FMRI-kartläggning av hjärnaktivitet associerad med vokalproduktion av konsonant och dissonantintervaller

Summary

De neurala korrelaten att lyssna på konsonanta och dissonanta intervall har studerats allmänt, men de neurala mekanismerna associerade med produktion av konsonanta och dissonanta intervall är mindre kända. I denna artikel kombineras beteendestest och fMRI med intervallidentifiering och sånguppgifter för att beskriva dessa mekanismer.

Abstract

De neurala korrelaterna av konsonans och dissonansuppfattning har studerats mycket, men inte de neurala korrelaterna av konsonans och dissonansproduktion. Det mest enkla sättet att musikalisk produktion sjunger, men från ett bildningsperspektiv, presenterar det fortfarande fler utmaningar än att lyssna, eftersom det innefattar motoraktivitet. Den exakta sången av musikaliska intervaller kräver integration mellan auditiv återkopplingsbehandling och vokalmotorstyrning för att korrekt producera varje anteckning. Detta protokoll presenterar en metod som tillåter övervakning av neurala aktiveringar associerade med vokalproduktionen av konsonanta och dissonanta intervall. Fyra musikaliska intervaller, två konsonant och två dissonanta används som stimuli, både för ett auditivt diskrimineringstest och en uppgift som innebär att man först lyssnar på och sedan reproducerar givna intervaller. Deltagare, alla kvinnliga vokalstudenter på vinterträdgårdsnivå, studerades med hjälp av funktionell magnetisk resOnance Imaging (fMRI) under utförandet av sånguppgiften, med lyssningsuppgiften som ett kontrollvillkor. På detta sätt observerades aktiviteten hos både motor- och hörningssystemen, och en mätning av vokalnoggrannhet under sånguppgiften erhölls också. Således kan protokollet också användas för att spåra aktiveringar som är förknippade med att sjunga olika typer av intervaller eller med att sanga de nödvändiga anteckningarna mer exakt. Resultaten indikerar att syngande dissonanta intervall kräver större deltagande av de neurala mekanismerna som är ansvariga för integrationen av extern återkoppling från de auditiva och sensorimotoriska systemen än att sjunga konsonantintervaller.

Introduction

Vissa kombinationer av musikaliska ställen är allmänt erkända för att vara konsonanta, och de är vanligtvis förknippade med en trevlig känsla. Andra kombinationer benämns i allmänhet dissonant och är förknippade med en obehaglig eller oupplöst känsla ¹ . Även om det verkar förnuftigt att anta att enculturation och träning spelar en del i uppfattningen av konsonans ² , har det nyligen visats att skillnaderna i uppfattningen av konsonanta och dissonanta intervall och ackord beror troligen mindre på musikalisk kultur än vad som tidigare ansågs ³ och maj Ens härrör från enkla biologiska baser ^{4 , 5 , 6} . För att förhindra en tvetydig förståelse av begreppet konsonans introducerade Terhardt ⁷ begreppet sensorisk konsonans, i motsats till konsonans i ett musikaliskt sammanhang, Där harmoni till exempel kan ha stor inverkan på svaret på ett givet ackord eller intervall. I föreliggande protokoll användes endast isolerade tvåtonintervaller exakt för att utesluta aktiveringar som endast hänför sig till sensorisk konsonans utan interferens från kontextberoende behandling ⁸ .

Försök att karakterisera konsonans genom rent fysiska medel började med Helmholtz ⁹ , som tillskrivit den upplevda grovheten som är associerad med dissonanta ackord för att slå mellan intilliggande frekvenskomponenter. Mer nyligen har det dock visat sig att sensorisk konsonans inte bara är förknippad med avsaknaden av grovhet men också med harmonicitet, det vill säga inriktningen av partiklarna hos en given ton eller ackord med de av en ohejd ton i en Lägre frekvens ^{10 , 11} . Beteende studier bekräftar att subjektiv konsonans verkligen påverkas av puLita på fysiska parametrar, såsom frekvensavstånd ^{12 , 13} , men ett bredare utbud av studier har visat att fysiska fenomen inte bara kan redovisa skillnaderna mellan uppfattad konsonans och dissonans ^{14 , 15 , 16 , 17} . Alla dessa studier rapporterar emellertid dessa skillnader när man lyssnar på olika intervaller eller ackord. En rad olika studier med användning av Positron Emission Tomography (PET) och funktionell magnetisk resonans Imaging (fMRI) har visat signifikanta skillnader i de kortikala regionerna som blir aktiva när de lyssnar på antingen konsonanta eller dissonanta intervall och ackord ^{8 , 18 , 19 , 20} . Syftet med föreliggande studie är att utforska skillnadernaI hjärnaktivitet när man producerar, snarare än att lyssna på, konsonanta och dissonanta intervall.

Studien av sensorisk-motorisk kontroll under musikalisk produktion innefattar typiskt användningen av musikinstrument, och ofta kräver det tillverkning av instrument modifierade specifikt för deras användning under neuroimaging ²¹ . Sjungning tycks emellertid ge från början en lämplig mekanism för analys av sensoriska-motoriska processer under musikproduktionen, eftersom instrumentet är den mänskliga rösten själv och vokalapparaten behöver inte ändras för att vara lämplig under Avbildning ²² . Även om de neurala mekanismerna associerade med sångaspekter, såsom pitchkontroll ²³ , vokalimitation ²⁴ , träningsinducerade adaptiva förändringar ²⁵ och integrationen av extern återkoppling ^{25 ,} <sUp-class = "xref"> 26 ^{, 27 , 28 , 29} , har varit föremål för ett antal studier under de senaste två decennierna, beskrivs de neurala korrelaten av sångkonsonant och dissonanta intervall bara för en tid sedan ³⁰ . För detta ändamål beskriver det aktuella papperet ett beteendestest som utformats för att fastställa ett adekvat erkännande av konsonanta och dissonanta intervall av deltagarna. Detta följs av en fMRI-studie av deltagare som sjunger en rad konsonanta och dissonanta intervall. FMRI-protokollet är relativt enkelt, men som med all MR-undersökning måste stor omsorg tas för att korrekt inrätta experimenten. I det här fallet är det särskilt viktigt att minimera huvud-, mun- och läpprörelser under sångverksamheten, vilket gör att identifieringen av effekter som inte är direkt relaterade till den fysiska uppgiften att sjunga lättare är enklare. Denna metod kan användas till iFastställa de neurala mekanismerna som hör samman med en mängd olika aktiviteter som involverar musikalisk produktion genom att sjunga.

Protocol

Detta protokoll har godkänts av forsknings-, etik- och säkerhetsutskottet i Hospital Infantil de México "Federico Gómez". 1. Behavioral Pretest Utför ett standardtone-audiometrisk test för att bekräfta att alla potentiella deltagare har normal hörsel (20 dB Hearing Level (HL) över oktavfrekvenser på -8 000 Hz). Använd Edinburgh Handedness Inventory 31 för att se till att alla deltagare är högerhänt. Generering av i…

Representative Results

Alla 11 deltagarna i vårt experiment var kvinnliga vokalstudenter på vinterträdgårdsplanen och de fungerade tillräckligt bra i intervalligenkänningsuppgifterna som ska väljas för scanning. Succesfrekvensen för intervallidentifieringsuppgiften var 65,72 ± 21,67%, vilket är som förväntat lägre än framgångsnivån vid identifiering av dissonanta och konsonantintervall, vilket var 74,82 ± 14,15%. För att val…

Discussion

I det här arbetet beskrivs ett protokoll där sang används som ett sätt att studera hjärnaktivitet under produktion av konsonanta och dissonanta intervall. Även om sången ger vad som är möjligen den enklaste metoden för produktion av musikintervaller ²² , tillåter det inte ackordframställning. Även om de flesta fysiska karaktäriseringen av begreppet konsonans till viss del bygger på överlagring av samtidiga anteckningar har ett antal studier visat att intervall konstruerade med ant…

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