Aero-taktil integration i taluppfattning | natur

Aero-taktil integration i taluppfattning | natur

Anonim

Abstrakt

Visuell information från en talares ansikte kan förbättra 1 eller störa 2 exakt hörseluppfattning. Denna integration av information över hörsel- och visuella strömmar har observerats i funktionella avbildningsstudier 3, 4 och har vanligen tillskrivits den frekvens och robusthet som uppfattar gemensamt möter händelsespecifik information från dessa två sätt 5 . Att lägga till den taktila modaliteten har länge betraktats som ett avgörande nästa steg för att förstå multisensorisk integration. Emellertid har tidigare studier funnit ett inflytande av taktil input på taluppfattning endast under begränsade omständigheter, antingen där uppfattare var medvetna om uppgiften 6, 7 eller där de hade fått utbildning för att upprätta en tvärmodal kartläggning 8, 9, 10 . Här visar vi att uppfattar integrerad naturalistisk taktil information under hörselpratuppfattning utan tidigare träning. På grundval av iakttagelsen att vissa talljud ger små brister av strävan (som engelska 'p') 11, applicerade vi lätt, ohörliga luftpuffar på deltagarnas hud på en av två platser: höger eller nacken. Kursplaner som hördes samtidigt med kutan luftpuffar var mer benägna att höras som aspirerade (till exempel orsakade deltagarna att mishear 'b' som 'p'). Dessa resultat visar att uppfattare integrerar händelsrelevant taktil information i hörseluppfattningen på ungefär samma sätt som visuell information.

Huvudsaklig

Många språk använder en utvisning av luft, eller 'strävan', för att förmedla grundläggande lexikalkontraster 12 . Engelska talare använder denna mekanism för att skilja aspirerade ljud som 'pa' och 'ta' från obespirerade ljud som 'ba' och 'da'. Alla fyra mänskliga derma-mekanoreceptorer 13, såväl som hårsäcks-mekanoreceptorer 14, svarar på luftpuffar. Aerodynamiskt kännetecknas en puff som en kort skur av turbulent luftflöde med ett relativt högre initialtryck 15, 16, typiskt för det övergående tryckmönstret som produceras i sugade talljud 17 .

Vi skapade hörselstimuli genom att spela in åtta upprepningar av vart och ett av stavelserna 'pa', 'ba', 'ta' och 'da' från en manlig modersmål på engelska, matchande för varaktighet (390–450 ms vardera), grundläggande frekvens ( fallande tonhöjd från 90 Hz till 70 Hz) och intensitet (normaliserat till 70 decibel (10 -5 W m -2 ). Deltagarna hörde stavelser i två separata block: en som endast innehåller labialkonsonanter ('pa' och 'ba'), andra som endast innehåller alveolära konsonanter ('ta' och 'da'). De 16 unika symbolerna i varje block hördes fyra gånger vardera - två gånger som endast hörande kontroller och två gånger parade med taktila stimuli. Auditiva stimuli åtföljdes av vitt brus som spelades vid en volym avsedd att minska den totala noggrannheten för tokenidentifiering och därmed generera betydande tvetydighet; faktisk noggrannhet dokumenteras i tilläggstabeller 1-3

Vi använde en magnetventil ansluten till en luftkompressor för att syntetisera små luftblåsar utformade för att replikera tryckprofilen (övergående gränsförhållanden), högfrekvent brus, lågfrekvens 'pop' varaktighet och temporär relation till vokalets början av naturligt talande.

I vårt första experiment applicerades luftpuffar kutant på ryggytan på handen mellan höger tumme och pekfingret genom ¼ tum (0, 635 cm) vinylrör vid 6 pund per kvadrat tum (psi; 6 psi ≈ 421, 84 g cm - 2 ) fast på 8 cm från hudytan. Handens baksida valdes för att den har hög taktil känslighet 18, och eftersom det är en plats där taktil stimulering inklusive luftflöde har observerats framkalla icke-specifik aktivering av vissa sekundära hörselkortikala neuroner i makaker 19 .

Vi ansåg att deltagarna kan ha en hel del tidigare erfarenheter med luftpuffar på handen i kombination med talljud - från att samtidigt höra sin egen röst och känna sitt eget andetag på händerna under talet. För att bestämma om interaktionen skulle fortsätta även på en kroppsplats som saknar ofta självupplevelse, designade vi ett andra experiment där vi applicerade luftpuffar på mitten av nacken vid det yttersta hacket - en plats där deltagarna vanligtvis inte får något direkt luftflöde under deras egen talproduktion (även om de uppfattas förmodligen, åtminstone vid sällsynta tillfällen, känner samtalens sugna luft på huden). Liksom med handexperimentet levererades luftpuffar genom ¼-tums vinylrör vid 6 psi fixerade vid 8 cm från hudytan.

Förutom hand- och nackstudierna utformades ett "endast hörsel" -experiment för att säkerställa att leveransen av luftsuddarna inte kunde höras för deltagarna. I detta försök placerades ¼-tumsröret omedelbart bredvid deltagarnas högra hörlurar på ett avstånd av 5 cm och ett tryck på 6 psi, riktat tangentiellt framåt så att luftflödet inte kändes direkt på huden eller håret.

En enda stereoljudsignal levererade både hörselstimulan som hörs av deltagarna och aktiveringssignalen för att öppna luftventilen. Den högra kanalen bar de talade stavelserna till båda öronen genom hörlurar som bärs av deltagarna, medan den vänstra kanalen aktiverade solenoid genom att mata ut 50 ms 10 kHz sinusvågor vid den maximala amplituden för datorns ljudkort (∼ 1 V) genom en spänning förstärkare till ett relä. Sinusvågorna var tidsinriktade med talsignalen så att, efter korrigering för systemlatens, luftpuffar lämnade röret startande 50 ms före vokalens början och slutade vid tidpunkten för vokalpåträdet, vilket simulerade tidpunkten för naturligt producerade engelska aspirerade konsonanter .

Manliga och kvinnliga deltagare testades i alla experiment. Före experimentet fick deltagarna höra att de kunde uppleva bakgrundsljud och oväntade luftblåsningar. Deltagarna satt i en ljudisolerande monter och bad att identifiera sig genom att trycka på en knapp om de hörde 'pa' eller 'ba' i labialblocket och 'ta' eller 'da' i alveolära blocket. Deltagarna fick sedan ögonbindel och fick hörselstimulering genom ljudisolerande hörlurar. Uppsättningen av utrustning för att leverera taktila stimuli avslutades efter att deltagarna hade ögonbindel för att dölja kroppens placering av luftpuffar.

En blandad design variansanalys av variansanalys utfördes med två konsonant aspirationsbetingelser (aspirerade och ospirerade) genom två luftflödesbetingelser (närvaro och frånvaro) genom två ställen för ledning (labial och alveolär) genom tre experiment (hand, nacke och hörsel- endast). Resultaten indikerade svaga huvudeffekter av aspiration ( F (1, 63) = 5, 426, P = 0, 023) (det vill säga uppfattare identifierade ospirerade stopp något lättare i alla experiment) och plats ( F (1, 63) = 6, 714, P = 0, 012) (det vill säga uppfattare var något mer exakta kritiska alveolära kontra labialstopp), och starka huvudeffekter av aspiration × luftflöde ( F (1, 63) = 26, 095, P <0, 001) (luftflöde orsakade uppfattning av både ospirat och aspirerat stopp som aspireras ofta) och aspiration × luftflöde × experiment ( F (2, 63) = 7, 600, P = 0, 001) (det vill säga effekten av luftflödet appliceras på nacke- och handexperimenten, men inte på det auditive experimentet) . Det fanns ingen signifikant huvudeffekt av luftflöde, eller av interaktion mellan luftflöde och experiment (det vill säga tillämpning av luftflöde påverkar inte den totala noggrannheten i uppfattningen av stimuli). Inga andra signifikanta effekter observerades.

För att identifiera om det fanns signifikanta interaktioner mellan aspiration och luftflöde i hand- och nackexperimenten, men inte det auditive experimentet, var separata analyser av varians med upprepade måttfaktorer för aspiration (aspirerad kontra ospirerad) och luftpuffar (närvarande kontra frånvarande) genomfördes för både de alveolära och labiala blocken i alla experiment. För att bestämma huruvida dessa interaktioner visade förstärkning av aspirerad stoppuppfattning såväl som interferens med obesvärad stoppuppfattning, kördes envägsanalyser med upprepade mätningar av varians som jämför luftlufter (nuvarande kontra frånvarande) separat för aspirerade och ospirerade token.

Resultaten för handexperimentet visade att interaktionen mellan luftblåsningar och uppfattningen av aspiration var signifikant ( a = 0, 05) för både alveolära ( F (1, 21) = 17, 888, P <0, 001, partiell η 2 = 46, 0%) och labiala ( F (1, 21) = 14, 785, P <0, 001, partiella η2 = 41, 3%) block (fig. 1). Vidare förbättrade närvaron av en luftsuff korrekt identifiering av aspirerade tokens ('pa' ( F (1, 21) = 14, 309, P = 0, 001, delvis η 2 = 40, 5%) och 'ta' ( F (1, 21) = 8.650, P = 0, 008, partiell η2 = 29, 2%)) och störde korrekt identifiering av ospirerade token ('ba' ( F (1, 21) = 5, 597, P = 0, 028, partiell η 2 = 21, 0%) och 'da' ( F (1, 21) = 16, 979, P <0, 001, delvis R 2 = 44, 7%)).

a, Labial; b, alveolär.

Bild i full storlek

  • Ladda ner PowerPoint-bilden

Resultaten för nackexperimentet visade att interaktionen mellan luftpuffar och uppfattningen av aspiration var signifikant för både alveolära (F (1, 21) = 5, 486, P = 0, 029, partiell η 2 = 20, 7%) och labial (F (1) 21) = 8, 404, P = 0, 009, delvis R 2 = 28, 6%) block (fig. 2). Vidare förbättrade närvaron av en luftspuff korrekt identifiering av aspirerade token ('pa' ( F (1, 21) = 7, 40, P = 0, 014, delvis η 2 = 25, 4%) och 'ta' ( F (1, 21) = 6, 020, P = 0, 023, partiell η 2 = 22, 3%)) och visade en svag effekt av interferens med korrekt identifiering av ospirerade tokens ('ba' ( F (1, 21) = 3, 421, P = 0, 078, partiell η 2 = 14, 0%) och 'da' ( F (1, 21) = 1.291, P = 0, 269, delvis R 2 = 5, 8%)).

a, Labial; b, alveolär.

Bild i full storlek

  • Ladda ner PowerPoint-bilden

Ingen signifikant interaktion mellan aspiration och luftpuffar hittades för det auditive experimentet (alveolärt eller labialt block, F (1, 21) <1), vilket bekräftade att deltagarna inte kunde höra luftflödet eller kompressoraktiveringen (fig. 3).

a, Labial; b, alveolär.

Bild i full storlek

  • Ladda ner PowerPoint-bilden

Våra resultat stöder hypotesen att det mänskliga perceptuella systemet integrerar specifik, händelsrelevant information över hörsel- och taktilmodaliteter på ungefär samma sätt som tidigare har observerats i hörselvisuell koppling. Denna effekt inträffar i uppfattare utan tidigare träning eller medvetenhet om uppgiften och på kroppsplatser där effekten sannolikt inte kommer att förstärkas av ofta erfarenhet. Dessa resultat kompletterar det senaste arbetet som visar det somatosensoriska systemets engagemang i taluppfattningen 20, vilket tyder på att den neurala behandlingen av tal är mer allmänt multimodal än tidigare trott. Metoderna som används i denna artikel representerar en modell som möjliggör framtida funktionsavbildningstudier av passiv ljud-taktil och visuo-taktil integration, liksom beteendestudier av multisensorisk uppfattning i tidigare otestade populationer, inklusive spädbarn och blinda. Eftersom dessa fynd beskriver perceptuell förbättring under passiv uppfattning, innebär de möjliga framtida riktningar inom ljud- och telekommunikationsapplikationer och hjälpmedel för hörselskadade.

Metoder Sammanfattning

Syntetiska luftpuffar

Luftflödesanordningen bestod av en 3-gallons (11, 35-l) Jobmate oljefri luftkompressor ansluten till en IQ-ventiler på-av tvåvägs magnetventil (modell W2-NC-L8PN-S078-MB-W6.0-V110 ) ansluten till ett Campbell Hausfeld MP513810 luftfilter, vilket reducerade ljudvolymen som leddes genom ¼-tums vinylröret. Slangen leddes genom en kabelport in i det ljudisolerade rummet och monterades på en mikrofonbommestativ. Det syntetiska puffluftflödet var snabbt turbulent efter att ha lämnat röret, med en genomsnittlig turbulensvaraktighet på 84 ms, jämfört med 60 ms röstinitieringstid för vår högtalares genomsnittliga (medelvärde) 'pa', och nära området för röstets starttid 54 –80 ms för engelska ord-onset voiceless (aspirated) stoppar 12 . Produktionstrycket för de syntetiserade puffarna justerades så att påverkan var minimalt synlig av deltagarna. Som sådan visade mikrofoninspelningar vid 8 cm ett genomsnittligt topp relativt icke-dimensionellt tryck på 0, 023 för de syntetiska puffarna, jämfört med 0, 096 för vår högtalares genomsnittliga 'pa'.

Procedur

Totalt testade vi 66 deltagare, 22 för var och en av de experimentella studierna (hand och nacke) och den auditive studien. Hälften fick först labial ('pa', 'ba') -blocket och hälften fick alveolar-blocket ('ta', 'da') först. Inom varje block hörde deltagarna 12 övningstokens (sex med och sex utan luftpuff) följt av 16 experimentella tokens för varje tillstånd (aspirerad kontra ospirerad, puff kontra inget puff, randomiserat), totalt 64 experimentella tokens per block. Ett specialbyggt datorprogram skrivet i Java 1.6 registrerade svar från en anpassad knappsats och presenterade nya tokens 1 500 ms efter varje svar. Hälften av deltagarna tryckte på vänster-knappen för att indikera ett aspirerat svar, och hälften tryckte på höger-knappen.

Kompletterande information

PDF-filer

  1. 1.

    Kompletterande information

    Denna fil innehåller kompletterande metoder, kompletterande figur 1 och legend- och tilläggstabeller 1-3.

kommentarer

Genom att skicka en kommentar samtycker du till att följa våra villkor och gemenskapsriktlinjer. Om du finner något missbruk eller som inte överensstämmer med våra villkor eller riktlinjer ska du markera det som olämpligt.