本發(fā)明屬于認(rèn)知學(xué)領(lǐng)域，涉及聽(tīng)覺(jué)優(yōu)先效應(yīng)，具體涉及一種聽(tīng)覺(jué)注意ppi調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于測(cè)量與分析人或動(dòng)物(如大鼠)的聽(tīng)覺(jué)注意對(duì)ppi的調(diào)節(jié)作用。

背景技術(shù)：

一個(gè)突然發(fā)生的強(qiáng)感覺(jué)刺激會(huì)引發(fā)人或動(dòng)物(如大鼠)的全身性反射活動(dòng)，這稱為驚反射(startlereflex)，驚反射是人或動(dòng)物對(duì)威脅性刺激的保護(hù)行為，但會(huì)打斷正在進(jìn)行的認(rèn)知活動(dòng)，對(duì)正常的認(rèn)知加工產(chǎn)生干擾。然而如果在強(qiáng)刺激之前呈現(xiàn)一個(gè)弱的，不足以引起驚反射的刺激(即前脈沖刺激)，則會(huì)對(duì)后面的驚反射產(chǎn)生抑制，這稱為驚反射的前脈沖抑制(prepulseinhibition,ppi)。ppi實(shí)際上反映了一個(gè)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)門控過(guò)程，感覺(jué)運(yùn)動(dòng)門控的缺失與精神分裂癥的一些臨床癥狀相關(guān)，抗精神分裂癥的藥物也可以改善病人ppi的缺失。ppi會(huì)受到高級(jí)認(rèn)知的調(diào)節(jié)，而且，注意對(duì)ppi調(diào)節(jié)的缺失，而不是ppi的缺失本身，與精神分裂癥的癥狀的嚴(yán)重程度具有更好的相關(guān)性。

在混響環(huán)境下，當(dāng)時(shí)間延遲足夠短時(shí)，聲源發(fā)出的直達(dá)聲與其反射聲會(huì)發(fā)生知覺(jué)融合，即聽(tīng)者只能聽(tīng)到直達(dá)聲而無(wú)法知覺(jué)出反射聲。這稱為聽(tīng)覺(jué)優(yōu)先效應(yīng)，當(dāng)使用兩個(gè)耳機(jī)給被試者播放相同的聲音(或者在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中使用兩個(gè)喇叭)，通過(guò)改變兩個(gè)耳機(jī)的時(shí)間差，可以使被試者只知覺(jué)到領(lǐng)先耳機(jī)的聲音。如果兩個(gè)耳機(jī)同時(shí)播放目標(biāo)聲和掩蔽聲，但左耳機(jī)目標(biāo)聲領(lǐng)先，右耳機(jī)掩蔽聲領(lǐng)先，則聽(tīng)者會(huì)知覺(jué)到目標(biāo)聲在左邊而掩蔽聲在右邊(反之亦然)，從而發(fā)生主觀空間分離。現(xiàn)有的聲音空間分離技術(shù)是客觀的聲音分離，即兩個(gè)喇叭播放不同的聲音，這種分離方式會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入雙耳的聲音信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)程聲壓比不同，并且聲像的知覺(jué)密度也發(fā)生了改變。本發(fā)明的主觀空間分離的范式可以在不改變聲音信號(hào)的特征(比如頻譜特征，強(qiáng)度以及聲音密度等)的前提下，使被試者對(duì)目標(biāo)聲音信號(hào)產(chǎn)生空間選擇性注意，進(jìn)而提高對(duì)目標(biāo)聲音的識(shí)別。

主觀空間分離技術(shù)在人類被試中效果很明顯；但是在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，由于動(dòng)物自身的頭動(dòng)，導(dǎo)致?lián)P聲器到達(dá)雙耳的時(shí)間差有所改變，因此對(duì)于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)壳暗闹饔^空間分離技術(shù)存在局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于利用聽(tīng)覺(jué)優(yōu)先效應(yīng)，建立一種聽(tīng)覺(jué)注意ppi調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中動(dòng)物部分以大鼠為例，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以適當(dāng)改變參數(shù)以適應(yīng)其他動(dòng)物，如猴子等。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種聽(tīng)覺(jué)注意ppi調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，包括一交互平臺(tái)、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)播放單元和數(shù)據(jù)采集分析單元；其中，所述交互平臺(tái)，用于利用聽(tīng)覺(jué)優(yōu)先效應(yīng)將選取的聲音信息處理成為含空間信息的聲音數(shù)字信號(hào)發(fā)送給所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元；所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)收到的聲音數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)發(fā)送給所述信號(hào)播放單元；所述信號(hào)播放單元，用于對(duì)收到的聲音模擬信號(hào)進(jìn)行播放；所述數(shù)據(jù)采集分析單元，用于采集被測(cè)試者的emg活動(dòng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)采集的emg活動(dòng)數(shù)據(jù)判斷該被測(cè)試者的聽(tīng)覺(jué)注意對(duì)ppi的調(diào)節(jié)功能。

進(jìn)一步的，所述交互平臺(tái)利用聽(tīng)覺(jué)優(yōu)先效應(yīng)原理將選取的每一聲音信息分別建立左和右兩種方向領(lǐng)先的聲音，在人類實(shí)驗(yàn)中，左領(lǐng)先3ms為主觀空間位置在左邊90°，右領(lǐng)先3ms為主觀空間位置在右邊90°(大鼠實(shí)驗(yàn)則使用1ms)。需要強(qiáng)調(diào)的是，主觀空間位置是指動(dòng)物在知覺(jué)層次所感知到的聲源方向，而非物理層面上聲源真實(shí)發(fā)出的位置。

進(jìn)一步的，在人類實(shí)驗(yàn)中，驚刺激使用時(shí)長(zhǎng)為40ms,100db的白噪聲，聲源方向在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終來(lái)自大鼠頭頂上方；前脈沖刺激使用150ms,70db的白噪聲；使用60db的白噪聲作為背景噪聲。在大鼠實(shí)驗(yàn)中，驚刺激使用10ms,100db的白噪聲；前脈沖刺激使用50ms,60db的諧波；使用60db的白噪聲作為背景噪聲。

進(jìn)一步的，上述背景噪聲與前脈沖聲音領(lǐng)先方向一致(背景噪聲與前脈沖聲音均左領(lǐng)先，或均右領(lǐng)先)則為知覺(jué)空間融合，領(lǐng)先方向不一致則為知覺(jué)空間分離。

本發(fā)明的測(cè)試流程如圖2所示，其中：

a.物理重合。物理上前脈沖刺激(音樂(lè)符號(hào))與掩蔽噪音(黑色方塊)在左右揚(yáng)聲器均呈現(xiàn)。

b.知覺(jué)空間分離。前脈沖刺激在右揚(yáng)聲器領(lǐng)先1ms，掩蔽噪音在左揚(yáng)聲器領(lǐng)先1ms，兩者知覺(jué)上空間分離。

c.知覺(jué)空間融合。前脈沖刺激和掩蔽噪音均在左揚(yáng)聲器領(lǐng)先1ms，兩者在知覺(jué)上空間重合。

在本發(fā)明的研究中，前脈沖刺激的呈現(xiàn)分為主觀空間分離/知覺(jué)空間分離(圖中b所示)和主觀空間重合/知覺(jué)空間融合(圖中c所示)。人類實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程分為兩個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、測(cè)試階段。在準(zhǔn)備階段，被試者坐在安靜的環(huán)境中(消聲室或屏蔽室最理想)，為被試者安裝電極。被試的驚反射數(shù)據(jù)由導(dǎo)電電極記錄眼輪軋機(jī)的肌電活動(dòng)(emg)獲得。實(shí)驗(yàn)使用的電極為銀氯電極，直徑4mm，填充導(dǎo)電膏后用醫(yī)用膠帶貼在眼輪軋機(jī)附近(電極1.瞳孔下方10mm；電極2：電極1外側(cè)近眼角處；接地電極位于乳突上)。記錄從驚刺激或前脈沖刺激出現(xiàn)后500ms時(shí)間窗內(nèi)的emg活動(dòng)。聽(tīng)覺(jué)優(yōu)先效應(yīng)，是指當(dāng)兩個(gè)等同(相關(guān))的聲源發(fā)自不同的空間位置(如相對(duì)于聽(tīng)者的左右兩側(cè))時(shí)，如果這兩個(gè)聲源之間有一個(gè)較短的時(shí)間延遲，聽(tīng)者只感到一個(gè)來(lái)自領(lǐng)先聲源處的融合聲像，即一個(gè)聽(tīng)覺(jué)客體?；趦?yōu)先效應(yīng)，當(dāng)聽(tīng)覺(jué)刺激左右耳的間隔3ms，產(chǎn)生前脈沖和背景噪聲之間左右90度的主觀空間分離。因此，人類的測(cè)試階段包括僅有驚刺激呈現(xiàn)的試次；前脈沖刺激與掩蔽刺激呈現(xiàn)主觀空間分離(圖2中的b所示)，前脈沖刺激與掩蔽刺激呈現(xiàn)主觀空間融合(圖2中的c所示)。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程分為四個(gè)階段：適應(yīng)階段、前測(cè)階段、恐懼條件化階段，后測(cè)階段。在適應(yīng)階段，將大鼠置于隔音室的束縛籠內(nèi)，播放背景噪聲30min，使大鼠適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。前測(cè)階段，考察主觀空間分離對(duì)ppi的影響，包括驚反射幅度的測(cè)量，ppi基線的測(cè)量和主觀空間分離對(duì)ppi調(diào)節(jié)的測(cè)量。恐懼條件化階段，特定空間或頻率的前脈沖刺激與足底電擊精確匹配20次。后測(cè)階段，測(cè)試學(xué)習(xí)后的主觀空間分離對(duì)ppi的影響，與前測(cè)階段的實(shí)驗(yàn)流程相同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果：

基于聽(tīng)覺(jué)優(yōu)先效應(yīng)，本發(fā)明使用主觀空間分離的范式可以在不改變聲音信號(hào)的特征(比如頻譜特征，強(qiáng)度以及聲音密度等)的前提下，使被試者對(duì)目標(biāo)聲音信號(hào)產(chǎn)生空間選擇性注意，進(jìn)而提高對(duì)目標(biāo)聲音的識(shí)別，最終引入注意對(duì)ppi的調(diào)節(jié)。本發(fā)明的早期研究發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥患者的某些臨床癥狀與其注意調(diào)節(jié)ppi的缺失呈現(xiàn)正相關(guān)。本發(fā)明不需要人或動(dòng)物進(jìn)行口頭報(bào)告，預(yù)期在具有語(yǔ)言障礙的患者中，會(huì)發(fā)揮重要作用。

附圖說(shuō)明

圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為前脈沖刺激與掩蔽刺激之間的空間關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。

【人類部分】

1.驚反射和前脈沖抑制

驚刺激：40-ms,100-db白噪聲；前脈沖刺激：150-ms,70-db白噪聲；基線：60db白噪聲。

實(shí)驗(yàn)包括2個(gè)相同的區(qū)塊,每個(gè)區(qū)塊中包括20個(gè)試次，以假隨機(jī)順序呈現(xiàn):8個(gè)試次中只出現(xiàn)驚刺激,6個(gè)試次中前脈沖刺激與掩蔽刺激呈現(xiàn)主觀空間分離,6個(gè)試次中前脈沖刺激與掩蔽刺激呈現(xiàn)主觀空間融合。試次間的間隔為平均15s左右。

3.流程

被試坐在安靜的環(huán)境中(消聲室或屏蔽室最理想)，為被試安裝電極(電極1.瞳孔下方10mm；電極2：電極1外側(cè)近眼角處；接地電極位于乳突上)。安裝電極后通過(guò)耳機(jī)為被試播放聲音(上述步驟1)，同時(shí)開(kāi)始記錄從驚刺激或前脈沖刺激出現(xiàn)后500ms時(shí)間窗內(nèi)的emg活動(dòng)(上述步驟2)。

4.數(shù)據(jù)采集

實(shí)驗(yàn)中，驚反射峰值波幅定義為時(shí)間窗20ms-120ms范圍內(nèi)(驚刺激所引起反應(yīng)的時(shí)間范圍)的最大波幅和基線波幅的差異(uv)。

前脈沖抑制ppi(％)＝(只有驚反射時(shí)候的峰值–前脈沖和脈沖刺激時(shí)候的峰值)/(只有驚反射時(shí)候的峰值)×100％。

優(yōu)先效應(yīng)誘導(dǎo)的主觀空間分離注意調(diào)節(jié)ppi的調(diào)節(jié)量(％)＝主觀空間分離下的ppi％–主觀空間融合下的ppi％。(兩種情形下的ppi計(jì)算方式均采用上述前脈沖抑制公式)。

研究發(fā)現(xiàn)，健康人群或者正常飼養(yǎng)的大鼠可以利用主觀空間分離線索，表現(xiàn)出主觀空間分離下的ppi高于主觀空間重合下的ppi；而對(duì)于精神分裂癥患癥或者隔離環(huán)境下飼養(yǎng)的大鼠，無(wú)法利用主觀空間分離線索，表現(xiàn)出兩種情形下的ppi沒(méi)有差異。

5.質(zhì)量控制

剔除無(wú)效試次：(1)驚刺激出現(xiàn)后20ms內(nèi)的試次；(2)反應(yīng)波幅大于5倍emg反應(yīng)波幅的均值；(3)波形觀察中出現(xiàn)明顯的過(guò)度頭動(dòng)、自發(fā)眼動(dòng)和困倦的試次。

被試刪除條件：(1)被試超過(guò)半數(shù)的試次不符合采集要求；(2)無(wú)反應(yīng)者(超過(guò)半數(shù)試次的startle為0)；(3)未通過(guò)聽(tīng)覺(jué)篩查(各頻段音辨識(shí)良好)。

【大鼠部分】

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)在一個(gè)3x3米的隔音室內(nèi)進(jìn)行ppi測(cè)試。將大鼠固定在隔音室中央的束縛籠內(nèi)，由束縛籠下方的壓力傳感器記錄大鼠全身的驚反射。前脈沖刺激(60dbspl)以及掩蔽噪音由大鼠水平面前方左右?jiàn)A角為100度的喇叭呈現(xiàn)，其中1/4的試次為前脈沖刺激左喇叭領(lǐng)先右喇叭，掩蔽噪音右喇叭領(lǐng)先左喇叭，1/4的試次為前脈沖刺激右喇叭領(lǐng)先左喇叭，掩蔽噪音左喇叭領(lǐng)先右喇叭，1/4的試次為前脈沖刺激與掩蔽噪音均為右喇叭領(lǐng)先左喇叭，1/4的試次為前脈沖刺激與掩蔽噪音均為左喇叭領(lǐng)先右喇叭，領(lǐng)先時(shí)長(zhǎng)均為1ms，各試次順序隨機(jī)產(chǎn)生。驚刺激由兩個(gè)喇叭同時(shí)呈現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)所使用的背景噪聲為60dbspl的寬帶噪聲，在適應(yīng)和ppi測(cè)試的實(shí)驗(yàn)中始終播放。所使用的前脈沖刺激為50khz的人工合成的大鼠叫聲，60dbspl，時(shí)常為50ms。驚刺激使用100dbspl，10ms的0-10khz的寬帶白噪音，驚刺激與前脈沖刺激的時(shí)間間隔為50ms。

2.實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)大鼠可以為正常飼養(yǎng)大鼠或母嬰分離大鼠(出生后3周為母嬰分離)或社會(huì)隔離大鼠(斷奶后8周隔離飼養(yǎng))或先天基因缺陷大鼠。實(shí)驗(yàn)第1-3天為大鼠的適應(yīng)階段，將大鼠置于隔音室的束縛籠內(nèi)，播放背景噪聲30min，使大鼠適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。第4天為前測(cè)，即考察主觀空間分離對(duì)ppi的影響。第5天為恐懼條件化(學(xué)習(xí))，特定空間的前脈沖刺激與足底電擊精確匹配20次。第6天為后測(cè)，測(cè)試學(xué)習(xí)后的主觀空間分離對(duì)ppi的影響。