大鼠對(duì)人類說(shuō)話音節(jié)的電生理和血流動(dòng)力學(xué)的失匹配反應(yīng)

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 研究背景

研究表明，人類從早產(chǎn)兒開(kāi)始，就特別善于編碼時(shí)間線索，如早產(chǎn)兒已經(jīng)能很好地感知/ba/和/ga/之間的差異，而他們對(duì)聲音的變化(男性和女性聲音)的反應(yīng)很弱。/b/和/g/之間的語(yǔ)音差異取決于一個(gè)短暫的時(shí)間間隔(這些刺激是45毫秒)，因此需要很好的時(shí)間分辨率來(lái)處理頻率模式。相比之下，男女語(yǔ)音的差異主要是基于整個(gè)音節(jié)所承載的音高(刺激時(shí)間為285 ms)。這些結(jié)果表明，人類可能受益于一種由基因驅(qū)動(dòng)的能力，這種能力可以根據(jù)語(yǔ)言的聲學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)聽(tīng)覺(jué)世界進(jìn)行精確的時(shí)間編碼。然而，如果同樣的結(jié)果也在其他物種中觀察到，它們將支持一個(gè)更普遍的假設(shè)，該假設(shè)基于音節(jié)的聲學(xué)特征與一般的聽(tīng)覺(jué)處理能力相結(jié)合。因此，該研究用與早產(chǎn)兒相同的方法測(cè)試了麻醉的成年大鼠。我們同時(shí)記錄了神經(jīng)(ECoG)和血流動(dòng)力學(xué)(fNIRS)對(duì)一系列人類語(yǔ)言音節(jié)的反應(yīng)，并研究了大腦對(duì)輔音(ba vs. ga)和聲音(男性vs.女性)變化的反應(yīng)。
 

02

研究方法
 

2.1、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

14只成年雄性Sprague Dawley大鼠，手術(shù)前，動(dòng)物被用氨基甲酸乙酯(1.25 g/kg，腹腔注射)進(jìn)行麻醉。
 

2.2、實(shí)驗(yàn)材料

由法國(guó)男性(bam, gam)和法國(guó)女性(baf, gaf)自然產(chǎn)生的四個(gè)數(shù)字化音節(jié)在語(yǔ)調(diào)、強(qiáng)度、總時(shí)長(zhǎng)(285 ms)、前音和發(fā)聲共振過(guò)渡持續(xù)時(shí)間(分別為40 ms和45 ms)上進(jìn)行了匹配。音節(jié)被分成四組，形成三種類型的試驗(yàn)(標(biāo)準(zhǔn)、異常聲音和異常音素試驗(yàn))。
 

2.3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

音節(jié)由四個(gè)系列(SOA = 600 ms)呈現(xiàn)，形成三種類型的試驗(yàn)(標(biāo)準(zhǔn)、異常聲音和異常音素試驗(yàn))。由三種類型的塊組成，并以40 s的沉默時(shí)間隨機(jī)間隔，總持續(xù)時(shí)間為108 min。

圖1 聽(tīng)覺(jué)刺激范式
 

2.4、數(shù)據(jù)采集和處理

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

光學(xué)成像采用的是ISS Imagent血氧計(jì)，使用32個(gè)發(fā)光二極管，以及4個(gè)PMT采集信號(hào)，采樣率為9.1912 Hz。
 

ECoG信號(hào)降采樣至1024 Hz，并用0.05~ 20 Hz帶通濾波器進(jìn)行濾波，分段與基線校正的開(kāi)始時(shí)間為刺激開(kāi)始前100ms，結(jié)束時(shí)間為體感刺激開(kāi)始后300 ms，結(jié)束時(shí)間為聽(tīng)覺(jué)刺激開(kāi)始后4000 ms。偽影排除是基于目視檢查。
 

光學(xué)數(shù)據(jù)通過(guò)0.03~0.5Hz的帶通濾波，HbO and Hb信號(hào)從刺激開(kāi)始前5秒到刺激開(kāi)始后的25秒進(jìn)行分段。
 

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研究結(jié)果
 

3.1、對(duì)聽(tīng)覺(jué)變化的不匹配反應(yīng)

偏差與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)頻表征的排列測(cè)驗(yàn)顯示，右側(cè)聽(tīng)覺(jué)區(qū)域有顯著差異(圖4A和4B;從318 ~ 1200 ms DV和DP的左、右額區(qū)(CH1和CH6)。此外，DP的delta到beta范圍內(nèi)觀察到兩個(gè)顯著的區(qū)域，而DV相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)條件下較小的廣泛區(qū)域。然而，在比較兩種異常情況時(shí)，TFR沒(méi)有顯著差異。在這兩種情況下，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)條件，delta-beta頻率振幅都出現(xiàn)了增加。

圖2 聽(tīng)覺(jué)失匹配響應(yīng)
 

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實(shí)驗(yàn)結(jié)論

這項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為大鼠皮質(zhì)在音節(jié)識(shí)別任務(wù)中的定位提供了電生理和血流動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，就像人類一樣，音節(jié)刺激的編碼是不對(duì)稱的，但是以相反的方式(大鼠的右半球不對(duì)稱與人類的左半球不對(duì)稱)，這表明兩個(gè)物種并不是自發(fā)地喜歡相同的刺激特征。

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