Behavioral and brain functions : BBF, 2005; 1: 4-4 (más artículos en esta revista)

Dishabituation de la BOLD respuesta a los sonidos del habla

BioMed Central
Jason D Zevin (jdz2001@med.cornell.edu) [1], D Bruce McCandliss (bdm2001@med.cornell.edu) [1]
[1] Instituto Sackler de Psicobiología del Desarrollo, de Weill-Cornell Medical College, 1300 York Ave, Box 140, New York, NY EE.UU.

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Resumen
Antecedentes

Neural sistemas de habituación mostrar respuestas a múltiples niveles, incluido el idioma relativamente abstracto categorías. Dishabituation - respuestas a los estímulos no habituado - puede proporcionar una ventana en la estructura de estas categorías, sin exigir una tarea abierta.

Métodos

Se utilizó un acontecimiento relacionados con el diseño con fMRI corto intervalo de habituación ensayos, en la que los trenes de estímulos se presentaron pasivamente durante 1,5 segundos de silencio relativo agrupado entre los análisis. Los trenes de cuatro estímulos idénticos (estándar de ensayos) y los trenes de tres estímulos idénticos seguida de un estímulo de una categoría diferente fonética (desviado ensayos) se presentaron. Este paradigma nos permite medir y comparar el curso temporal de la cantidad total de las respuestas a la palabra, y las respuestas a los cambios fonéticos.

Resultados

La comparación entre las respuestas a la palabra y el silencio reveló fuertes respuestas en toda la medida de giro temporal superior (STG) bilateral. Las comparaciones entre los desviados y los ensayos dishabituation estándar de las respuestas en una región limitada de la izquierda posterior STG, cerca de la frontera con giro supramarginal (SMG). Novedad desviado respuestas a los ensayos, también se observaron en las regiones frontal derecha y hipocampo.

Conclusión

Un pasivo, dishabituation paradigma proporciona resultados similares a los estudios que requieren respuestas abiertas. Este paradigma puede ser fácilmente extendido para el estudio de pre-procesamiento de expresión atenta en la población, como los niños y estudiantes de segunda lengua cuyo comportamiento se manifiesta a menudo difícil de interpretar debido a la demanda de tareas auxiliares.

Antecedentes

Habituación se han observado efectos en una amplia gama de sistemas neurales de las respuestas sensoriales simples [1], de orden superior, como las representaciones neuronales moción de las poblaciones sensibles en la zona MT [2], y respondiendo a las regiones del lenguaje hablado y escrito [3] . Podemos aprovechar neural habituación preattentive para estudiar la clasificación de los estímulos. Con la presentación de un solo discurso de estímulo en repetidas ocasiones, se observa que la habituación al sonido, y luego mediante la comparación de esta condición a uno en el que un "desviado" estímulo se produce después de una serie de repetidos "normas", también podemos determinar qué regiones del cerebro Son sensibles a la variación entre los dos estímulos (véase el examen en [4]].

Fundamentalmente, habituación fenómenos pueden ser estudiados con paradigmas pasivos, que tienen enormes ventajas en el estudio de la percepción del habla, en particular para el estudio de poblaciones en el proceso de adquisición de lenguaje, o de las poblaciones de adultos en sus diferentes idiomas a una edad temprana experiencia. Cualquier abierta tarea implica una serie de procesos de decisión que puede actuar a oscurecer la percepción de los procesos subyacentes discurso bajo condiciones más naturales. Este es un problema particular para el estudio del habla de desarrollo, porque la atención y los procesos de decisión se desarrolla muy lentamente [5, 6], que puede causar a subestimar la capacidad de los niños para percibir contrastes fonéticos. Además, los adultos suelen ser muy buenos en discriminar los sonidos de las tareas de laboratorio que no perciben fonéticamente [7]. Incluso después de una extensa formación en la percepción y la producción, puede ser difícil determinar si segunda lengua, los alumnos utilizan el mismo mecanismos subyacentes como monolinguals, aun cuando muchos de los aspectos superficiales de comportamiento son similares entre los dos grupos (véase, por ejemplo, [8] ). Neuroimagen puede ayudar a establecer cómo se discrimina a los estímulos, por ejemplo, mostrando diferencial de la actividad en las regiones específicamente implicados en la transformación fonética. El objetivo del presente estudio es desarrollar un corto intervalo de habituación juicio paradigma optimizado para eventos relacionados con fMRI diseños que se basa en los puntos fuertes de los métodos actualmente disponibles, y se puede aplicar a una serie de poblaciones de interés.

El desarrollo de un paradigma de habituación auditiva fMRI

El desajuste negatividad (MMN) la respuesta, como se observa en el EEG (y su equivalente en respuesta desajuste campo MEG) es una forma de dishabituation neural que se ha utilizado como un índice de la clasificación de los sonidos del habla [4]. Por ejemplo, Naatanen et al. [9] presentaron los estímulos de los que se superponen parcialmente vocal de los sistemas finlandés y el estonio a hablantes nativos de cada idioma. Encontraron más pequeños MMN respuestas desviadas por un estímulo que no es un idioma nativo-vocal, a pesar de que se acústicamente más diferente de la norma de que un no nativo estímulo. Otra de las grandes ventajas de esta técnica es que el MMN puede observarse en la falta de atención de difícil tarea. Normalmente, en temas tales estudios están leyendo o viendo una película, pero las respuestas no coinciden características se han observado también en los bebés para dormir y comatoso pacientes (ver Cheour et al. [10], para el examen).

Se ha producido un creciente interés en la combinación de las ventajas de la MMN paradigma con la mayor resolución espacial disponible mediante fMRI. Por ejemplo, en un estudio realizado por Fiez y colegas [11], las palabras habladas se presentaron en repetidas ocasiones y se observaron respuestas a los reiterados palabras y, en ocasiones, la norma ". Una comparación entre las respuestas reveló estas condiciones temporales en las regiones involucradas en el procesamiento auditivo y del habla, así como las regiones frontal y parietal implicados en la función York.

Una serie de desafíos técnicos complicar este planteamiento. Un verdadero desafío para estos estudios es el ruido creado por el propio escáner de RM, en particular en los de campo, y cuando se utiliza la digitalización de secuencias optimizado para proporcionar mayor ratio señal-ruido [12]. De este modo, existe un equilibrio entre la fuerza y la resolución de la señal y la capacidad de presentar los estímulos acústicos en relativa calma.

Otro trade-off existente entre la optimización de los parámetros de presentación de estímulo para la interpretación de la medida dependientes (nivel de oxigenación de la sangre depende, BOLD o respuesta) y el paradigma de optimización para la observación de los cambios respuestas. La respuesta BOLD evoluciona muy lentamente, por lo que es difícil de observar "línea de base" rápidamente respuestas a los estímulos repetidos típico de los diseños MMN. Cuando los estímulos se presentan a una tasa constante, la respuesta de BOLD cualquier estímulo no pueden ser fácilmente deconvolved de las respuestas a los estímulos anteriores. Por otra parte, el temporal de titilado rápido a los estímulos críticos relacionados con el caso de los diseños [13] no es deseable porque no coinciden las respuestas se reducen cuando los estímulos no se presentan a una tasa constante [14]. Como se muestra a continuación, comparando los tiempos directamente la información de los cursos y desviados de la norma puede proporcionar estímulos nuevos conocimientos sobre la función particular de las regiones cerebrales en la percepción del cambio fonético.

En el presente trabajo abordamos algunos de estos problemas metodológicos mediante la presentación de un breve intervalo habituación ensayos compuesto de los trenes de cuatro estímulos. El "estándar" (ETS) ensayos, estos constaba de cuatro repeticiones de la misma palabra de sonido, mientras que en "desviado" (DEV) juicios, tres repeticiones de un sonido fueron seguidas por otra, dishabituating sonido (ver también [15 , 16]]. Se utilizó un protocolo de adquisición de datos agrupados con el fin de presentar los estímulos en silencio, y la combinación de un período relativamente corto de tiempo de repetición (es decir, de todo el cerebro volúmenes obtenidos cada 3 segundos) con un largo intervalo entre prueba para maximizar nuestra capacidad de obtener series de tiempo de cada Temas de los datos.

Los resultados demuestran la viabilidad de la metodología, y revelan las respuestas a los estímulos pasivamente presentó fonética. En particular, la actividad en la parte izquierda posterior giro temporal superior relacionados con el cambio fonético es robusto en la sola materia, y puede servir como una firma de categorización automática de los sonidos del habla.

Resultados

Dos se realizaron análisis. En la primera, se compararon las respuestas de los juicios en los que se presentó discurso (el colapso de toda norma y desviado ensayos) a guardar silencio, a fin de observar la señal BOLD pasiva de la percepción del habla. En el segundo análisis, la comparación directamente desviadas y ensayos estándar, a fin de estudiar las respuestas a los cambios fonéticos. Se discuten, a su vez, el análisis de cada uno.

Respuestas a la intervención en silencio frente a la base de referencia (SPCH> SIL)

Como se muestra en la Figura 1, en las comparaciones entre la palabra y el silencio, el STG es bilateral activa de la mayoría de su posterior extensión hasta, pero no incluyendo el polo temporal (actividad en la parte anterior del lóbulo temporal es difícil de observar en fMRI, [17 ]). Esto es coherente con el papel bien establecido estas regiones desempeñan en el procesamiento auditivo, en particular para la intervención [11, 18 - 20]. Este patrón de respuesta se observó de forma conjunta en todos los temas.

Como se muestra en la Tabla 1, se observó también cerebelosa respuestas a los estímulos del habla bilateralmente en la parte superior de la vermis. Neuropsicología Numerosos estudios han relacionado el daño en esta esfera a los trastornos de la producción de discurso [21]. Curiosamente, la actividad en el vermis también se ha observado en experimentos de percepción auditiva en la que se presentan los estímulos rítmicamente, por ejemplo los trenes o de los tonos de frecuencia modulada barridos [22] o [23] clics y pares de palabras [24]. Por lo tanto, es posible que el cerebelo respuestas en esta tarea de reflejar rítmica propiedades de la presentación paradigma estímulo.

Las respuestas a los cambios fonéticos (DEV> ETS)

Respuestas a la fonética cambio se observaron en una amplia red de las regiones, incluida una parte de la izquierda STG sabe que juega un papel en el procesamiento fonológico (véase el cuadro 2]. Actividad también se observó en las regiones implicadas en la novedad respuestas, y el hemisferio derecho regiones potencialmente implicadas en el procesamiento de los aspectos extra-fonética de los estímulos.

Dishabituation de BOLD respuesta en la parte posterior izquierda STG / SMG frontera

Un restringida de la región posterior izquierda STG responde preferentemente a los ensayos que contiene un cambio fonético (DEV), en comparación con los ensayos que no contiene los cambios fonéticos (ETS), como se muestra en la Figura 2. Esta región es a lo largo de la frontera con SMG y se ha informado en una serie de estudios en los que participaron activamente el cambio fonético sentencias [25, 26]. Esta región también muestra un marginalmente significativa respuesta a la intervención en relación con el silencio contraste, voxelwise t (7) = 2,63, p <.05.

Se observó un alto grado de coherencia entre los sujetos en el patrón de actividad en esta región. El pico más cercano activaciones esta región se trazan en un translúcido prestación del MNI plantilla cerebro en la figura 3A. Cada individuo tiene un pico en la respuesta BOLD DEV> ETS contraste cerca de la punta en el análisis de efectos aleatorios (media distancia euclidiana = 8,58, rango = 4,47 - 19,70, SD = 5.12). Series de tiempo para una esfera de 8 mm de pico en torno a la media (número medio de activos en el ámbito voxels = 106,75, SD = 16.67) se trazan para cada sujeto en la Figura 3B. Tenga en cuenta que para la mayoría de los temas, esta región muestra subthreshold respuestas a la intervención global, mientras que en todos los temas, las respuestas a DEV ensayos son mayores que las respuestas a las enfermedades de transmisión sexual ensayos (Figura 3C]. Esto se puede observar en la media de series de tiempo (Figura 3D] de los 8 temas. Fundamentalmente, la evolución observada es consistente con una respuesta dishabituation: La región típicamente responde a la voz, pero su respuesta es atenuada cuando el mismo estímulo se presenta repetidamente; un nuevo estímulo cuando se presenta, con una mayor respuesta se observa.

También observó timecourse diferencias entre las respuestas a la intervención y las respuestas a los cambios fonéticos. Dada la fecha en relación con las exploraciones de estimulación auditiva (Figura 4], y el hecho de que el pico de la respuesta hemodinámica ocurre entre 4 y 6 segundos [27], cabría esperar respuestas a los estímulos inicio de la intervención que se produzca en torno a escanear 2 Y las respuestas a los estímulos desviados a ocurrir alrededor de exploración 3. De hecho, hay una diferencia de cuando el pico de respuesta a la intervención (mediana = scan 2) y se produce el pico de diferencia entre los estímulos desviados y estándar (mediana = scan 3), que es confiable de acuerdo con una firma de los rangos de Wilcoxon test, W = 21, n s / r = 6, p <.05.

Novedad respuestas

El hipocampo es que se sabe están involucrados en la detección de la novedad, de acuerdo con su papel en la codificación de la memoria episódica novela [28]. En el presente experimento, una región anterior del hipocampo respondió derecho preferente a los juicios desviado, en coherencia con este papel. Dos estudios recientes de los nervios respuestas a los estímulos novedosos han encontrado similares activaciones en el hipocampo: Kiehl et al. [29] presentó novela (de baja probabilidad) los sonidos naturales en el contexto de un auditorio meta con la tarea de detección de onda senoidal tonos de la línea de base como los estímulos. Además de activaciones bilaterales del hipocampo, la novedad de que las respuestas observadas en las regiones de temporal superior izquierda y giro frontal superior, el giro postcentral derecho, y el núcleo dorsal medial del tálamo similar a la actual estudio. En una tarea similar utilizando estímulos visuales, Yamaguchi et al. [30] hipocampo encontrado respuestas, así como frontal superior izquierda, derecha y centro frontal parietal izquierda activaciones similar a la actual estudio.

Hemisferio derecho respuestas

Una serie de hemisferio derecho regiones también respondió con más fuerza a los juicios aberrantes, que a las normas. Aunque nuestro paradigma no requiere ninguna respuesta de motor, y no dio lugar a ninguna de motor o somatosensorial primaria de la actividad, el patrón de señal BOLD derecho en el giro precentral, el giro postcentral y putamen, fue similar a la observada en estudios de motor dispares y propioceptivos Respuestas [31 - 35]. Una de las características que el actual experimento comparte con otras tareas en la que estas regiones se han activado rítmica es la presentación de los estímulos acústicos. Por ejemplo, en el Joliot et al. Estudio [31], los sujetos fueron necesarios para aprovechar sus dedos en el tiempo con un tono. En el presente estudio, no se requiere la respuesta de motor, pero los trenes de estímulos fueron presentados en un ritmo regular (ver figura 4]. No está claro, sin embargo, ¿por qué estas regiones responderá preferentemente desviados a los juicios que el vermis rítmica responde a los dos aspectos de las enfermedades de transmisión sexual y condiciones DEV.

Un pico en el derecho giro precentral (BA6, Tc = 55, -2, 6) se desprende de la inspección de los distintos temas que reflejan la actividad en dos regiones: una región de precentral giro que se ha encontrado en muchas de las mismas condiciones que el puesto - Región central se ha dicho, y una parte de la derecha anterior STG. Esto puede resultar del hecho de que, utilizando estímulos naturales para que tanto en estado de transición y se diferencian entre las porciones estándar y los estímulos desviados, hay algunos extraphonetic inevitables diferencias entre los estímulos que pueden activar superior derecho temporal regiones que participan en la tramitación de tono Timbre y amplitud [19, 22, 36].

Discusión

Una de las principales motivaciones de este estudio fue determinar la topografía y espacial timecourse BOLD respuestas de las regiones en general, sensibles a la estimulación del habla, y de las regiones sensibles a los cambios en la señal de voz. También trató de probar si esas respuestas pueden ser recogidas en el marco de pasivos condiciones similares a los de la investigación con electrofisiología desajuste negatividad diseños, que han demostrado ser útiles en el desarrollo de los estudios lingüísticos y cruz en la que expresa la discriminación y el etiquetado pueden introducir confunde. El uso de la habituación a corto intervalo de ensayos ofrece directamente la posibilidad de contrastar la topografía y tiempo curso de las respuestas a los estímulos del habla y fonética habituación.

Caracterización de las respuestas neuronales a los estímulos del habla y el cambio fonético

Este estudio demuestra que, en virtud de las condiciones de presentación pasiva, BOLD respuestas a corto trenes de sílabas inserta dentro de los 1,5 segundos de silencio relativo entre el volumen de adquisiciones se obtuvo fiable en una amplia red de regiones giro temporal superior. Esto incluye tanto a principios auditivo áreas involucradas en el procesamiento de sonidos espectralmente complejo [37, 38] y de las regiones que son potencialmente específicos para el procesamiento del habla [19, 39].

También se encontró que la exposición pasiva de un corto intervalo de habituación, (es decir, cuatro sílabas en rápida sucesión), establece suficiente contexto para generar dishabituation efectos relacionados con el cambio de un solo fonema. Un restringida de la región posterior, a la izquierda STG, a lo largo de la frontera con supramarginal giro contrastively respondió a la información en la cuarta sílaba, de modo que una novela fonética aparición produjo una mayor respuesta en relación con la habituado. Esto sugiere un papel de esta región en la transformación fonética, de conformidad con varias líneas de pruebas convergentes. En primer lugar, esta región es activo en la fonética explícita la discriminación [25] y la comparación de escuchar a la voz pasiva con otros estímulos [40]. Además, en un estudio japonés hablantes nativos de aprendizaje de Inglés, la actividad en esta región se correlaciona con exactitud en Inglés discriminar los sonidos del habla [26]. Estos resultados sugieren que las respuestas de esas regiones pueden ser relativamente específicos a cambio fonético.

Aunque las regiones del giro temporal superior han estado implicados en la negatividad desajuste estudios utilizando simples sine onda tonos como los estímulos, las regiones observada en el presente estudio son claramente posterior y superior a la supuesta ubicación de la falta de adecuación de los negatividad respuestas relativamente simples estímulos [ 41, 42]. En una comparación directa pasiva de las respuestas a estímulos para cambiar los estímulos y los tonos de voz, Celsis et al. [20] encontraron respuestas concretas del habla-en una región de la izquierda giro supramarginal contiguas a la medida de la actividad observada a lo largo de la STG / SMG frontera, en el estudio actual. Además, la misma región es específicamente activados por estímulos sine onda cuando son percibidas como discurso frente a los mismos estímulos, cuando se perciben como tonos oscilantes [43]. Por último, el sector posterior de la izquierda STG está involucrada en la lectura y, en particular, parece ser crítico para los aspectos de decodificación que requieren cartografía visual de letras en sonidos del habla [44 - 46]. En su conjunto, los datos sugieren un papel fundamental para esta región en la percepción pasiva y la categorización de los sonidos del habla.

Ventajas y desventajas de la utilización de corto intervalo de habituación en el caso de los juicios relacionados con los diseños

Corto intervalo de habituación ensayos proporcionan una forma rápida y pasiva paradigma, con el que es posible observar datos sólidos en un número reducido de temas. Una ventaja fundamental de corto intervalo de habituación diseño de los ensayos es que se nos permite examinar las relaciones entre las respuestas a las sílabas fonéticas y los efectos de habituación. Porque todo el tiempo de activación del curso se recoge después de cada ensayo, es posible examinar la respuesta a la estimulación del habla, en general, y específicamente habituación. Por ejemplo, en la figura 3D, la señal BOLD para ensayos estándar es compatible con la sensibilidad a la expresión general, pero la respuesta a los ensayos se ha desviado un tiempo en consonancia con dishabituation curso a la cuarta estímulo en un segundo de duración tren. La capacidad de extraer una serie de tiempo de cada ensayo es una mejora con respecto a los paradigmas en silencio con mucho más tiempo de repetición veces usado en estudios anteriores [20, 41]. En estos paradigmas, las imágenes se adquieren cada 10-12 segundos, de modo que la respuesta a BOLD escáner ruido vuelve a la base de referencia entre los análisis. Esto significa que los datos se recogen en un solo tiempo discreto punto para cada ensayo. Si bien esto permite aislar regiones que responder con más fuerza a una carrera de los estímulos que contiene la norma "que una carrera que sólo contiene normas, sólo proporciona información de los cursos de tiempo cuando los estímulos se presentan en múltiples retrasos relativo a la adquisición de datos.

La principal desventaja actual de la técnica en relación con los diseños más lento es la falta de sensibilidad a los principios de procesamiento auditivo. Por ejemplo, no se observó actividad en la corteza auditiva primaria de la izquierda para cualquiera de los contrastes examinados (discurso> silencio, desviados> estándar). Esto puede ser debido a la fuerte ruido acústico generado por el tirar de los gradientes en la espiral de deserción en la secuencia que es probable que activar las neuronas de esta región. Si esta región se activa por el ruido escáner recurrente, la respuesta puede llegar a ser BOLD saturados durante el experimento, lo que limita la capacidad de observar las respuestas relacionadas con la intervención en el actual paradigma. Por lo tanto, hay un diseño de compromiso entre la eficiencia con que los cambios relacionados con las respuestas a la intervención temprana y de los procesos auditivo se puede observar.

Puede ser posible combinar el enfoque actual con un largo intervalo entre el juicio con el fin de observar la contribución de los principios de procesamiento auditivo de la percepción del habla. Belin et al. [37] desarrolló una presentación paradigma en el que los estímulos se presentan en diferentes momentos en relación con el inicio de la digitalización de cada ensayo. De esta forma, es posible reconstruir el tiempo la información de los cursos mediante la combinación de las respuestas de múltiples ensayos. Debido a que los trenes de estímulos utilizados en el diseño actual son bastante breve (poco más de un segundo), sería posible presentar estos trenes de manera similar, lo que nos permite observar la contribución de las zonas a principios auditivo fonética cambiar la percepción. Las posibles ventajas de esta técnica puede ser superado por preocupaciones prácticas. Mediante el uso de un corto tiempo para repetir tiempo muestra la información de los cursos a las 5 de intervalos para cada corto intervalo de habituación juicio, el pleno conjuntos de datos recogidos por un período de dos condición de contraste en un tiempo relativamente corto (alrededor de 26 minutos de escaneo). Un experimento que tuvo cinco veces este tiempo para recopilar datos para un solo par de estímulos no sería práctico en muchos casos. En particular, si se quería comparar las respuestas a los estímulos con la lengua respuestas a los estímulos no nativas [25, 26] que sería necesario escanear múltiples sesiones.

Así, mientras que ha inconvenientes para la observación de bajo nivel auditivo actividad, el corto intervalo de habituación juicio paradigma tiene una serie de características que la hacen especialmente aplicable a los estudios de diferentes poblaciones de interés. La falta de cualquier tarea explícita permite la investigación de las respuestas a los estímulos del habla bajo condiciones de procesamiento similares a los procedimientos establecidos y la negatividad desajuste en la investigación. Además, la presentación pasiva de estímulos auditivos mientras que los sujetos se dedican a alguna actividad visual (es decir, ver un video) reduce la influencia de factores York y ejecutivo. Esto evita problemas con tareas abierta cuando tales factores puede llevar a una subestimación de los niños del cumplimiento o estratégico a la atención extra-fonética pistas que pueden llevar a una sobreestimación de los resultados por adultos de segunda estudiantes de idiomas [7]. La granularidad de las series temporales de datos también es fundamental en el análisis de los datos de desarrollo y entre los estudios lingüísticos: En los casos en que no se observa dishabituation efecto, se establece que algunos respuesta a los sonidos del habla se observa hace que sea menos probable que el resultado es nulo I un tipo de error. Por último, este estudio demuestra robusta de datos a nivel de los sujetos individuales, proporcionando una base sólida para el estudio de la variabilidad en la población de interés.

Conclusión

Usando corto intervalo de habituación ensayos, hemos sido capaces de aislar determinadas regiones del giro temporal superior, que son sensibles a los cambios en la fonética de información a falta de instrucciones explícitas o tarea en Inglés para adultos de habla nativa temas. Muchas preguntas teórico central en la investigación de procesamiento del habla giran en torno a las comparaciones de los oyentes de diferentes edades y de diferentes orígenes idioma. El enfoque actual se puede extender a dar ideas sobre el desarrollo y la plasticidad de los mecanismos básicos que subserve percepción fonética.

Métodos
Temas

Ocho diestro adultos hablantes nativos Inglés (edades 23-38, media = 26,8, SD = 4,6, 2 mujeres) participaron en el experimento. Los sujetos fueron pagados por su participación.

Estímulos

Natural de los sonidos del habla usados en los experimentos consisten en grabaciones de un hombre adulto hablante nativo Inglés (JDZ) diciendo las sílabas Y el / la / con el mismo tono y entonación patrón. Los estímulos fueron digitalizados en 16 bits mono a 22050 Hz y cultivada a 250 ms de duración utilizando Praat [47] por la supresión de los pulsos de la glottal el estado de parte de la vocal. Las grabaciones fueron hechas en una cabina insonorizada en el habla y el Centro de Investigación de Audiencias de la City University of New York Graduate Center.

Estímulo presentación

En cada ensayo, un tren de cuatro estímulos se presentó. El "estándar" los juicios el mismo estímulo se repitió cuatro veces; sobre "desviado" ensayos de la final estímulo diferían de los tres primeros. Silent También se incluyeron ensayos de permitir una línea de base para la comparación. Los estímulos tuvo una duración de 250 ms, y se presentaron con un intervalo entre estímulos de 50 ms, por lo que la duración de todo un estímulo tren fue 1.15s. Esto nos permitió salir de 175 ms de silencio entre ambos y contrarrestar la aparición de los estímulos auditivos y de la espiral de adquisición de datos de tiempo para prevenir el enmascaramiento auditivo. Los estímulos fueron presentados en aproximadamente 70 dB. El sistema de la IFIS, en combinación con EPrime (ambos de Psicología Herramientas de Software) Se utilizó el software para sincronizar la presentación de estímulo con la secuencia de exploración.

El experimento constó de 12 carreras pseudorandomized funcional, de 9 de cada uno de los ensayos, con un ITI de 12s. En cada bloque, el mismo número de la norma, desviados y silenciosa ensayos se ejecute. En los primeros seis bloques, Sirvió de estímulo estándar y / la / fue desviado, y en los últimos seis cuadras esta se invirtió. En el transcurso de una sesión plenaria, siempre este 36 ensayos para cada tipo de estímulo (estándar, desviados, el silencio). Cada ejecutar empezó y terminó con un extra 12 s en silencio de prueba, para dar cuenta de la heterogeneidad en el campo magnetico al principio de la digitalización y va a ofrecer un completo período de adquisición de estímulo para el último tren en un bloque.

Debido al alto nivel de ruido acústico generado por la espiral de secuencias (~ 120 dB), los sujetos fueron suministrados con 30 db atenuantes espuma de tapones para los oídos. En pruebas preliminares, esto no interfiere con los estímulos auditivos, pero siempre la protección de los ruidos de los escáner. Además de los tapones para los oídos, los sujetos fueron provistos de un par de grandes acolchadas auriculares piezo-eléctricos que proporcionan protecciones adicionales de sonido. También se utiliza para llenar las almohadillas Tempurpedic en partes de la headcoil. Esto sirve dos propósitos: En primer lugar, la ayuda en la reducción del ruido. Nos hemos dado cuenta de que la propia headcoil actos para amplificar el ruido acústico actuando como un cuerpo de resonancia. Al impedir que los auriculares de que entren en contacto directo con partes de la vibración headcoil y rellenar el espacio vacío directamente alrededor de la cabeza el tema este efecto es reducido. La espuma también ayudó a los sujetos permanecen todavía. Por último, con el fin de hacer menos tediosa la experiencia de los sujetos, la naturaleza o las películas de dibujos animados se muestra en el monitor de vídeo durante la presentación de estímulo. Films, se mostró durante todo el período de sesiones, proporcionando un patrón de estimulación visual muy poco probable que se correlaciona con cualquier procedimiento experimental.

Adquisición de datos

Después de un primer plano de tres localizador y todo un localizador coronal de la cabeza, una rápida secuencia Spin Echo se ha tomado con el plano axial oblicuo-prescritos para corregir la posición de la cabeza en 3 dimensiones (que evitaría la necesidad de manual AC-PC alineación más tarde en la tramitación ) TR = 3325 ms, TE = 68 ms, flip = 90 °, FOV = 22, de 5 mm de espesor rebanada, 0 mm brecha, matriz = 256 × 192, 20 rebanadas, en condiciones de cubrir el procesamiento auditivo y lenguaje regiones. De alta resolución ponderada en T1 normalización de las imágenes fueron tomadas en 3D utilizando un gradiente eco SPGR secuencia, plano axial, TR = 25 ms, TE = 5 ms, flip = 20 °, FOV = 24 cm, 1,5 mm de espesor rebanada, 0 mm brecha , La matriz = 256 × 256 × 160.

Funcional de las imágenes se tomaron usando la espiral de deserción en la secuencia desarrollada por Glover y colegas, y la misma receta espacial como el FSE, TR = 3000 ms, TE = 40 ms, matriz = 64 × 64. Utilizando un cluster con una secuencia de adquisición 3s TA TR y 1.5s. Cuando se utiliza un protocolo de adquisición agrupada, somos capaces de estímulos presentes en relativa calma, es decir, durante 1.5s lagunas durante los cuales no ruido acústico de la tirar de los gradientes está presente. Esta secuencia de escaneo ha demostrado tener una muy alta relación señal / ruido [12]. Cada funcional duró 132s plazo durante el cual se recolectaron 44 volúmenes.

El análisis de los datos

Se analizaron los datos mediante fMRI SPM2 en tres grandes etapas: pre-proceso para recuperar los datos y el mapa funcional de todos los temas en un espacio común; estadística paramétrica de mapas para encontrar las regiones con interesantes patrones de actividad y seguimiento de los análisis por ciento utilizando la señal del cambio de estimaciones Regiones de interés identificados en la paramétrica mapas.

Pre-procesamiento

Los cuatro primeros volúmenes de exploración en cada período de sesiones se suprimieron para que el campo magnético de alcanzar el estado de equilibrio. Slice-calendario corrección se aplicó entonces a explicar el hecho de que se adquieren en rodajas fijo durante un fin para cada 1.5s TA TR 3s. A continuación, la imagen de reajuste se aplica a todas las imágenes funcionales, la generación de un conjunto de parámetros de reajuste para cada plazo y una media de imagen funcional que se utiliza para coregister exploraciones funcionales a la FSE en el plano de las imágenes anatómicas. El FSE fue entonces coregistered a la SPGR, y estos parámetros se aplican a las exploraciones funcionales. El SPGR se normalizó a MNI en el espacio resultante con sobre voxels de 2 mm 3. Estos parámetros se aplican a la reajustado, suavizado de imágenes funcionales, y los datos normalizado suavizado utilizando un kernel FWHM de 6 mm.

Cartografía estadística paramétrica

Se construyeron modelos de Estadística por convolving la onsets de cada tipo de ensayo con un nivel de respuesta hemodinámica funciones, en particular para el reajuste de parámetros como covariables. Estos fueron utilizados para generar primer nivel de contraste de imágenes para cada uno de los temas para dos contrastes: 1) SPCH> SIL, que muestra el patrón de correlación positiva con la presencia de cualquier estímulo discurso relativo a la base de referencia y en silencio 2) DEV> enfermedades de transmisión sexual que muestra el Patrón mayor de las respuestas a los ensayos desviado norma relativa a los juicios. Estas imágenes contrastan sirvió de base para el análisis de efectos aleatorios. Resultados importantes como superar un voxel-sabia umbral de p <.005 extensión espacial y un umbral de 25 contigua voxels. Esto proporciona una estimación conservadora de la significación estadística [48].

Análisis de series de tiempo

Con el fin de examinar la serie temporal en el sector posterior de la izquierda STG estándar y los estímulos desviados, funcional región de interés (ROI) se definió sobre la base de la media de la imagen en todos los temas de la DEV> ETS contraste. Para cada tema, una esfera de 8 mm se señaló en torno a este retorno de la inversión y vectores propios extraído por medio de la caja de herramientas para SPM2 SRI. Esto proporcionó un representante respuesta de la región a través del tiempo, que era entonces un promedio para cada tipo de estímulo para generar una media de series de tiempo.

Contribuciones de los autores

El experimento fue concebido, desarrollado e informó de la colaboración de ambos autores. JDZ es el principal responsable de la recopilación de datos y análisis.

Agradecimientos

Gary Glover damos las gracias por darnos la espiral secuencia de la reconstrucción y herramientas, Tor Wager para el software de visualización utilizado en la Figura 3, y Oliver Tuescher útil para los debates en el transcurso del estudio. Esta investigación fue apoyada por NIH Kirchstein NRSA DC006352 a JDZ y un Merck Scholars Award a la BDM.