiteen til Hospital Infantil de México "Federico Gómez". 1. Behavioral Pretest Utfør en standard, ren-tone audiometrisk test for å bekrefte at alle potensielle deltakere har normal hørsel (20 dB Hearing Level (HL) over oktavfrekvenser på -8000 Hz). Bruk Edinburgh Handedness Inventory 31 for å sikre at alle deltakere har høyrehendt. Generering av intervall…

Representative Results

Alle 11 deltakere i eksperimentet var kvinnelige vokalstudenter på vinterhagen, og de oppnådde godt nok i intervallgjenkjenningsoppgavene som skal velges for skanning. Suksessraten for intervallidentifikasjonsoppgaven var 65,72 ± 21,67%, som, som forventet, var lavere enn suksessraten ved identifisering av dissonant og konsonantintervall, som var 74,82 ± 14,15%. For å validere den grunnleggende utformingen av studie…

Discussion

Dette arbeidet beskriver en protokoll hvor sang brukes som et middel til å studere hjernens aktivitet under produksjon av konsonante og dissonante intervaller. Selv om sang gir det som muligens er den enkleste metoden for produksjon av musikalske intervaller ²² , tillater det ikke produksjon av akkorder. Imidlertid, selv om de fleste fysiske karakteriseringer av konsonansbegrepet, til en viss grad er basert på superposisjon av samtidige notater, har en rekke studier vist at intervaller konstrue…

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