大鼠对人类说话音节的电生理和血流动力学的失匹配反应

2022-01-21 15:42:00 发布者: 查看:
我们同时记录了神经(ECoG)和血流动力学(fNIRS)对一系列人类语言音节的反应,并研究了大脑对辅音(ba vs. ga)和声音(男性vs.女性)变化的反应。

1.研究背景

研究表明,人类从早产儿开始,就特别善于编码时间线索,如早产儿已经能很好地感知/ba/和/ga/之间的差异,而他们对声音的变化(男性和女性声音)的反应很弱。/b/和/g/之间的语音差异取决于一个短暂的时间间隔(这些刺激是45毫秒),因此需要很好的时间分辨率来处理频率模式。相比之下,男女语音的差异主要是基于整个音节所承载的音高(刺激时间为285 ms)。这些结果表明,人类可能受益于一种由基因驱动的能力,这种能力可以根据语言的声学结构对听觉世界进行精确的时间编码。然而,如果同样的结果也在其他物种中观察到,它们将支持一个更普遍的假设,该假设基于音节的声学特征与一般的听觉处理能力相结合。因此,该研究用与早产儿相同的方法测试了麻醉的成年大鼠。我们同时记录了神经(ECoG)和血流动力学(fNIRS)对一系列人类语言音节的反应,并研究了大脑对辅音(ba vs. ga)和声音(男性vs.女性)变化的反应。

2.研究方法

2.1 实验动物

14只成年雄性Sprague Dawley大鼠,手术前,动物被用氨基甲酸乙酯(1.25 g/kg,腹腔注射)进行麻醉。

2.2 实验材料

由法国男性(bam, gam)和法国女性(baf, gaf)自然产生的四个数字化音节在语调、强度、总时长(285 ms)、前音和发声共振过渡持续时间(分别为40 ms和45 ms)上进行了匹配。音节被分成四组,形成三种类型的试验(标准、异常声音和异常音素试验)。

2.3 实验流程

音节由四个系列(SOA = 600 ms)呈现,形成三种类型的试验(标准、异常声音和异常音素试验)。由三种类型的块组成,并以40 s的沉默时间随机间隔,总持续时间为108 min。

近红外听觉刺激 

图1 听觉刺激范式

2.4数据采集和处理

ECoG由直流放大器A.N.T放大,采样率是2048Hz,阻抗在1 kO以下。

光学成像采用的是ISS Imagent血氧计,使用32个发光二极管,以及4个PMT采集信号,采样率为9.1912 Hz。

ECoG信号降采样至1024 Hz,并用0.05~ 20 Hz带通滤波器进行滤波,分段与基线校正的开始时间为刺激开始前100ms,结束时间为体感刺激开始后300 ms,结束时间为听觉刺激开始后4000 ms。伪影排除是基于目视检查。

光学数据通过0.03~0.5Hz的带通滤波,HbO and Hb信号从刺激开始前5秒到刺激开始后的25秒进行分段。

3.实验结果

偏差与标准状态时频表征的排列测验显示,右侧听觉区域有显著差异(图4A和4B;从318 ~ 1200 ms DV和DP的左、右额区(CH1和CH6)。此外,DP的delta到beta范围内观察到两个显著的区域,而DV相对于标准条件下较小的广泛区域。然而,在比较两种异常情况时,TFR没有显著差异。在这两种情况下,相对于标准条件,delta-beta频率振幅都出现了增加。

近红外听觉失匹配响应 

图2 听觉失匹配响应

4.结论

这项动物实验为大鼠皮质在音节识别任务中的定位提供了电生理和血流动力学数据,就像人类一样,音节刺激的编码是不对称的,但是以相反的方式(大鼠的右半球不对称与人类的左半球不对称),这表明两个物种并不是自发地喜欢相同的刺激特征。

5.文献名称及DOI号

Mahmoudzadeh, M., Dehaene-Lambertz, G., & Wallois, F. (2017). Electrophysiological and hemodynamic mismatch responses in rats listening to human speech syllables. PloS one, 12(3), e0173801.

DOI:org/10.1371/journal.pone.0173801