PNAS：音乐刺激调制神经节律的两种理论模型来源：PHIgroup导读过去许多研究

来源：PHI group
导读过去许多研究已经发现：在接受外界语音、音乐、噪声等刺激时，听觉皮层的神经活动与受刺激的节律模式存在一定同步化现象，并且这种外界节律-同步化神经振荡可以同时支持将信息传送到其他脑区以及对信息的注意选择，这种调制表明神经振荡可能是行为处理的基础。因此，了解神经活动在具有节律的声音处理过程中的时间动力学作用对于揭示语言和音乐知觉的机制至关重要。
目前对节律声音处理的主流理论包括两种，诱发模型和神经振荡模型。诱发模型支持听觉皮层对每个听觉输入表现出瞬时响应，潜在机制是对个别刺激刻板的延迟峰值响应。而神经振荡模型则认为，一群神经元的静息态活动(在没有外部刺激时)围绕固有的自然频率波动，当外部频率在静息频率范围内时，神经活动与外部刺激的频率会发生同步化现象。本研究通过模拟两种模型下的神经活动并进行比较，验证了神经振荡模型能更好地预测皮层被音乐同步化的调制现象。
应用MEG检验音乐刺激调制神经节律的两种理论模型
作者：Keith B Doelling , M Florencia?Assaneo , Dana Bevilacqua Bijan?Pesaran , David Poeppel
回答什么问题
本研究通过模拟皮层对音乐听觉刺激响应的诱发模型及神经振荡模型，并比较两种模型对于左、右侧大脑外界节律-同步化神经振荡的预测能力。
如何回答
3.1 参与者

试验1: 在研究1(音符频率为0.5、5和8 nps)和研究2(音符频率为0.7、1和1.5 nps)中对27名参与者（原文此处未提及相关人口学信息）进行MEG记录; 听觉刺激为穆雷·佩拉希亚演奏的六首钢琴曲的三个片段，按nps速率挑选的，旨在跨越可能的音乐速度范围，所选的比率为0.5、0.7、1、1.5、5和8 nps 。（nps : note per second）
试验2: 12名新参与者( 平均年龄28岁; 年龄范围为22岁～51岁;平均音乐经验1.53年，其中包含8名女性)接受MEG记录；听觉刺激包括尖锐刺激和平滑刺激两种条件，总共进行216次试验（6种音符* 2种条件* 18次重复）。

3.2 MEG记录
157通道全轴向梯度仪系统，采样率1000赫兹， 200赫兹低通滤波器， 60赫兹陷波器滤波器。数据采集后在0.1 赫兹使用六阶巴特沃斯滤波器进行高通滤波。
3.3 通道选择
根据在预测试中记录的400毫秒， 1000赫兹的正弦音诱发的M100反应的幅度，在每个半球选取M100反应最大的10个通道进行分析，避免“双倾斜”偏倚。
3.4 诱发模型及神经振荡模型的模拟

文章插图
* 图1
诱发模型(图1A)将听觉刺激包络与从参与者对单个纯音的脑磁图活动得出的平均核进行卷积。振荡器模型(图1B)是Wilson-Cowan模型的实例化，其听觉刺激包络作为对兴奋性群体的驱动力。
3.5 CACoh
要进行有意义的分析，我们必须首先确认大脑成功地与音乐同步。为此，本研究使用了CACoh ，通过每个信号的功率归一化来测量神经信号和刺激反应之间的一致性。计算等式如下：

文章插图
3.6 相位分析及PCM计算

文章插图
* 图2
诱发模型(图2A)表示每个输入刺激产生具有固定时间延迟的神经响应，随着刺激率的提高，相位滞后在很大程度上保持不变，成为刺激周期中越来越大的一部分。根据该模型，刺激位置相对于模型响应的两个周围峰值发生变化。相反，神经振荡模型(图2B)在刺激频率上产生振荡，在刺激开始时，模型输出的相位在其同步范围内存在的各个刺激频率之间保持相对稳定。因此对于诱发模型有更小的PCM值（Phase concentration matirx : 相位集中向量），而对于神经振荡模型有更大的PCM值。
【PNAS：音乐刺激调制神经节律的两种理论模型】将两种模型的输出、脑磁图数据与听觉刺激包络，分别通过希尔伯特分析滤波信号，以提取输出和输入的瞬时相位，计算每个时间点信号之间的相位差并进行平均，得到每个频率的绝对值(相当于锁相值) ，在每个被试内进行多个频率的锁相值的平均即得到PCM值。
在诱发模型(C)和神经振荡模型(D)中为每个刺激-反应对计算相位差，箭头的角度对应于相位，而长度对应于相位同步的强度。蓝色和紫色箭头分表表示两种模型的PCM 。
3.7 模型比较

文章插图