Mapping fMRI dell'attività del cervello associata alla produzione vocale di intervalli consonanti e dissonanti

Summary

I correlati neurali dell'ascolto di interazioni consonanti e dissonanti sono stati ampiamente studiati, ma i meccanismi neurali associati alla produzione di intervalli consonanti e dissonanti sono meno conosciuti. In questo articolo, i test comportamentali e fMRI sono combinati con attività di identificazione e canto di intervallo per descrivere questi meccanismi.

Abstract

I correlati neurali della consonanza e della percezione della dissonanza sono stati ampiamente studiati, ma non i correlati neurali della consonanza e della produzione di dissonanze. Il modo più diretto della produzione musicale sta cantando, ma, da una prospettiva di imaging, presenta ancora più sfide che l'ascolto perché coinvolge l'attività motoria. Il preciso canto degli intervalli musicali richiede l'integrazione tra l'elaborazione del feedback uditivo e il controllo del motore vocale per produrre correttamente ogni nota. Questo protocollo presenta un metodo che consente il monitoraggio delle attivazioni neurali associate alla produzione vocale di intervalli consonanti e dissonanti. Quattro intervalli musicali, due consonanti e due dissonanti, vengono usati come stimoli, sia per un test di discriminazione uditivo che per un compito che prevede l'ascolto e la riproduzione di intervalli dati. I partecipanti, tutti gli allievi vocali femminili a livello di conservatorio, sono stati studiati utilizzando il funzionale Magnetic ResOnance Imaging (fMRI) durante l'esecuzione dell'attività di canto, con l'attività di ascolto che funge da condizione di controllo. In questo modo, è stata osservata l'attività sia del sistema motorio che del sistema uditivo e anche una misura di precisione vocale durante il lavoro di canto. Pertanto, il protocollo può essere utilizzato anche per monitorare le attivazioni associate a cantare diversi tipi di intervalli oa cantare le note richieste più accuratamente. I risultati indicano che il canto degli intervalli dissonanti richiede una maggiore partecipazione dei meccanismi neurali responsabili dell'integrazione di risposte esterne dai sistemi uditivi e sensoriali rispetto agli intervalli di consonanza di canto.

Introduction

Alcune combinazioni di piazzole musicali sono generalmente riconosciute come consonanti e sono tipicamente associate ad una piacevole sensazione. Altre combinazioni sono generalmente definite dissonanti e sono associate ad una sensazione sgradevole o irrisolta1. Anche se sembra ragionevole supporre che l'enculturazione e la formazione svolgano parte nella percezione della consonanza ² , è stato recentemente dimostrato che le differenze nella percezione degli accordi e degli accordi dissonanti probabilmente dipendono meno dalla cultura musicale di quanto in precedenza era stato pensato ³ e può Derivano anche da semplici basi biologiche ^{4 , 5 , 6} . Per impedire una comprensione ambigua del termine consonanza, Terhardt ^{7 ha} introdotto la nozione di consonanza sensoriale, al contrario della consonanza in un contesto musicale, Dove l'armonia, per esempio, può influenzare la risposta ad un determinato accordo o intervallo. Nel presente protocollo sono stati utilizzati solo intervalli isolati a due note per individuare attivazioni unicamente correlate alla consonanza sensoriale senza interferenze con l'elaborazione dipendente dal contesto ⁸ .

I tentativi di caratterizzare la consonanza attraverso mezzi puramente fisici hanno avuto inizio con Helmholtz ⁹ , che attribuisce la percezione di rugosità associata agli accordi dissonanti al trapasso tra componenti di frequenza adiacenti. Più recentemente, tuttavia, è stato dimostrato che la consonanza sensoriale non è associata solo all'assenza di rugosità, ma anche all'armonica, vale a dire l'allineamento dei partiali di un determinato tono o accordo con quelli di un tono non udito di un Frequenza inferiore ^{10 , 11} . Gli studi comportamentali confermano che la consonanza soggettiva è in effetti colpita da puI parametri fisici, come la distanza di frequenza ^{12 , 13} , ma una più ampia gamma di studi hanno dimostrato conclusivamente che i fenomeni fisici non possono rappresentare esclusivamente le differenze tra la consonanza e la dissonanza percepita ^{14 , 15 , 16 , 17} . Tutti questi studi, tuttavia, riportano queste differenze quando si ascolta una serie di intervalli o accordi. Una varietà di studi che utilizzano la tomografia a emissione di positroni (PET) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) hanno rivelato significative differenze nelle regioni corticali che diventano attive quando ascoltano gli accordi consonanti o dissonanti e gli accordi ^{8 , 18 , 19 , 20} . Lo scopo del presente studio è quello di esplorare le differenzeNell'attività cerebrale quando producono, anziché ascoltare, intervalli consonanti e dissonanti.

Lo studio del controllo dei sensori-motori durante la produzione musicale comporta tipicamente l'uso di strumenti musicali e molto spesso richiede la realizzazione di strumenti modificati appositamente per il loro utilizzo durante la neuroimaging ²¹ . Il cantare, però, sembra fornire dall'inizio un meccanismo appropriato per l'analisi dei processi sensori-motori durante la produzione musicale, in quanto lo strumento è la voce umana stessa e l'apparecchio vocale non richiede alcuna modifica per essere idoneo durante Imaging ²² . Sebbene i meccanismi neurali associati ad aspetti del canto, quali il controllo del passo ²³ , l'imitazione vocale ²⁴ , i cambiamenti adattativi indotti da formazione ²⁵ e l'integrazione di feedback esterni ^{25 ,} <sSono stati oggetto di un certo numero di studi negli ultimi due decenni, i correlati neurali del consonante cantante e degli intervalli dissonanti sono stati descritti solo di recente ³⁰ . A questo scopo, il presente documento descrive un test comportamentale progettato per stabilire l'adeguato riconoscimento degli intervalli consonanti e dissonanti dai partecipanti. Questo è seguito da uno studio fMRI di partecipanti che cantano una serie di intervalli consonanti e dissonanti. Il protocollo fMRI è relativamente semplice, ma, come per tutte le ricerche MRI, si deve prestare molta attenzione per impostare correttamente gli esperimenti. In questo caso, è particolarmente importante minimizzare il movimento della testa, della bocca e del labbro durante le attività di canto, rendendo l'identificazione di effetti non direttamente correlati all'atto fisico del canto più semplice. Questa metodologia può essere usata perVestire i meccanismi neurali associati ad una varietà di attività che riguardano la produzione musicale da cantare.

Protocol

Questo protocollo è stato approvato dal Comitato Ricerca, Etica e Sicurezza dell'Ospedale Infantil de México "Federico Gómez". 1. Prurito comportamentale Eseguire un test audiometrico standard e puro per confermare che tutti i partecipanti potenziali possiedono un normale udito (livello sonoro di 20 dB (HL) rispetto alle frequenze di ottava di -8.000 Hz). Utilizza l'inventario di Edinburgh Handedness 31 per assicurarsi che tutti i parte…

Representative Results

Tutti e 11 i partecipanti al nostro esperimento erano allievi vocali femminili a livello di conservatorio e sono stati eseguiti abbastanza bene nei task di riconoscimento di intervalli da selezionare per la scansione. Il tasso di successo per l'attività di identificazione dell'intervallo è stato di 65,72 ± 21,67%, che è, come previsto, inferiore al tasso di successo durante l'identificazione di intervalli dissonanti e consonanti, pari a 74,82 ± 14,15%. <p class…

Discussion

Questo lavoro descrive un protocollo in cui il canto viene utilizzato come mezzo per studiare l'attività cerebrale durante la produzione di intervalli consonanti e dissonanti. Anche se il canto fornisce quello che è forse il metodo più semplice per la produzione di intervalli musicali ²² , non consente la produzione di accordi. Tuttavia, sebbene la maggior parte delle caratterizzazioni fisiche della nozione di consonanza si applichi, in una certa misura, alla sovrapposizione di note simult…

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