Asymmetric lateral inhibitory neural activity in the auditory system: a magnetoencephalographic study

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Decrements of auditory evoked responses elicited by repeatedly presented sounds with similar frequencies have been well investigated by means of electroencephalography and magnetoencephalography (MEG). However the possible inhibitory interactions between different neuronal populations remains poorly understood. In the present study, we investigated the effect of proceeding notch-filtered noises (NFNs) with different frequency spectra on a following test tone using MEG.</p> <p>Results</p> <p>Three-second exposure to the NFNs resulted in significantly different N1m responses to a 1000 Hz test tone presented 500 ms after the offset of the NFNs. The NFN with a lower spectral edge closest to the test tone mostly decreased the N1m amplitude.</p> <p>Conclusion</p> <p>The decrement of the N1m component after exposure to the NFNs could be explained partly in terms of lateral inhibition. The results demonstrated that the amplitude of the N1m was more effectively influenced by inhibitory lateral connections originating from neurons corresponding to lower rather than higher frequencies. We interpret this effect of asymmetric lateral inhibition in the auditory system as an important contribution to reduce the asymmetric neural activity profiles originating from the cochlea.</p

Training Attention to the Other’s Need Improves Helping Behaviors in Children with Autism Spectrum Disorder: A Behavioral Analysis Using a Two-dimensional Motion Capture System

While children with autism spectrum disorder (ASD) can acquire helping behaviors through appropriate interventions, changes in behaviors prior to helping (pre-helping behaviors) remain unclear. In the present study, we examined the effects of social skills training (SST) on helping and pre-helping behaviors in two children with ASD by using a two-dimensional motion capture system. During the SST, the children learned one helping behavior that they lent their items to their partners, and we measured their head movements before initiating the helping behavior (i.e., pre-helping behavior). As a result of SST, the participants became able to help others in response to less-explicit social stimuli after the intervention. Regarding pre-helping behaviors, the children with ASD before the intervention looked straight at the helpee (i.e., recipient of the help) more often than did typically developing peers, and such a behavior was shown to increase after SST. These results indicate that although spontaneous attention to social stimuli may be reduced in children with ASD, success in attending to a helpee could lead to the emergence of helping behaviors. Moreover, the changes in pre-helping behavior indicate an increase in children’s attention to the helpee after the intervention, which may have enhanced their sensitivity to persons in need

Detection of deviance in Japanese kanji compound words

Reading fluency is based on the automatic visual recognition of words. As a manifestation of the automatic processing of words, an automatic deviance detection of visual word stimuli can be observed in the early stages of visual recognition. To clarify whether this phenomenon occurs with Japanese kanji compounds-since their lexicality is related to semantic association-we investigated the brain response by utilizing three types of deviants: differences in font type, lexically correct or incorrect Japanese kanji compound words and pseudo-kanji characters modified from correct and incorrect compounds. We employed magnetoencephalography (MEG) to evaluate the spatiotemporal profiles of the related brain regions. The study included 22 adult native Japanese speakers (16 females). The abovementioned three kinds of stimuli containing 20% deviants were presented during the MEG measurement. Activity in the occipital pole region of the brain was observed upon the detection of font-type deviance within 250 ms of stimulus onset. Although no significant activity upon detecting lexically correct/incorrect kanji compounds or pseudo-kanji character deviations was observed, the activity in the posterior transverse region of the collateral sulcus (pCoS)-which is a fusiform neighboring area-was larger when detecting lexically correct kanji compounds than when detecting pseudo-kanji characters. Taken together, these results support the notion that the automatic detection of deviance in kanji compounds may be limited to a low-level feature, such as the stimulus stroke thickness.Peer reviewe

Study protocol for a multi-center, randomized controlled trial to develop Japanese denture adhesive guidelines for patients with complete dentures : the Denture Adhesive Guideline trial : study protocol for a randomized controlled trial

Background: Denture adhesives, characterized as medical products in 1935 by the American Dental Association, have been considered useful adjuncts for improving denture retention and stability. However, many dentists in Japan are hesitant to acknowledge denture adhesives in daily practice because of the stereotype that dentures should be inherently stable, without the aid of adhesives. The aim of this study is to verify the efficacy of denture adhesives to establish guidelines for Japanese users. The null hypothesis is that the application of denture adhesives, including the cream and powder types, or a control (isotonic sodium chloride solution) would not produce different outcomes nor would they differentially improve the set outcomes between baseline and day 4 post-application. Methods: This ten-center, randomized controlled trial with parallel groups is ongoing. Three hundred edentulous patients with complete dentures will be allocated to three groups (cream-type adhesive, powder-type adhesive, and control groups). The participants will wear their dentures with the denture adhesive for 4 days, including during eight meals (three breakfasts, two lunches, and three dinners). The baseline measurements and final measurements for the denture adhesives will be performed on the first day and after breakfast on the fourth day. The primary outcome is a general satisfaction rating for the denture. The secondary outcomes are denture satisfaction ratings for various denture functions, occlusal bite force, resistance to dislodgement, masticatory performance, perceived chewing ability, and oral health-related quality of life. Between-subjects comparisons among the three groups and within-subjects comparisons of the pre- and post-intervention measurements will be performed. Furthermore, a multiple regression analysis will be performed. The main analyses will be based on the intention-to-treat principle. A sample size of 100 subjects per group, including an assumed dropout rate of 10 %, will be required to achieve 80 % power with a 5 % alpha level. Discussion: This randomized clinical trial will provide information about denture adhesives to complete denture wearers, prosthodontic educators, and dentists in Japan. We believe this new evidence on denture adhesive use from Japan will aid dentists in their daily practice even in other countries

Vocalization-associated magnetic fields in humans

背景　　これまで，発声前後の脳活動には呼吸や喉頭を制御する運動や，発声後の自己の声による聴覚反応が含まれると考えられているが，ヒトにおけるそれらの時間的空間的な解析はいまだ充分には行われていない。脳活動解析には時間解像度に優れた手法として脳波（electroencephalography：EEG）および脳磁図（magnetoencephalography：MEG）があり，とりわけMEGは頭皮上から記録された磁場変化により，空間情報として高い精度で脳内の電流源を推定することが可能である。本研究では，母音の単純な発声による発声関連脳磁場（vocalization related cortical field：VRCF）を通常および自分の声が聞こえない状態とで記録した。発声は複雑な活動であり，脳内の多数の領域が時間的に重畳しながら活動していると考えられる。そのため，複数双極子モデル（brain electrical source analysis：BESA）を用いて活動源を推定した。これは，脳内の近接した領域における活動を１つの双極子（dipole）と仮定しており，ヒトの一連の行動は多数の双極子が時間的に重畳して活動することによって成立するという理論に基づいたシミュレーションモデルである。また，２つの条件差からVRCFを構成する運動成分と聴覚反応成分を分離し，それらの時間的関係を検討した。方法　右利き健常成人10名を被験対象に，およそ５秒間隔で自らタイミングをとりながら母音の/u/の音を繰り返し発声する課題を行った。発声実験の条件として，(1)通常の発声条件であるcontrol条件および(2)両耳へ75dBSPL以上のnoiseを連続的にきかせ（AA-71audiometer，RION），自分の声が聞こえない状態で発声するmasking条件を設定した。また比較を目的とした聴覚実験として，録音された被験者自身の音声（発声実験と同じ母音/u/）を65dBSPLで両耳へ150回呈示し，聴覚誘発脳磁場（auditory evoked magnetic fields：AEF）を記録した。　MEGは37チャンネルの脳磁計（Magnes，BTi）2基を用い，左右の大脳半球より記録した。計測データは0.1-100Hzのbandpass filterを通し，サンプリング周波数1024HzでA/D変換された。発声実験では，マイクから記録された音声波形の立ち上がり時点を発声開始の基準点（トリガ）として-1400msから+400msまでを，聴覚実験では音声が呈示された時点をトリガとして-100msから+400msまでの時間帯域を加算平均した。結果　発声開始前から出現し，発声開始後およそ90msで頂点を示すVRCFが記録された。control条件のVRCFについて，成分の認められた-150～+150msの区間をBESAを用いて双極子の発生源推定をしたところ，6双極子モデル（両側運動野の発声関連部位：口，舌，喉頭周囲，体幹，および両側聴覚野）が最も良好な結果を示した。双極子の各発生源における電気活動を経時的に推定したところ，両側運動野においては発声開始前から徐々にその活動が出現し，発声開始直後に減衰した。両側聴覚野では発声開始直後にその活動が増大し，発声開始後90ms付近で頂点に至った。　また，masking条件における発声開始後のVRCF振幅はcontrolよりも有意に大きかった（p考察　Penfield et al．(1937）の電気刺激の実験から，両側の前頭葉後部下位を刺激すると発声や発声に関わる筋の収縮が起こることが認められている。また，ヒトが発声しているときに記録されたPET(positron emission tomography)やfMRI (functional magnetic resonance imaging）の報告では，両側運動野の広い範囲や聴覚野付近で活動が認められており（McGuire et al., 1996; Price et al., 1996; Wildgruber et al., 1996; Hirano et al., 1997），本研究においてBESAを用いて解析された脳活動の領域はこれらの報告を支持するものである。更に，各々の賦活領域における活動を経時的に推定したところ，両側運動野の発声関連部位（口，舌，喉頭周囲の筋，体幹筋）の活動が，発声前から発声中にかけて認められた。両側聴覚野における活動は，発声時の運動成分に時間的に重畳しており，その増大は発声開始後にのみ認められ，自分の声に対する聴覚野の反応を示していると考えられた。発声時には呼気に乗じて音声が繰り出されるため，発声には構音に関わる口，舌，喉頭周囲の活動のみならず，発声の状態や内容によっては呼吸に関わる体幹部の活動も重要に関わりあうと考えられる。これまで，発声の一要素である喉頭や顔面筋に関わる非侵襲的な研究はいくつかみられたものの，発声時の呼吸制御を反映した脳活動について追求した報告はなく，本研究にてはじめて明らかにされた。　また，発声前のcontrolとmasking条件間に違いが認められなかったことから，単純な発声での準備過程ではmaskingの影響は小さいと思われた。controlとmasking条件の差分波形において発声開始後に認められた1Mは，自分の声に対する反応と考えられ，聴覚実験で得られたM100と基本的に同様の成分であると推察された。左半球において，1M成分の発生源がM100成分より内側に位置したことは，発した声と外界から呈示された声との周波数特性の相違を反映した可能性もある。しかし，Naka et al．(1999）は，250Hzと4000Hzの純音に対する発生源の深さの差は約0.5cmであったと報告している。本研究における2つの声の周波数差はこれよりも小さいにも関わらず，発生源の深さの差が大きいことから，周波数特性以外の影響が考えられた。まとめ　母音を繰り返すだけの単純な発声に対するVRCFの記録により，発声開始前から出現する運動野の活動と，発声開始後の聴覚野の活動とを分離することができた。本研究のような単純な発声時の運動と聴覚反応との関係を明らかにすることは，文章の音読や単語想起による発声など，より高度で複雑な解釈が必要とされる現象を解明するための重要な基本的要素となると思われる。　また，発声中の自己の声に対する聴覚野の反応をVRCFから抽出することに成功した。発声時には，生成しようとした音声と実際に発した音声とを比較するための聴覚フィードバックのプロセスが関与し，単純に外界からの音刺激を聴取する場合とは異なる過程が存在することが考えられる。それは，外界の音を聴取するときに活動する皮質領域とは異なる可能性もある。そのため，録音された被験者自身の音声を聞かせ，AEFも記録して比較した。すると，差分波形から推定された活動部位とAEFの活動部位は有意に異なっていた。masking条件で記録された皮質活動に対して聴覚フィードバックの欠落が影響を及ぼしており，そのため差分波形から推定された自己の声に対する反応が単純な聴覚反応とは異なる結果を示したのかもしれない。今後，自己の声に対する聴覚フィードバックのプロセスを解明していくことは，構音障害の病態や，聴覚障害児や健常児の言語習得の過程等を更に明らかにしていくために，有効な情報になると思われる

Asymmetric lateral inhibitory neural activity in the auditory system: a magnetoencephalographic study-2

<p><b>Copyright information:</b></p><p>Taken from "Asymmetric lateral inhibitory neural activity in the auditory system: a magnetoencephalographic study"</p><p>http://www.biomedcentral.com/1471-2202/8/33</p><p>BMC Neuroscience 2007;8():33-33.</p><p>Published online 17 May 2007</p><p>PMCID:PMC1884167.</p><p></p> each NFN (NFN1 to NFN5). Error-bars denote the 95 % confidence interval limits for the group means. White and gray bars represent responses from the left and right hemispheres, respectively