我々は、操られた音響信号と小鳥の自然聴覚フィードバックを交換するのに適した小型化されたヘッドフォンの設計と組立を説明します。オンライン音声処理ハードウェアは、歌の出力を操作するヘッドフォンを介して聴覚フィードバックにおけるリアルタイムエラーを導入すると、ボーカルの運動学習を駆動するために使用される。
複雑な動作時の感覚フィードバックの実験操作は、モータ制御と感覚可塑1の根底にある計算に貴重な洞察を提供してきました。経験豊富なフィードバック誤差を低減フィードフォワードモータ制御の変化を反映し、モータ出力における代償性変化、内での一貫した感覚摂動の結果。異なる感覚フィードバックエラーが人間の行動にどのように影響するかを定量化することにより、先行研究では、音声生成4-7を変更するために使用される方法を視覚信号が腕の動き2,3と聴覚フィードバックを再較正するために使用され検討されている。このアプローチの強みは、実験者が生産の経験豊富なエラーは、モータ出力を再校正するために使用される様子を観察できるように、行動に自然主義的なエラーを模倣する能力にかかっている。
小鳥は、感覚運動制御と可塑性8,9の神経基盤を調べるための優れた動物モデルを提供</sup>。 Songbirdの脳は歌学習のために必要な領域が空間的にソング制作に必要なものから分離され、神経記録および病変の研究は異なる脳領域9-12発声行動に貢献する方法を理解する上で重要な進歩を遂げているに明確に定義された回路を提供。しかし、自然主義的な誤り訂正パラダイムの欠如 – 既知の音響パラメータは実験者によって混乱とその後歌姫によって補正された – それは難しい発声学習の基礎となる計算方法や、神経回路の異なる要素が貢献を理解できるようになりましたボーカルエラー13の補正に。
ここで説明する手法は、音声学習を駆動するために使用できる任意の知覚誤差の導入を可能にする、鳴き鳥における聴覚フィードバックエラーオーバー実験を正確に制御できます。オンライン音声処理装置が知られているに摂動を導入するために使用される歌、そして小型化されたヘッドホンの音響装置は、リアルタイムで摂動信号と鳴き鳥の自然な聴覚フィードバックを交換するために使用されます。我々は、成鳥が誤り訂正14を使用してボーカル·パフォーマンスを維持することを第一のデモを提供する、大人の鳴禽類における聴覚フィードバックの基本周波数(ピッチ)を混乱させるために、このパラダイムを使用している。本プロトコルは、発声学習の計算および神経生理学的根拠を調査する感覚フィードバック摂動(を含むが、ピッチシフトに限らない)の広い範囲を実装するために使用できます。
ここで紹介するプロトコルは、実験者が鳴き鳥には聴覚フィードバックを操作することができます。軽量構造は、そのような操作が長期間にわたって持続されることを可能にし、か月以上のヘッドフォンを装着したままの鳥は多産に歌います。いくつかの鳴禽類は、ヘッドフォンを着用していれば10週のために歌いますが、いくつかのケースでは歌の量は、使用の〜5週間後に低下し始めます。このような理由から、我々は一般的に4週間に実験を制限します。我々の経験では、ヘッドホンを装着し、すべての小鳥は一日あたり100 +歌の試合を(時にはそれ以上)歌うことが期待できる。適切に採用された場合そのため、ヘッドホンシステムは、ほぼ100%の成功率(成功は歌う鳥からのデータの取得で定義されている場合)をご利用いただけます。さらに、1の学習実験を完了した後にヘッドホンを取り外すことができ、その後、更なるデータ収集のために再接続する。動物は良い一般的な健康reattaであることを提供 chmentはいつでも場所を取ることができます。
成功の一つの重要な決定要因は、重量を最小限に抑え、ヘッドフォンの快適さを最適化することです。建設時には、注意がエポキシまたは装置全体の重量を増加させ、潜在的に歌うために鳥の意欲を減少させる過剰な接着剤として使用される歯科用アクリルの量を最小限に抑えるよう注意が必要です。また、ヘッドホンを装着後数日間は、装置が簡単に外耳道の周りの皮膚はイヤフォンがきつすぎる場合に発生する可能性がイヤフォン、でイライラになっていないことを確認するために削除する必要があります。外耳道は、ヘッドフォン·アタッチメント(オープン、赤みや腫れの兆候を持つ)の時点で、彼らがやったように表示されます。炎症が生じた場合、圧力はフォームパッドの厚さを薄くすることによって軽減することができる。これはまた、刺激の原因になりますので、乾燥したエポキシで固め、その泡が鳥の肌に接触しないように注意してください。
t "は>それは実験者によって選択されたピッチシフトに加えて、仮想聴覚フィードバックも遅れている(〜10ミリで、ハーモナイザーの処理待ち時間を反映)と鳥のより大きな振幅で導入されることに注意することが重要である自然な聴覚フィードバック(鳥の自然な曲の音をかき消すために、ヘッドフォンに "リーク")このような理由から、実験は鳥がゼロではなく、使ってヘッドフォンで歌っている数日間のベースライン期間で始まらなければなりません鳥が最初に不在でヘッドフォンで歌うを開始するときにヘッドホンのパラダイムに関連する他の要因に起因するボーカル変更から分離されるピッチシフトの効果を可能にピッチシフト14が 、実際には、曲のピッチや振幅の変化はほとんど観察されないピッチシフトし、さらには、ヘッドフォンを介して配信シフトされていないフィードバックに長時間暴露は曲のピッチ14の変化を起こさないことが示されている。 コンテンツは、 ">我々は以前に成人鳴禽類で、聴覚フィードバックのピッチで上下両方のシフトがボーカルのピッチの適応的変化(フィードバックシフトに符号が逆、すなわち変化する )14を生成することを実証するために、このデザインを使用してきました。両方上向きに含めるとそのような設計は聴覚フィードバック(とではないヘッドフォンによる遅延や振幅アーティファクトに応答して)のピッチの変化に応答して、その曲のピッチ変化を実証することができるので、このパラダイムを採用する任意の実験で下向きのシフトが重要である。さらに、このパラダイムの主要な強さは、それが任意の聴覚操作を導入するために使用することができるということです。ハーモナイザーシステムは、音響信号の振幅やスペクトル包絡線を変更することによって、例えばオンライン摂動の多種多様を生成することができます。ピッチを越えて操作の範囲を拡大シフトは、したがって発声学習の様々な現象を調べるために使用することができる。また、HEAdphonesは、個々の音節16に学習を駆動する白色雑音やその他の条件補強信号を配信するために使用することができる。最後に、このパラダイムは、原理的には発声行動中に聴覚フィードバックに依存しているすべての小動物系で使用することができる。我々は、人間の音声4-7を研究するために使用される聴覚フィードバックの操作を模倣する私たちの技術は、ボーカルの可塑性が生理的にアクセス可能な動物モデルで検討することができることに注意してください。脳病変、薬理操作、または神経の録音でボーカルの誤り訂正の行動研究を組み合わせることにより、特定の神経回路は、ボーカル·パフォーマンスの誤差の補正に寄与する方法を明らかにするために使用することができる。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、NINDS 5P30NS069250によってサポートされていました。我々は、技術的な支援をDiala Chehayeb、ジェフリー·シンプソン、テイラー·ローゼンバウム、クリストファー·フーバーに感謝します。
Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
Hex nuts | Amazon supply | B000FMW43Y | |
0-80 Screws, 1/8″ | Amazon supply | B000FN0JXK | |
0.05″ Hex wrench | Amazon supply | B003GDISE8 | |
Headphones speakers | Digikey | 423-1113-ND | |
Headphones microphone | Digikey | 423-1062-ND | |
Harmonizer | Sweetwater Sound | H7600 | |
(Eventide H7600) | |||
Carbon fiber strip, 1 x 3 mm | Hobby Lobby International | GXS1030 | |
Carbon fiber cylinder, 6 mm (OD) x 4 mm (ID) | Hobby Lobby International | GXT6040 | |
Wire | Cooner Wire & Cable | NUF36-2550 | |
Connector strip header | Digikey | ED83100-ND | |
Connector strip socket | Digikey | ED85100-ND | |
Foam earplugs | AO SAFETY | 92050 | |
1/8″ hole punch | Paperwishes | 7260197000 | |
1/4″ hole punch | Paperwishes | 7260198000 | |
Pipet tips | VWR | 89003-056 | |
Dental acrylic | Maxcem | 33873 | |
5-minute epoxy | Devcon | 14210 | |
Cage microphone | Countryman | B3P4FF05B | |
Microphone preamp | M-audio | DMP3 | |
Speaker amplifier (Crown D-45) | Sweetwater sound | D-45 | |
Low-pass filter | Krohn-hite | FMB3002AC, 3FS8SL-10kg-N1U1 | |
Commutator | Dragonfly | SL-88-10 | |
Alligator clip holder | GC Electronics | 12-051 | |
Mineral oil | Sigma | M3516 | |
Dremel tool | Dremel | 8200 |