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

1.研究背景

研究表明，人類從早產(chǎn)兒開始，就特別善于編碼時間線索，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/之間的語音差異取決于一個短暫的時間間隔(這些刺激是45毫秒)，因此需要很好的時間分辨率來處理頻率模式。相比之下，男女語音的差異主要是基于整個音節(jié)所承載的音高(刺激時間為285 ms)。這些結(jié)果表明，人類可能受益于一種由基因驅(qū)動的能力，這種能力可以根據(jù)語言的聲學(xué)結(jié)構(gòu)對聽覺世界進行精確的時間編碼。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)特征與一般的聽覺處理能力相結(jié)合。因此，該研究用與早產(chǎn)兒相同的方法測試了麻醉的成年大鼠。我們同時記錄了神經(jīng)(ECoG)和血流動力學(xué)(fNIRS)對一系列人類語言音節(jié)的反應(yīng)，并研究了大腦對輔音(ba vs. ga)和聲音(男性vs.女性)變化的反應(yīng)。

2.研究方法

2.1 實驗動物

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

2.2 實驗材料

由法國男性(bam, gam)和法國女性(baf, gaf)自然產(chǎn)生的四個數(shù)字化音節(jié)在語調(diào)、強度、總時長(285 ms)、前音和發(fā)聲共振過渡持續(xù)時間(分別為40 ms和45 ms)上進行了匹配。音節(jié)被分成四組，形成三種類型的試驗(標準、異常聲音和異常音素試驗)。

2.3 實驗過程

音節(jié)由四個系列(SOA = 600 ms)呈現(xiàn)，形成三種類型的試驗(標準、異常聲音和異常音素試驗)。由三種類型的塊組成，并以40 s的沉默時間隨機間隔，總持續(xù)時間為108 min。

圖1 聽覺刺激范式

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，使用32個發(fā)光二極管，以及4個PMT采集信號，采樣率為9.1912 Hz。

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

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

3.研究結(jié)果

3.1 對聽覺變化的不匹配反應(yīng)
偏差與標準狀態(tài)時頻表征的排列測驗顯示，右側(cè)聽覺區(qū)域有明顯差異(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)觀察到兩個明顯的區(qū)域，而DV相對于標準條件下較小的區(qū)域。然而，在比較兩種異常情況時，TFR沒有明顯差異。在這兩種情況下，相對于標準條件，delta-beta頻率振幅都出現(xiàn)了增加。

圖2 聽覺失匹配響應(yīng)

4.實驗結(jié)論

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

5.參考文獻及DOI號

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