FMRI-Mapping der Gehirnaktivität, verbunden mit der Vokalproduktion von Konsonanten- und Dissonanzintervallen

Summary

Die neuronalen Korrelate des Hörens von konsonanten und dissonanten Intervallen wurden weitgehend untersucht, aber die neuronalen Mechanismen, die mit der Produktion von konsonanten und dissonanten Intervallen verbunden sind, sind weniger bekannt. In diesem Artikel werden Verhaltenstests und fMRI mit Intervallidentifikations- und Gesangsaufgaben kombiniert, um diese Mechanismen zu beschreiben.

Abstract

Die neuronalen Korrelate der Konsonanz und der Dissonanzwahrnehmung wurden weitgehend untersucht, aber nicht die neuronalen Korrelate der Konsonanz und der Dissonanzproduktion. Die einfachste Art der musikalischen Produktion singt, aber aus einer bildgebenden Perspektive stellt sie noch mehr Herausforderungen als das Zuhören, weil es motorische Aktivität beinhaltet. Das genaue Singen von musikalischen Intervallen erfordert die Integration zwischen auditiver Rückkopplungsverarbeitung und Gesangsmotorsteuerung, um jede Note korrekt zu produzieren. Dieses Protokoll stellt eine Methode vor, die die Überwachung von neuronalen Aktivierungen erlaubt, die mit der stimmlichen Produktion von konsonanten und dissonanten Intervallen verbunden sind. Es werden vier musikalische Intervalle, zwei Konsonanten und zwei Dissonanten, als Reize verwendet, sowohl für einen auditiven Diskriminierungstest als auch für eine Aufgabe, die das erste Hören und dann die Wiedergabe von Intervallen beinhaltet. Die Teilnehmer, alle weiblichen Gesangsstudenten auf der Konservatoriumsebene, wurden mit dem funktionalen Magnetischen ResOnance Imaging (fMRI) während der Durchführung der singenden Aufgabe, wobei die Höraufgabe als Kontrollbedingung dient. Auf diese Weise wurde die Aktivität sowohl des motorischen als auch des auditorischen Systems beobachtet, und es wurde auch ein Maß der Gesangsgenauigkeit während der Gesangsaufgabe erhalten. So kann das Protokoll auch verwendet werden, um Aktivierungen zu verfolgen, die mit dem Singen von verschiedenen Arten von Intervallen oder mit dem Singen der erforderlichen Noten genauer verbunden sind. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Singen von dissonanten Intervallen eine stärkere Beteiligung der neuronalen Mechanismen erfordert, die für die Integration von externer Rückkopplung von den auditorischen und sensomotorischen Systemen verantwortlich sind, als die Konsumintervalle singen.

Introduction

Bestimmte Kombinationen von musikalischen Tonhöhen sind allgemein anerkannt, um konsonant zu sein, und sie sind typischerweise mit einer angenehmen Empfindung verbunden. Andere Kombinationen werden im Allgemeinen als dissonant bezeichnet und sind mit einem unangenehmen oder ungelösten Gefühl verbunden ¹ . Obwohl es sinnvoll erscheint, anzunehmen, dass Enkulturation und Training in der Wahrnehmung der Konsonanz ² eine Rolle spielen, wurde kürzlich gezeigt, dass die Unterschiede in der Wahrnehmung von Konsonanten und dissonanten Intervallen und Akkorden vermutlich weniger von der musikalischen Kultur abhängen, als es früher gedacht war und kann Sogar aus einfachen biologischen Grundlagen ^{4 , 5 , 6} ableiten. Um ein zweideutiges Verständnis des Begriffs Konsonanz zu verhindern, führte Terhardt ⁷ den Begriff der sensorischen Konsonanz ein, im Gegensatz zur Konsonanz im musikalischen Kontext, Wo die Harmonie zum Beispiel die Antwort auf einen gegebenen Akkord oder ein Intervall beeinflussen kann. In dem vorliegenden Protokoll wurden nur isolierte, zweipunktige Intervalle präzise verwendet, um Aktivierungen auszuschließen, die ausschließlich mit sensorischer Konsonanz zusammenhängen, ohne Interferenz von kontextabhängiger Verarbeitung ⁸ .

Versuche, die Konsonanz durch rein physikalische Mittel zu charakterisieren, begannen mit Helmholtz ⁹ , der die wahrgenommene Rauheit mit dissonanten Akkorden dem Schlagen zwischen benachbarten Frequenzkomponenten zugeschrieben hat. In jüngster Zeit hat sich jedoch gezeigt, daß die sensorische Konsonanz nicht nur mit der Abwesenheit von Rauheit verbunden ist, sondern auch mit der Harmonizität, dh der Ausrichtung der Partien eines gegebenen Tons oder Akkords mit denen eines unerhörten Tons eines Untere Frequenz ^{10 , 11} . Verhaltensstudien bestätigen, dass die subjektive Konsonanz tatsächlich von Pu betroffen istVerlasse physikalische Parameter wie Frequenzabstand ^{12 , 13} , aber ein breiteres Spektrum von Studien hat schlüssig gezeigt, dass physikalische Phänomene nicht nur die Unterschiede zwischen wahrgenommener Konsonanz und Dissonanz ^{14 , 15 , 16 , 17} berücksichtigen können. Alle diese Studien berichten jedoch über diese Unterschiede beim Hören einer Vielzahl von Intervallen oder Akkorden. Eine Vielzahl von Studien mit Positronenemissionstomographie (PET) und funktionellem Magnetresonanztomographie (fMRI) zeigten signifikante Unterschiede in den kortikalen Regionen, die aktiv werden, wenn sie entweder konsonante oder dissonante Intervalle und Akkorde ^{8 , 18 , 19 , 20} hören. Der Zweck der vorliegenden Studie ist es, die Unterschiede zu erforschenIn Gehirnaktivität beim Produzieren, anstatt zuzuhören, konsonante und dissonante Intervalle.

Das Studium der sensorisch-motorischen Kontrolle während der musikalischen Produktion beinhaltet typischerweise den Einsatz von Musikinstrumenten, und oft erfordert es dann die Herstellung von Instrumenten, die speziell für ihre Verwendung während der Neuroimaging modifiziert wurden ²¹ . Singen aber scheinen von Anfang an einen geeigneten Mechanismus für die Analyse von sensorisch-motorischen Prozessen während der Musikproduktion zu liefern, da das Instrument die menschliche Stimme selbst ist und der Vokalapparat keine Modifikation erfordert, um während des Spiels geeignet zu sein Bildgebung ²² Obwohl die neuronalen Mechanismen, die mit Aspekten des Sings verbunden sind, wie die Tonhöhensteuerung ²³ , die vokale Nachahmung ²⁴ , die trainingsinduzierten adaptiven Änderungen ²⁵ und die Integration der externen Rückkopplung ^{25 ,} <sEnglisch: www.tab.fzk.de/en/projekt/zusammenf…ng/ab117.htm In den vergangenen zwei Jahrzehnten wurden die zahlreichen Studien der neuronalen Korrelate von singenden Konsonanten und dissonanten Intervallen erst vor kurzem beschrieben. Zu diesem Zweck beschreibt das vorliegende Papier einen Verhaltenstest, der die adäquate Anerkennung von konsonanten und dissonanten Intervallen durch die Teilnehmer festlegt. Darauf folgt eine fMRI-Studie von Teilnehmern, die eine Vielzahl von Konsonanten und dissonanten Intervallen singen. Das fMRI-Protokoll ist relativ einfach, aber wie bei allen MRT-Untersuchungen muss sorgfältig darauf geachtet werden, die Experimente korrekt einzurichten. In diesem Fall ist es besonders wichtig, die Kopf-, Mund- und Lippenbewegung während der Gesangsaufgaben zu minimieren, wodurch die Identifizierung von Wirkungen, die nicht direkt mit dem physikalischen Gesang des Gesanges verbunden sind, einfacher ist. Diese Methode kann in verwendet werdenDie neuronalen Mechanismen, die mit einer Vielzahl von Aktivitäten verbunden sind, die musikalische Produktion durch Gesang beinhalten, zu überwinden.

Protocol

Dieses Protokoll wurde vom Forschungs-, Ethik- und Sicherheitskomitee des Krankenhauses Infantil de México "Federico Gómez" genehmigt. 1. Behavioral Pretest Führen Sie einen standardmäßigen, audiometrischen Test durch, um zu bestätigen, dass alle potenziellen Teilnehmer ein normales Gehör (20-dB Hearing Level (HL) über Oktavfrequenzen von -8.000 Hz besitzen). Benutze das Edinburgh Handedness Inventory 31 , um sicherzustellen, dass alle Tei…

Representative Results

Alle 11 Teilnehmer in unserem Experiment waren weibliche Vokalstudenten auf der Konservatoriumsebene, und sie machten sich gut genug in den Intervallerkennungsaufgaben, die für das Scannen ausgewählt wurden. Die Erfolgsquote für die Intervall-Identifikationsaufgabe betrug 65,72 ± 21,67%, was erwartungsgemäß niedriger ist als die Erfolgsquote bei der Identifizierung von dissonanten und konsonanten Intervallen, was 74,82 ± 14,15% betrug. <p class="jove_content" fo:keep-tog…

Discussion

Diese Arbeit beschreibt ein Protokoll, in dem Gesang als Mittel zum Studium der Hirnaktivität während der Herstellung von Konsonanten und dissonanten Intervallen verwendet wird. Auch wenn das Singen bietet, was vielleicht die einfachste Methode für die Produktion von musikalischen Intervallen ^{22 ist} , erlaubt es nicht die Produktion von Akkorden. Obwohl die meisten physikalischen Charakterisierungen des Begriffs der Konsonanz bis zu einem gewissen Grad auf die Überlagerung von gleichzeitigen …

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