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Biology

Hemi-Larynx-Setup für das Studium Stimmlippe Vibration in drei Dimensionen

Published: November 25, 2017
doi:
10.3791/55303
, , , ,
1Voice Research Lab, Department of Biophysics, Faculty of Science,Palacky University Olomouc, 2Laboratory of Bio-Acoustics, Dept. of Cognitive Biology,University of Vienna, 3ENES Lab, NEURO-PSI,CNRS UMR 9197,Université Lyon/Saint-Etienne, France

Summary

Dieses Papier stellt ein Protokoll für die Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf Proben erleichtern eine Multi-dimensionale Ansicht der Stimmlippe Vibration, um verschiedene biophysikalische Aspekte der Sprachproduktion in Menschen und nicht-menschlichen Säugetieren zu untersuchen.

Abstract

Die Stimme der Menschen und die meisten nicht-menschlichen Säugetieren wird im Kehlkopf durch autarke Schwingung der Stimmlippen erzeugt. Direkte visuelle Dokumentation der Stimmlippe Schwingung ist anspruchsvoll, vor allem bei nicht-menschlichen Säugetieren. Als Alternative bieten ausgeschnittenen Kehlkopf Experimente die Möglichkeit, Stimmlippe Vibration unter kontrollierten physiologischen und physikalischen Bedingungen zu untersuchen. Die Verwendung von einem vollen Kehlkopf bietet jedoch nur eine Draufsicht der Stimmlippen, wesentliche Teile der oszillierenden Strukturen von Beobachtung während ihrer Interaktion mit aerodynamischen Kräfte auszuschließen. Diese Einschränkung überwunden werden durch die Nutzung einer Hemi-Kehlkopf-Setup, wo die Hälfte des Kehlkopfes ist Mitte-sagittal entfernt, bietet eine überlegene und einen seitlichen Blick auf die restlichen Stimmlippe während selbsttragenden Schwingung.

Hier ist eine Anleitung für die anatomische Vorbereitung der Hemi-Larynx Strukturen und ihre Montage auf dem Labortisch gegeben. Beispielhafte Stimmbildung der Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung ist mit High-Speed-video von zwei synchronisierten Kameras (superior und seitliche Ansichten), zeigt dreidimensionale Stimmlippe Bewegung und entsprechende zeitabhängige Kontaktfläche erfassten Daten dokumentiert. Die Dokumentation des Hemi-Kehlkopf-Setups in dieser Publikation erleichtert die Anwendung und zuverlässige Reproduzierbarkeit in der experimentellen Forschung, Bereitstellung von Stimme Wissenschaftler mit dem Potenzial zum besseren Verständnis der Biomechanik der Sprachproduktion.

Introduction

Stimme entsteht in der Regel durch Vibrieren Kehlkopf Gewebe (vor allem die Stimmlippen), die einen stetigen Luftstrom, geliefert von der Lunge in eine Sequenz von Luftstrom Impulse umwandelt. Der Schalldruck-Wellenform (d. h., die primären Ton) entstehende diese Abfolge von Flow Pulse akustisch Vokaltrakts, sie filtert, erregt, und der daraus resultierende Klang strahlt aus dem Mund und (zu einem gewissen Grad) von der Nase1 . Die spektrale Zusammensetzung des erzeugten Klangs wird weitgehend von der Qualität der Stimmlippe Vibration, Kehlkopf Biomechanik und Interaktionen mit den trachealen Airflow2geregelt beeinflusst. Sowohl in einer klinischen und einer Forschungskontext ist Dokumentation und Bewertung der Stimmlippe Vibration daher von vor allem Interesse bei der Sprachproduktion zu studieren.

Beim Menschen direkte Endoskopische Untersuchung des Kehlkopfes beim Klangerzeugung in Vivo ist anspruchsvoll, und es ist praktisch unmöglich, in nicht-menschlichen Säugetieren, aktuelle technologische Mittel gegeben. Deshalb, und um Garantie sorgfältig kontrolliert körperliche und/oder physiologischen experimentellen Randbedingungen, die Nutzung der ausgeschnittenen Larynges3,4 ist in vielen Fällen eine angemessene Vertretung für die Untersuchung von in-vivo Produktion Mechanismen zu äußern.

Stimmlippe Vibration ist ein komplexes dreidimensionales Phänomen5. Während herkömmliche Untersuchungsmethoden wie bieten Kehlkopf Endoskopie (in Vivo) oder ausgeschnittenen Kehlkopf Zubereitungen in der Regel nur eine überlegene Ansicht der schwingenden Stimmlippen6, sie erlauben nicht die vollständige dreidimensionale Analyse der Stimmlippe Bewegung. Insbesondere sind die untere (kaudalen) Ränder der Stimmlippen in die überragende Aussicht während eines großen Teils des Kreislaufs Vibrations unsichtbar. Dies ist aufgrund der Phasenverschiebung zwischen die untere (kaudalen) und superior (cranial) Rand der Stimmlippen, ein Phänomen, das in der Regel während der Stimmlippe Oszillation5gesehen wird. Als direkte empirische Evidenz für die Sicherung der Ergebnisse von mathematischen und physikalischen Modellen knapp ist, wissen über die Geometrie und die Bewegung des unteren Vocal Falten Rand7, und damit die Geometrie des subglottal Kanal8,9 , 10 ist entscheidend für ein besseres Verständnis der Interaktion zwischen Kehlkopf Luftstrom, Stimmlippe Gewebe und die daraus resultierenden Kräfte und drücke11,–12. Stimmlippe Schwingung, die die üblichen überlegene verborgen ist ein weiterer Aspekt ist die vertikale (Caudo-cranial) Tiefe des Kontakts zwischen den beiden Stimmlippen. Die vertikale Kontakt Tiefe bezieht sich auf die vertikale Dicke der Stimmlippen, ist ein möglicher Indikator für die Stimmlage singen (“Brust” vs. “Fistelstimme” Register)13,14verwendet.

Um die Unzulänglichkeiten der konventionellen (voll) ausgeschnittenen Kehlkopf Vorbereitungen zu überwinden, kann eine sogenannte Hemi-Kehlkopf-Setup verwendet werden, wo die Hälfte des Kehlkopfes wird entfernt, und erleichtert so die Beurteilung der Vibrations Merkmale der verbleibenden Stimmlippe in drei Dimensionen. Überraschenderweise haben seit der Einführung dieser Einrichtung in den 1960er Jahren15 und eine Erstvalidierung des Konzepts in 199316, nicht viele Labors Experimente mit diesem vielversprechenden Versuchsansatz17,18 durchgeführt ,19,20,21,22,23. Eine Erklärung dafür könnte in die Schwierigkeiten bei der Schaffung einer lebensfähigen Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung gefunden werden. Während die konventionellen ausgeschnittenen (voll) Kehlkopf Vorbereitung gut dokumentierte4ist, sind noch keine solche ausführliche Anleitung zum Erstellen einer Hemi-Kehlkopf-Setup zur Verfügung. Es ist daher das Ziel dieses Papiers, eine Tutorial für die Einrichtung einer zuverlässig reproduzierbare Hemi-Kehlkopf-Setup, ergänzt durch experimentelle Ergebnisse aus Rothirsch Exemplare bereitzustellen.

Eine Hemi-Kehlkopf-Setup teilt viele Eigenschaften mit einem “konventionellen” ausgeschnittenen Kehlkopf Setup, wie Messgeräte, High-Speed- oder anderen imaging-Technologie, angemessen dokumentieren die Schwingungen der Kehlkopf Strukturen während der Klangerzeugung, oder richtige Lieferung von beheizten, befeuchtete Luft. Diese allgemeine Setup-Überlegungen sind in ein Buch Kapitel4 und ein technischer Bericht aus dem nationalen Zentrum für Gesang und Sprache24detailliert beschrieben. Wiederholung dieser Anleitung wäre würde den Rahmen sprengen diese Handschrift. Hier werden nur die speziellen Richtlinien zur Erzeugung einer Hemi-Kehlkopf-Setup präsentiert.

Protocol

Die Tierpräparate in diesem Papier analysiert wurden im Einklang mit den ethischen Standardanforderungen der Palacký-Universität in Olomouc, Tschechische Republik behandelt. Sie stammen von Rotwild Leben wild in den Wäldern, die von der Tschechischen Armee Forest Service während einer regulären Jagdsaison gejagt wurden. 1. Vorbereitung der Hemi-Kehlkopf-Probe Hinweis: Nur entsprechend vorbereitete Proben sollte verwendet werden, wie in4 a…

Representative Results

In Abbildung 1 und Abbildung 2, angeboten bzw. Abbildungen der Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung und seine Befestigung an der Zuleitung der Luft, wie im vorherigen Abschnitt verwiesen. Dokumentation der Stimmlippe Vibration aus zwei Kameraperspektiven Luftstrom-induzierte autarke Schwingung der Stimm…

Discussion

Die Hemi-Kehlkopf-Vorbereitung teilt die Vorteile der “konventionellen” (voll) ausgeschnittenen Kehlkopf Setup: In solch einen experimentellen Ansatz, physikalischen und physiologischen Randbedingungen und Parameter (z. B. subglottal Druck oder Dehnung der Stimmlippe) können sein ziemlich gut kontrolliert. Das Verhalten des Hemilarynx ist homolog zu, die eine vollständige Kehlkopf mit einem perfekten seitliche Symmetrie, mit der Ausnahme, dass Größen einiger Parameter (zB., Luftdurchsatz, Schalldruck) sind u…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde unterstützt durch ein APART Stipendium der österreichischen Akademie der Wissenschaften (CTH), Projekt der Technologieagentur der Tschechischen Republik keine. TA04010877 (CTH, VH und Richter), und der Tschechische Science Foundation (GACR) Projekt keine GA16-01246S (zum Richter). Wir danken W. Tecumseh Fitch für seinen Vorschlag zur Prothese Fixativ Creme benutzen und Ing. P. Liska von der Tschechischen Armee Forest Service für seine Hilfe bei der Beschaffung der ausgeschnittenen Hirsche Larynges.

Materials

Surgical blades Surgeon Jai Surgical Ltd., New Delhi, India
Saw Hand saw (Lux, 150 mm length) Lux, Wermelskirchen, Germany
Thermometer Testo 922 Testo Ltd., Hampshire, UK K-type Probe, Operating temperature -20 to +50 °C
Autoclave bags Autoclave bags vwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, Czech republic
Conductive glass plates Custom made UPOL – Joint laboratory of Optics
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.
Fixative cream Denture fixative cream Blend-a-dent Natural
Prongs and fastening system Customized Kanya Al eloxed profiles Distributor: VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, the Czech Rep.;  Combination of Kanya RVS and PVS fastening systems (http://www.kanya.cz/) + custom made prongs
Mounting tube Custom made UPOL – Joint laboratory of Optics,
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, the Czech Rep.
LED Light Verbatim 52204 LED Lamp Mitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokyo, Japan
Camera Canon EOS1100D Canon Inc. 18-55 mm lens
Airpump Resun LP100 Resun
Strobe light ELMED Helio-Strob micro2 ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Germany
Humidifier Custom made Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic
Subglottic tract Custom made adjustable subglottic tract Voice Research Lab, Dept. Biophysics, Faculty of Sciences, Palacky University Olomouc, Czech republic Hampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., and Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585: Model subglotickeho traktu. [Utility model no. 25585: Model of subglottal tract] (In Czech) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi
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Herbst, C. T., Hampala, V., Garcia, M., Hofer, R., Svec, J. G. Hemi-laryngeal Setup for Studying Vocal Fold Vibration in Three Dimensions. J. Vis. Exp. (129), e55303, doi:10.3791/55303 (2017).
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