Pozoruhodné Historie Pravé Ucho Výhodou

Výzkum | leden 2018 Jednání Recenze

James Jerger, PhD

nemáme symetrické sluchového systému, a to představuje některé zajímavé otázky.

z dobrých důvodů se sluchový systém člověka vyvinul s výhodou pravého ucha (nebo nevýhodou levého ucha), protože zpracování řeči vyžadovalo více mozku. Tento článek bere čtenáře na mimořádnou cestu sluchového systému a podívá se na některé zajímavé důsledky z pravé ucho výhodu, pokud jde o binaurální zpracování, řeči, porozumění, a zesílení.

mnoho lidí považuje za obtížné uvěřit, že sluchový systém není v dokonalé symetrii. Nemohou akceptovat, že jedno ucho se může jakkoli lišit od druhého. Ale to je skutečně ten případ. Je dobře známo, že rozpoznávání řeči se provádí poněkud jinak pro vstup do pravého ucha než pro vstup do levého ucha. Toto je příběh „výhody pravého ucha“ (REA). Vezme nás na mimořádnou cestu v rámci sluchového nervového systému.

hodit na Evoluci

můžeme si představit, že na dřívější bod v evoluční čas, celkový sluchový systém byl víceméně symetrické v primátů, ostatní savci, a různých nižších forem života zvířat. Opravdu, symetrický systém je ideální pro použití, na která jejich sluchové systémy byly pověřeni, hlavně azimutu směrování a vytváření sluchové prostoru—“stereofonní efekt.“U zvířat ve volné přírodě byl název hry vždy přežití: jíst a vyhýbat se jídlu. Systém se dvěma ušima je skvěle navržen tak, aby tento problém zvládl. Pro účely směrovosti poskytují obě uši potřebné informace ve formě rozdílů mezi časem a intenzitou. Tyto údaje ze dvou uší jsou porovnávány v mozkovém kmeni, což vede k výpočtu azimutu v horizontální rovině, ze které se zdá, že se nachází zvuk zájmu. Po vizuální analýze povahy a velikosti vetřelce je to obvykle otázka boje nebo letu.

evoluční modifikace

v případě lidí byl původně symetrický sluchový systém značně upraven. V průběhu posledních 50 milionů let, my lidé vyvinuli schopnost produkovat a vnímat zvuky řeči; zpočátku slabiky, které by pak mohly být kombinovány do slov a slova do vět, to vše tvoří vozidla pro lidský klenot: mluvený jazyk. Není divu, že to trvalo trochu dělat. Produkce řeči je složitý jev. Můžete si to představit jako proud akustické energie, která se v průběhu času mění dvěma způsoby:

1) Velmi rychlé (v rozsahu milisekund) změny amplitudy a frekvence a

2) relativně pomalejší (v rozsahu sekund) změny v celkové energetické obálce.

první vyjadřuje informace definující samohlásky a souhlásky; druhý vyjadřuje prozodické rysy frází a vět.

a zde se odchylujeme od původní symetrie celkového sluchového systému. Části sluchové kůry v levé hemisféře se vyvinuly pro zpracování rychlých amplitudových a frekvenčních změn v akustickém proudu. Podobně, části sluchové kůry v pravé hemisféře se vyvinuly, aby zpracovaly pomalejší změny v celkové akustické obálce.

jemnější detaily těchto procesů jsou nevyhnutelně poněkud složitější, než tento jednoduchý obrázek by naznačují, ale pro naše současné účely—analýza pravé ucho výhodu—budou dělat. Protože je to rychlé změny v amplitudě a frekvenci, které nesou většinu základních srozumitelnost informací v řeči křivky, levá hemisféra se stal dominantní hemisféra pro řeč uznání, vzhledem k tomu, že pravá hemisféra se stal dominantní hemisféry pro zpracování pomalejší změny v průběhu času (např. stres vzory probíhající řeč).

Dichotic Listening a REA

většina z audiologických výzkum v řeči porozumění zahrnuje opatření pro uznávání single-slabika slova. Obvykle je prezentováno slovo, obvykle souhláska-samohláska-souhláska (CVC); odpověď posluchače je hodnocena jako správná nebo nesprávná. Protože je obtížné předat prozódii pro jeden-slabika slova, úspěšné opakování slova vyžaduje pouze fonologické analýzy velmi rychle se měnící události, které určit, které dvě souhlásky, počáteční a konečné a které samohlásky byly slyšet. To jsou přesně rysy, pro které se levá hemisféra specializovala. Jedná se o velmi úspěšný fonologický procesor.

Teď se stane, že obě uši jsou nakonec připojen k levé polokouli procesor, ale protože uši jsou připojeny k mozku, hemisfér, vstup z pravé ucho dosahuje levá hemisféra o něco dříve než levé ucho vstup. To dává pravému uchu mírnou výhodu, když jsou obě uši stimulovány současně (dichoticky).

tato REA byla poprvé popsána v testu dichotického poslechu. Dichotické poslechové paradigma bylo průkopníkem anglického psychologa Donalda Broadbenta (1926-1993). Představil dvojice číslic dichoticky, to je jiná číslice pro každé ucho současně. Například slovo “ tři „na jedno ucho a současně slovo“ osm “ na druhé ucho. Použil tento postup ke studiu pozornosti a krátkodobého zapamatování, ale neporovnával přesnost obou uší.

Doreen Kimura (1933-2013) byl postgraduální student v neuropsychologickém laboratoř Brenda Milnerová na montrealském Neurologickém Institutu v časných 1960. Kimura a Milner zaznamenali vlastní test dichotických číslic s cílem aplikovat je na pacienty s epilepsií temporálního laloku. Ale jako studenti poranění mozku si byli vědomi potřeby oddělit data podle ucha. Instruovali posluchače, aby opakoval vše, co bylo slyšet v obou uších, ale pak oddělil pravé ucho od odpovědí levého ucha. Před zahájením testování epileptických pacientů však Kimura1 testoval skupinu mladých normálních kontrol, aby stanovil normy. Překvapivě, ona zjistil, že v normální skupině, správné odpovědi na dichotically-prezentovány číslice byly v průměru mírně lepší pro číslice prezentovány na pravé ucho než za stejné číslice prezentovány do levého ucha. Tato malá REA-známá také jako „nevýhoda levého ucha“ nebo LED-byla v posledním půlstoletí rozsáhle studována. Bylo prokázáno nesmyslnými slabikami, číslicemi, CVC slovy a dokonce i umělými větami.

Strukturální Model Dichotic Listening

s cílem vysvětlit REA/LED, Kimura1 navrhl, co přišel být nazýván „strukturální model“ sluchového systému. Model je založen na skutečnosti, že tam jsou oba zkřížené a narovnal dráhy z obou uší na každé polokouli, a že když obě uši jsou stimulovány současně, narovnal cesty jsou potlačeny; pouze zkřížené cesty jsou aktivní. To znamená, že vstup do pravého ucha putuje přímo do levé hemisféry procesor přešel přes cestu od pravého ucha na levé hemisféře, ale vstup na levé ucho musí cestovat nejprve do pravé hemisféry, pak přejít na levé polokouli řečového procesoru prostřednictvím corpus callosum, neurální most mezi dvěma hemisféry. To představuje velmi mírné zpoždění a ztrátě účinnosti levé ucho vstup—ne moc, ale dost na to, aby účet pro malé REA/LED je uvedeno výše. Všimněte si, že problém spočívá v jedné polokouli, ale v Mostě mezi nimi, corpus callosum.

Elektrofyziologické Demonstrace Levé Polokouli Specializace pro Zpracování Rychlých Časových Změn v Slov

i když specializace levé hemisféry pro zpracování řeči bylo dlouho zřejmé ze studie z mnoha jedinců s poranění mozku, to je vlastně možné, prostřednictvím sluchové event-related potenciálů (AERPs), vyčíslit rozdíl v čase mezi příjezdem pravé a levé ucho řeč vstupy v levé hemisféře řečového procesoru. V jednoduchém experimentu s složité analýzy dat, kolega Jeffrey Martin a já (2004)2 shromažďovány AERP dat v 10 mladých dospělých s normální sluch. To byl dichotic-poslech studia, v němž posluchač sledován kontinuální příběh o dobrodružství mladá žena jménem Pam. Pokyny pro posluchače byly jednoduše spočítat a nahlásit, kolikrát bylo v daném časovém bloku slyšet cílové slovo „Pam“. Stejný příběh byl představen současně oběma uším, ale vyprávění bylo zpožděno o 60 sekund v jednom uchu vzhledem k druhému. V průběhu experimentu, posluchač slyšel stejný příběh v obou uších, ale v každém okamžiku, to byla jiná část příběhu v obou uších. V polovině bloky, posluchač byl instruován, aby počítat pouze cíle slyšel z pravé strany, ve druhé polovině se zaměřuje pouze slyšel z levé strany. Sluchové podněty byly prezentovány z reproduktorů umístěných přímo na pravé a levé uši posluchače ve vzdálenosti jednoho metru. Jednalo se o klasickou studii“ oddball “ AERP, ve které byla doba trvání každého cíle,“ Pam“, krátká ve srovnání s trváním probíhající řeči mezi cíli (tj. nízká a priori pravděpodobnost cíle).

AERP se obvykle projevuje jako průběh překlenující interval latence (čas po nástupu slova „Pam“) od 0 do 750 ms. Obrázek 1 ukazuje příklad typického tvaru vlny AERP. Vyznačuje se třemi snadno identifikovatelnými vrcholy: počáteční negativní vrchol (N1) na latenci asi 100 ms, následuje pozitivní (P2) v latencí kolem 200 ms, a pozdní pozitivní složkou (LPC, také známý jako P3 nebo P300), pozitivní peak na latence někde v rozmezí 300 až 900 ms, v závislosti na povaze a obtížnosti podivín úkol generování pozitivní-bude vrchol. Zajímali jsme se o dva časové intervaly v rozsahu celkové latence, oblast od 0 do 250 ms, zahrnující komplex N1-P2 a oblast latence od 250 do 750 ms, zahrnující LPC měřené v této studii.

komplex N1-P2 odráží skutečnost, že byl detekován nástup zvuku. Během těchto prvních 250 ms se nezpracovává jazykový obsah. Je to prostě reakce mozku na nástup každého slova. Naproti tomu složka LPC odráží skutečnost, že byl zjištěn jazykový cíl z řad jazykových necílů. V tomto experimentu tedy odpověď N1-P2 slouží jako kontrolní stav, ve kterém by se v levé hemisféře neočekával žádný významný rozdíl v době příjezdu, protože neexistuje jazyková analýza. V případě komponenty LPC však můžeme na každé elektrodě měřit rozdíl v čase příchodu vstupů z obou uší na jakoukoli danou elektrodu.

tento koncept lze vizualizovat jednoduchým myšlenkovým experimentem (Obrázek 2). Představte si čáru nakreslenou z jednoho z vašich uší, přes horní část hlavy v blízkosti parietální oblasti mozku, pak na druhé ucho. Vertikálně to definuje koronální rovinu přes hlavu. Na této linii si představte pět elektrod, které sahají od těsně nad levým uchem, přes horní část hlavy až těsně nad pravým uchem. Elektroda v horní části hlavy, ve střední linii, je označena Pz (P pro parietální, z pro střední linii). Ten nejblíže k levému uchu je označen P7. Ten nejblíže k pravému uchu je označen P8 (lichá čísla nad levou hemisférou, sudá čísla nad pravou hemisférou). Elektroda na půli cesty mezi P7 a Pz je označena P3. Elektroda na půli cesty mezi Pz a P8 je označena P4. Tyto konvence označování pocházejí z mezinárodního systému 10-20 pro umístění elektrod EEG. Pro naše účely si však musíme pamatovat, že P7 a P3 jsou umístěny nad levou hemisférou, P4 a P8 jsou umístěny nad pravou hemisférou a Pz je uprostřed mezi oběma hemisférami. Toto uspořádání je znázorněno na obrázku 2 jak pro interval 0-250 msec (levý panel), tak pro interval 250-750 msec (pravý panel). V obou případech pozorujeme hlavu zezadu. Důvodem, proč se zajímáme zejména o parietální koronální rovinu, je to, že se jedná o dobré umístění elektrod pro zobrazení komplexu N1P2 i LPC.

na každé z těchto 5 elektrod náš dichotický experiment poskytl dva Aerpy, jeden ze stimulace pravého ucha, druhý ze stimulace levého ucha. Naším zvláštním zájmem je rozdíl v době příjezdu na každé z těchto 5 elektrod. Tento časový rozdíl můžeme odvodit technikou zvanou křížová korelace křivek AERP. Říká nám dvě věci o každém rozdílu pravého ucha versus levého ucha: 1) který AERP dorazil jako první na danou elektrodu a 2) o kolik času. Zde se řídíme konvencí, že dřívější příjezd pravým uchem je označen červenými čísly; dřívější příjezd levým uchem je označen modrými čísly. Všimněte si, že nikde v žádném z toho nemluvíme o skutečných absolutních časech přenosu v mozku. Jediná čísla na obrázku 2 jsou rozdíly mezi časy příjezdu v msec. Z těchto údajů nemáme žádný způsob, jak zjistit, kolik absolutního času v procesu skutečně uplynulo.

Na obrázku 2 jsou dvě hlavy. Hlava na levém panelu ukazuje rozdíly v době příjezdu na pěti parietálních elektrodách komplexu N1P2. Zaokrouhlené na nejbližší milisekundu jsou všechny nulové. To znamená, že části křivky N1P2 pro stimulaci pravého ucha a levého ucha nevykazují žádné rozdíly v době příjezdu na žádné z 5 elektrod napříč parietálním elektrodovým polem. Během prvních 250 msec tvaru vlny AERP nedošlo k žádné asymetrii v evokované elektrické aktivitě. Všechny rozdíly mezi jednotlivými příchody byly menší než 1,0 ms. Tento výsledek je v souladu s interpretací, že vrcholy N1 a P2 odrážejí v podstatě předem pozorné, automatické reakce na rozpoznání nástupu jakékoli sluchové události.

V případě LPC součást (panel vpravo), nicméně, příchod-časový rozdíl mezi pravé ucho a levé ucho vstupy zvýšil systematicky jako elektroda webu přesunuta z krajní pravé straně hlavy (elektroda P8) na krajní levé straně (elektroda P7). Ne neočekávaně, na elektrody P8 (tj. přes pravé hemisféry) rozdíl (modrá čísla) přednost levé ucho vstup o 8.1 ms, ale na elektrody P4 (stále po pravé hemisféry) rozdíl upřednostňování levé ucho vstup snížil na 2 msec. Pohybující se doleva přes parietální rovině (červená čísla), ucho rozdíl na elektrody Pz (středové) přednost pravé ucho o 14 ms, na elektrody P3 o 19 ms, a na elektrody P7 o 29 ms. Tato systematická změna v příjezdu-časový rozdíl z celé parietální elektrod, jak jsme se přesunout z pravé hemisféry do levé hemisféry, odráží skutečnost, že pravé ucho vstup má přímý přístup do levé hemisféry, zatímco levé ucho vstup musí následovat delší cestu přes pravou hemisféru a corpus callosum.

asymetrie v tomto vyvinutém sluchovém systému je evidentní. Všimněte si, že k detekci nástupu slova potřebujete pouze primitivní symetrický sluchový systém společný všem zvířatům, kteří potřebují vědět, že došlo ke zvuku a odkud přichází. K rozpoznání skutečného slova však potřebujete mnohem složitější asymetrický sluchový systém.

obrázek 3 vykresluje stejná data jako obrázek 2, ale v konvenčnějším grafickém formátu. Tato funkce, vztahující se rozdíl v čase příjezdu do polohy elektrody nad oběma hemisférami, poskytuje silnou podporu pro Kimurův strukturální model dichotického naslouchání. Graficky demonstruje časové zpoždění, se kterým se setkává vstup slova levého ucha, když dokončí svou cestu na pravou hemisféru, pak přes corpus callosum na levou hemisféru. Zde vidíme grafické znázornění skutečného základu pro výhodu pravého ucha.

stárnutí komplikuje obraz

no, kdyby to všechno skončilo, mírná REA / LED by zůstala laboratorní zvědavostí, malý efekt malých důsledků. Tak jako mnoho výzkumů prováděných na univerzitě nastavení, nicméně, dichotic listening výzkum byl rozsáhle studován pouze na předměty snadno na dosah ruky: mladých dospělých vysokoškolských studentů ve věkovém rozmezí od 18 do 26 let s normálním sluchem. A u mladých lidí s normálním sluchem je REA / LED malá-v rozmezí 3-5% pro seznam testů 50 slov.

nakonec však audiologové rozšířili rozsah výzkumu dichotického poslechu tak, aby zahrnoval osoby se ztrátou sluchu. A při studiu lidí se sluchovým postižením je nevyhnutelné, že mnozí budou starší. Brzy se ukázalo, že zdánlivě minimální REA / LED u mladých dospělých se s věkem zvyšoval. V jednom dichotic věta-identifikace studie, kterou autor a kolegové,3 průměrná REA/LED postupoval od 3% do 20 let do 37% do 80 let. Obrázek 4 ukazuje tyto výsledky, které jsou založeny na 356 posluchače s buď normální sluch, nebo symetrické sensorineurální ztráty (a vedena v režii-report režim, aby se zabránilo související s věkem pozornostní účinky, které jsou často přítomné ve free-režim zpráva).

jednostranné nevýhody tohoto rozsahu nelze snadno odmítnout. Naznačují hluboký vliv stárnutí někde v sluchovém systému. Jak lze vysvětlit postupné zvyšování nevýhody levého ucha?

Corpus Callosum znovu

pravděpodobným podezřelým je corpus callosum, most mezi pravou a levou hemisférou mozku. Odpověď by mohlo poskytnout postupné zhoršování tohoto mostu. A je skutečností, že corpus callosum skutečně prochází změnami souvisejícími s věkem, včetně velikosti, složení vlákniny, bílé hmoty a metabolismu. Čistý účinek stárnutí je tedy podstatným zvýšením rozdílu mezi pravým a levým uchem v rozpoznávání řeči při současné stimulaci obou uší.

Binaurální Rušení

Takové interaural rozdíly u starších osob se ztrátou sluchu nevyhnutelně přinese na mysl fenomén binaurální rušení, tendence vstup z jednoho ucha, aby v rozporu s binaurální processing.4 Mnoho lékařů zjistilo, že některé starší osoby se ztrátou sluchu odmítají binaurální sluchadla ve prospěch monoaurální montáže. Vědci, kteří tento jev podrobně studovali, obvykle uvádějí, že preferovaným uchem pro monoaurální montáž je pravé ucho. Opravdu, při rozpoznávání řeči výsledky jsou v porovnání přes tři podmínky monofonní pravý, levý monofonní a binaurální na osoby, které prokáží binaurální rušení, monofonní stav, který překonává binaurální stav je téměř vždy monofonní-správný stav. To bylo navrhl, že silné zhoršení zpracování řeči přes levé ucho může být ve skutečnosti v rozporu s binaurální zpracování, což vede k binaurální rušení vliv. To vše má důležité důsledky pro úspěšné použití amplification.To shrnout:

1) když jsou oběma uším prezentována různá slova současně, levé ucho je v průměru v malé nevýhodě v rozpoznávání řeči.

2) průměrný rozdíl nebo „výhoda pravého ucha/nevýhoda levého ucha“ je u mladých dospělých s normálním sluchem malý, možná 3-5%.

3) Tato REA / LED se systematicky zvyšuje s tím, jak někteří lidé stárnou a rozvíjejí ztrátu sluchu. Účinek může být způsoben stárnoucími účinky na corpus callosum, most mezi dvěma mozkovými hemisférami.

4) Když starší osoby se ztrátou sluchu jsou vyhodnoceny pro případné použití zesílení, některé odmítnout binaurální kování ve prospěch monofonní zesílení, což naznačuje možnou přítomnost binaurální rušení.

5) upřednostňované kování je v tomto případě obvykle pro pravé ucho.

No, to je sága REA / LED-další nevinné oběti stárnutí.

1. Kimura D. mozková dominance a vnímání slovních podnětů. Může J Psychol. 1961;15(3):166-171.

2. Jerger J, Martin J. Hemisférická asymetrie pravého ucha výhoda při dichotickém poslechu. Hear Res. 2004; 198 (1-2): 125-136.

3. Jerger J., Chmiel R, Allen J., Wilson, A. vliv věku a pohlaví na dichotic věta identifikace. Ucho Slyší. 1994;15(4):274-286.

4. Jerger J, Silman S, Lew HL, Chmiel R. případové studie binaurální interference: konvergující důkazy z behaviorálních a elektrofyziologických opatření. J Am Acad Audiol. 1993;4(2):122-131.