Sound-localization-related activation and functional connectivity of dorsal auditory pathway in relation to demographic, cognitive, and behavioral characteristics in age-related hearing loss

BackgroundPatients with age-related hearing loss (ARHL) often struggle with tracking and locating sound sources, but the neural signature associated with these impairments remains unclear.Materials and methodsUsing a passive listening task with stimuli from five different horizontal directions in functional magnetic resonance imaging, we defined functional regions of interest (ROIs) of the auditory “where” pathway based on the data of previous literatures and young normal hearing listeners (n = 20). Then, we investigated associations of the demographic, cognitive, and behavioral features of sound localization with task-based activation and connectivity of the ROIs in ARHL patients (n = 22).ResultsWe found that the increased high-level region activation, such as the premotor cortex and inferior parietal lobule, was associated with increased localization accuracy and cognitive function. Moreover, increased connectivity between the left planum temporale and left superior frontal gyrus was associated with increased localization accuracy in ARHL. Increased connectivity between right primary auditory cortex and right middle temporal gyrus, right premotor cortex and left anterior cingulate cortex, and right planum temporale and left lingual gyrus in ARHL was associated with decreased localization accuracy. Among the ARHL patients, the task-dependent brain activation and connectivity of certain ROIs were associated with education, hearing loss duration, and cognitive function.ConclusionConsistent with the sensory deprivation hypothesis, in ARHL, sound source identification, which requires advanced processing in the high-level cortex, is impaired, whereas the right–left discrimination, which relies on the primary sensory cortex, is compensated with a tendency to recruit more resources concerning cognition and attention to the auditory sensory cortex. Overall, this study expanded our understanding of the neural mechanisms contributing to sound localization deficits associated with ARHL and may serve as a potential imaging biomarker for investigating and predicting anomalous sound localization

유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 생활과학대학 아동가족학과, 2017. 8. 이순형.이 연구의 목적은 유아의 다중과제 처리 및 수행 특성을 확인하고, 다감각 정보처리의 효용성을 밝히며, 시각과 청각 고유의 처리 특성이 유아의 시‧청각 다중과제 처리에 미치는 영향을 밝히는 것이다. 이와 같은 연구 목적에 따라 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다. 【연구문제 1】유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기는 자극간 시간차와 과제 난이도, 자극양식(동일감각, 이중감각)에 따라 유의한 차이를 보이는가? 【연구문제 2】유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기는 동일감각 자극양식(시각-시각, 청각-청각)에 따라 유의한 차이를 보이는가? 【연구문제 3】유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기는 이중감각 자극양식(시각-청각, 청각-시각)에 따라 유의한 차이를 보이는가? 위의 연구문제를 확인하기 위해, 이 연구에서는 E-prime software를 이용하여 다중과제 도구를 제작하였다. 연구 대상자는 서울, 경기, 충청, 전라 지역의 어린이집과 유치원에 다니는 만 5세 이상 유아 140명이었다. 연구 참여 유아들은 동일감각 과제집단과 이중감각 과제집단 중 하나에 임의로 배정되었고(각 집단별 70명), 각 조건에 맞는 다중과제를 수행하였다. 유아의 다중과제 수행 시, 유아의 반응시간이 측정되었다. 수집된 자료는 SPSS 20 프로그램에서 평균, 표준편차, 반복측정 변량분석, 대응표본 t-검증, 독립표본 t-검증 등을 이용하여 분석하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 자극간 시간차가 증가함에 따라, 유아의 1차 과제 반응시간이 길어지고, 2차 과제 반응시간과 심리적 불응기가 감소하였다. 과제 난이도가 낮은 조건에 비해 높은 조건에서, 유아의 1차 과제 반응시간과 2차 과제 반응시간, 심리적 불응기가 더 길게 나타났다. 자극간 시간차와 과제 난이도 간의 유의한 상호작용 효과도 나타났다. 또한, 자극양식(동일감각, 이중감각)에 따라 유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기가 달라졌다. 이중감각 과제에 비해 동일감각 과제에서, 유아의 2차 과제 반응시간과 심리적 불응기가 더 길게 나타났다. 1차 과제 반응시간에 대한 자극양식 효과는 자극간 시간차가 짧은 조건에서만 유의하게 나타났다. 둘째, 동일감각 자극양식(시각-시각, 청각-청각)에 따라 유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기는 달라지지 않았다. 그렇지만, 과제 난이도가 이 효과를 조절하였다. 과제의 난이도가 높을 때, 청각-청각 과제에 비해 시각-시각 과제에서, 유아의 1차 과제 반응시간과 2차 과제 반응시간, 심리적 불응기가 더 길게 나타났다. 셋째, 이중감각 자극양식(시각-청각, 청각-시각)에 따라 유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기가 달라졌다. 청각-시각 과제에 비해 시각-청각 과제에서, 유아의 1차 과제 반응시간과 2차 과제 반응시간, 심리적 불응기가 더 길게 나타났다. 이 때, 자극간 시간차와 과제 난이도는 이 효과를 조절하였다. 자극간 시간차가 길 때 또는 과제 난이도가 낮을 때에만 이중감각 자극양식에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기의 차이가 유의하게 나타났다. 이 연구는 유아의 다중과제 처리의 핵심 기제를 밝히고, 유아의 다감각 정보처리의 효용성과 시‧청각 다중정보의 처리 특성에 대한 정보를 제공한다. 또한, 유아의 다중정보 처리의 효율성을 높이는 교육환경의 구성 및 교육 실제에 대하여 시사점을 제시한다.Ⅰ. 문제 제기 1 Ⅱ. 이론적 배경 및 선행연구 고찰 8 1. 유아의 다감각 정보처리 발달 및 특성 8 1) 유아의 다감각 정보처리 발달 8 2) 유아의 시각 및 청각 정보처리 특성 10 2. 유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기 13 1) 유아의 다중과제 수행 13 2) 다중과제 수행과 심리적 불응기 16 3) 유아의 다중과제 수행과 심리적 불응기의 발달 19 3. 과제 특성에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 21 1) 자극간 시간차에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 21 2) 과제 난이도에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 22 3) 자극양식에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 24 Ⅲ. 연구문제 및 용어의 정의 28 1. 연구문제 28 2. 용어의 정의 30 1) 다중과제 30 2) 다중과제 수행 30 3) 심리적 불응기 31 4) 자극간 시간차 31 5) 과제 난이도 31 6) 자극양식 32 Ⅳ. 연구방법 및 절차 33 1. 연구 대상 33 2. 연구 도구 34 3. 연구 절차 48 4. 자료의 분석 50 Ⅴ. 연구결과 및 해석 51 1. 자극간 시간차, 과제 난이도, 자극양식에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 51 1) 다중과제 수행과 심리적 불응기의 전반적인 경향 51 2) 자극간 시간차에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 53 3) 과제 난이도에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 57 4) 자극양식에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 63 2. 동일감각 자극양식에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 67 1) 동일감각 자극양식에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 67 2) 동일감각 자극양식과 과제 조건(자극간 시간차, 과제 난이도) 간의 상호작용 효과 68 3. 이중감각 자극양식에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 73 1) 이중감각 자극양식에 따른 다중과제 수행과 심리적 불응기 73 2) 이중감각 자극양식과 과제 조건(자극간 시간차, 과제 난이도) 간의 상호작용 효과 76 Ⅵ. 결론 및 제언 82 1) 결론 및 논의 82 2) 의의 및 제언 87 참 고 문 헌 93 부록 105 ABSTRACT 109Docto

Assessing the impact of emotion in dual pathway models of sensory processing.

In our daily environment, we are constantly encountering an endless stream of information which we must be able to sort and prioritize. Some of the features that influence this are the emotional nature of stimuli and the emotional context of events. Emotional information is often given preferential access to neurocognitive resources, including within sensory processing systems. Interestingly, both auditory and visual systems are divided into dual processing streams; a ventral object identity/perception stream and a dorsal object location/action stream. While effects of emotion on the ventral streams are relatively well defined, its effect on dorsal stream processes remains unclear. The present thesis aimed to investigate the impact of emotion on sensory systems within a dual pathway framework of sensory processing. Study I investigated the role of emotion during auditory localization. While undergoing fMRI, participants indicated the location of an emotional or non-emotional sound within an auditory virtual environment. This revealed that the neurocognitive structures displaying activation modulated by emotion were not the same as those modulated by sound location. Emotion was represented in regions associated with the putative auditory ‘what’ but not ‘where’ stream. Study II examined the impact of emotion on ostensibly similar localization behaviours mediated differentially by the dorsal versus ventral visual processing stream. Ventrally-mediated behaviours were demonstrated to be impacted by the emotional context of a trial, while dorsally-mediated behaviours were not. For Study III, a motion-aftereffect paradigm was used to investigate the impact of emotion on visual area V5/MT+. This area, traditionally believed to be involved in dorsal stream processing, has a number of characteristics similar to a ventral stream structure. It was discovered that V5/MT+ activity was modulated both by presence of perceptual motion and emotional content of an image. In addition, this region displayed patterns of functional connectivity with the amygdala that were significantly modulated by emotion. Together, these results suggest that emotional information modulates neural processing within ventral sensory processing streams, but not dorsal processing streams. These findings are discussed with respect to current models of emotional and sensory processing, including amygdala connections to sensory cortices and emotional effects on cognition and behaviour

Characterizing the Familiar-Voice Benefit to Intelligibility

Everyday listening often occurs in the presence of background noise. Listeners with normal hearing can often successfully segregate competing sounds from the signal of interest. To do this, listeners exploit a variety of cues to facilitate the separation of simultaneous sounds into separate sources, and group sequential sounds into intelligible speech streams. One of the cues that has been shown to be an effective facilitator of speech intelligibility is familiarity with a talker’s voice. A recent study by Johnsrude et al. (2013) measured speech intelligibility of a naturally familiar voice (i.e., that of a long-term spouse) and showed a large improvement in intelligibility when a spouse’s voice serves as the target or the masker. This improvement is commensurate with another cue that is well-understood to be a strong facilitator of intelligibility: spatially separating two speech streams. Therefore, the goal of this thesis is to extend the work of Johnsrude et al. (2013) by providing a clearer understanding of voice familiarity as a cue for improving intelligibility. Specifically, the aims of this thesis are 1) to measure the magnitude of intelligibility benefit of different types of naturally familiar voices: friends and spouses, (2) to quantify the familiar-voice benefit in terms of degrees of spatial separation, and (3) to compare the neural bases of voice familiarity and spatial release from masking to determine if these cues improve intelligibility by recruiting similar areas of the brain. The primary findings of this thesis were that 1) the familiar-voice benefit of friends and spouses are comparable to each other and that relationship duration does not affect the magnitude of the familiar-voice benefit, (2) that participants gain a similar benefit from a familiar target as when an unfamiliar voice is separated from two symmetrical maskers by approximately 15° azimuth, and (3) that familiar voices and spatial release from masking both activate known temporal voice areas, but attending to an unfamiliar target voice when masked by a familiar voice also recruits attention areas. Taken together, this thesis illustrates the effectiveness of a naturally familiar target voice in improving intelligibility