ビート難聴を暴く：同期指タッピングと知覚タイミングタスクを検出リズム障害

要約

一般集団における知覚と感覚運動タイミングの能力（ すなわち、非ミュージシャン）の評価を可能に行動タスクが提示されている。指が聴覚刺激のビートに合わせてタップするとリズミカルな凹凸を検出する同期はリズム障害を暴くの手段を提供します。

要約

一般集団（ すなわち、非ミュージシャン）で知覚と感覚運動のタイミングの能力を評価するための行動タスクのセットは、そのようなビート難聴などの発掘リズム障害、を目標にここに提示されている。ビート難聴は、聴覚リズムパターンまたは（音楽のビートと例えば、）聴覚リズムと動きの悪い同期して期間を知覚にパフォーマンスが低下することを特徴とする。これらのタスクは、シンプルかつ複雑な聴覚刺激のビートと同じな刺激に埋め込まれたリズミカルな不規則性（anisochrony検出タスク）の検出に指タッピングの同期を含む。管理しやすいこれらのテストは、異なる条件の下で、知覚や感覚タイミングの能力（ 例えば、金利と聴覚素材の種類を打つ）と、シンプルなメトロノームから複雑なものまで、同じ聴覚刺激に基づいているの両方の評価を含むミュージカル抜粋。シンクロンの分析化されたタッピングデータは同期精度の信頼性のある手段を提供円形の統計を用いて行われる（ 例えば、タップのタイミングとペーシング刺激のタイミングとの差）との整合性。データをタップ上の円形の統計は、特に一般集団の個体差を検出するために適している。タッピングとanisochrony検出シンクロナイズドリズム障害のプロファイルを特定し、免れ知覚タイミングが悪いの同期の例を明らかに成功して使用されているために敏感な尺度である。知覚と感覚運動タイミングのこの体系的評価は、脳損傷、神経変性疾患（ 例えば、パーキンソン病）、及び発達障害（ 例えば、注意欠陥多動性障害）を有する患者の集団に拡張することができる。

概要

人間は彼らの環境¹で発生するイベントの期間を処理する時に特に効率的である。具体的には、（ダンスまたは同期化されたスポーツで、例えば ）音楽のビートやクロックの定期的な時を刻むとそれに沿って移動する能力を知覚する能力は受け取っていない個体では、すなわち （一般集団で広まっているミュージカル訓練^）2,3。これらの能力は、皮質の脳領域（ 例えば、運動前野と補足運動野）や、大脳基底核と小脳^4-7として皮質下構造を含む複雑な神経回路網によって支えられている。

このネットワークの破壊及びその結果としての乏しい時間的処理は、パーキンソン病の¹¹人の患者において観察されるように、脳損傷^8-10または神経変性に起因し得る。 Bへの持続時間と貧しい同期のしかし、貧しい認知音楽の食べることも脳の損傷がない場合に、健常者で現れることができます。大半は（音楽の、例えば ）聴覚リズムを知覚し、ビートに合わせて動きを同期させることができるという事実にもかかわらず、注目すべき例外があります。一部の個人が、音楽のビートに合わせてタップする彼らの体の動きや指を同期で大きな困難を持っており、異なる期間のノートとメロディーを判別するのが困難を示す、貧しいビートの知覚を示すことができる。この状態は、「難聴を打つ」または「不整脈^」2,12-14と呼ばれている。例えば、難聴がマシューという患者の場合が報告された最近の研究¹³に記載されたビート。マチューは、リズミカルな曲のビート（ 例えば、メレンゲの歌）にバウンスで特に不正確だった。同期はなく、単純な等時性配列（ 例えば、メトロノーム）の音に、まだ可能であった。悪いの同期だった音痴の評価^（MBEA）15のモントリオール電池によって明らかにされたように、貧しいビート感覚に関連付けられている。追加のタスクでは、マチューは音楽にダンサーの動きを一致させるように頼まれた。興味深いことに、マチューは損なわれていないピッチ知覚を示した。

リズム知覚と貧しい同期プアーズは、免れたピッチ知覚とのビート耳個体では、このようにリズム障害が孤立して発生する可能性があることを説得力のある証拠を提供し、さらなる研究^2,12,14で観察された。ビート難聴は先天性音痴（ すなわち、トーン難聴）、神経発達障害に影響を与えるピッチ知覚と生産^16-19の典型的な説明から、したがって区別される。興味深いことに、貧しいリズム知覚と生産は、先天性音痴の^12,16,20の貧しいピッチ処理と共存発生する可能性があります。それにもかかわらず、この場合の悪いリズム知覚ピッチ変化を知覚する個人の能力に依存する。いつメロディーのピッチの変動が除去され、先天性amusicsが正常なリズムの違い^21を識別することができる。

重要な個人差がビート難聴で観察されている。この事実は、特に注目に値する。ほとんどの場合、音楽のビートにリズム知覚と同期の両方が^2,12-14不足している。リズム知覚は^2を免れるされている場合しかし、貧しい同期にも発生することがあります。タイミングドメインにおける認知と行動との間のこの解離は、リズミカルな聴覚刺激（ 例えば、メトロノームや音楽）の多様と同期タッピングタスクを使用して示されており、異なるリズム知覚タスク（ 例えば、異なる音符の継続時間に基づいて、メロディーの差別を使用して、そしてリズミカルな配列中の等時性からの逸脱の検出）。それはタイミング機構に関して知覚と行動の可能性の分離を指すので、この知見は、関連する特定のですsの、以前にピッチ処理^17,22-25において観察される。さらに解離は、刺激の複雑さ²に応じて強調した。彼らはまだ簡単なアイソクロナスの配列と正確で一貫性の同期を示したほとんどの貧しいシンクロナイザは、複雑な刺激（ 例えば、音楽や音楽から派生振幅変調ノイズ）との選択的な難しさを示した。他の貧しいシンクロナイザは逆のパターンを示した。要約すると、これらの結果は、検出されるべきタスクの敏感なセットを必要とする一般的な集団における疾患のタイミングの表現型（例えば、ピッチ^25,26などの音楽処理の他のドメインで観察されるように）、様々ながあることを示すに収束する。リズム障害のパターンを特徴付けることはタイミングシステムで、機能していないされている特定のメカニズムに光を当てるために特に関連する。

ここに示された方法の目標とすることができるタスクのセットを提供することである一般集団でビート難聴のケースを明らかにし、タイミング障害の異なるサブタイプを検出するために使用される（ 例えば、感覚タイミングやリズミカルな刺激の特定のクラス対知覚に影響する）。感覚タイミング能力は、主に聴覚材料と指タッピングタスクを使用して検討されている。参加者は（ すなわち、同期化された又はペーシングタッピングタスク^27-29で）同じように、時間や音楽に間隔をあけそのようなトーンのシーケンスに関して聴覚刺激、と同期して自分の人差し指をタ ​​ップするように求められます。かなりのモデリング努力^29-32の源となっているもう一つの人気パラダイムは、参加者は音が停止した後、メトロノームが提供するレートでタップし続けているの同期は継続パラダイム、である。リズム知覚は「短い」と＆＃への期間を比較期間差別、推定、二分（ すなわち、至るまでのさまざまなタスクを用いて研究されている39;長」規格）、及びビート整列タスク（ すなわち、音楽重畳メトロノームビートに整列されているかどうかを検出する^）1,2にanisochronyの検出（ すなわち、）アイソクロナス·シーケンス内の逸脱間隔があるかどうかを決定する^{、20,33,34。}ほとんどの研究は、単独で試験した産生又は感覚タイミングを、ビート、時間知覚に焦点を当てている。しかし、そのような別のタスクが多少異なる能力（感覚運動タイミング対知覚ビートベースのタイミング対例えば、インターバルタイミング、）を参考にして、同じタイミング機構の機能と関連するニューロン回路を反映していない。可能性があるこの問題は、知覚や感覚運動能力をタイミングの両方を評価するタスクの最近提案電池を使用することによって回避することができる。これらの電池は、研究者が個人のタイミング能力の徹底的なプロファイルを得ることを可能にする。このような電池の例がbeあるアライメントテスト^（BAT）34で、聴覚感覚の評価のためのバッテリー能力^{（BAASTA）35タイミング} 、そしてハーバード大学は、アセスメントテスト^{（H-BAT）36ビート} 。これらの電池は、音楽からアイソクロナス配列ならびに知覚的なタスク（ 例えば、デュレーション差別、音楽のビートにメトロノームのアライメントの検出、およびanisochrony検出）までのリズミカルな聴覚刺激の様々なタスクをタップで構成されています。全ての場合において、音楽の抜粋の同じセットは、知覚と感覚のタスクに使用した。

本稿では、これまでの研究²に示すように、ビート耳個人や貧しいシンクロナイザでリズム障害のパターンを明らかに特に効率的である一連のタスクを説明する。これらのタスクは、テストの大きなバッテリー、BAASTA ³⁵の一部である。感覚タイミング能力は単純なのビートに合わせて自分の指をタップし、参加を依頼することによってテストされ、複雑な聴覚刺激（ 例えば、アイソクロナスシーケンス、音楽、音楽刺激に由来しリズミカルなノイズ^）27,28。知覚タイミングはanisochrony検出タスク^2,20,33,37でテストされています。アイソクロナストーンのセットが提示されている。いくつかのケースでは、トーン（ 例えば、最後から二番目）の一つは遅かれ早かれ聴覚配列の等時性構造に基づいて予想よりも提示されている。参加者は、等時性からの逸脱を検出することが求​​められます。これらの感覚とリズム認知タスクの利点は、それらの両方が刺激の配列（代わりに、単一の継続時間）と異なる複雑さの刺激を伴うことである。このように、以前の証拠に基づいて、これらのタスクは、ビート難聴と貧しい同期の異なる表現型を明らかに最適な条件を提供する。特に注意同期データの分析で採用技術が注目されている。この技術は、特に我々であるアプローチは、円形の統計に基づいていますビートに不正確で一貫性のない同期を検査するためのLL-適しています。

プロトコル

1.同期タスク

1. 楽器の調製
   1. 従来のMIDIインターフェースを介してコンピュータに標準のMIDI打楽器を接続します。
      注：データ収集は、MIDI電子打楽器を介して実現されている。デバイスは、モータ同期タスクの間に指タップの正確なタイミングをキャプチャします。
   2. 刺激提示と応答記録のための専用のソフトウェアを開きます。
      注：同期タスク（1ミリ秒の精度で）デジタルMIDI楽器からのオーディオデータとデータの記録を提示するための標準的なソフトウェアを使用して実現される。
2. 材料と手順をサウンド：
   1. ソフトウェアインターフェイスから、3の選択肢（アイソクロナスシーケンス、音楽、ミュージカル刺激の波エンベロープから得られる振幅変調ノイズ）の中から、同期タスクで使用されるペーシング刺激を選択します。
      注：ISOChronousシーケンスは96等時提示トーン（期間= 30ミリ秒）で構成されている。ミュージカル刺激は96ビート（拍=四分音符）が含まれヨハン·シュトラウスによる行進曲（オーパス228）の断片のコンピュータ生成のピアノバージョンです。 3刺激の抜粋は、この原稿に追加の材料として提供されています。
   2. ソフトウェアインタフェースに示されているように選択されたペーシング刺激（450、600、または750ミリ秒開始間間隔（IOI）/インタービート間隔（IBI））のための適切なテンポを選択します。刺激はヘッドホンで快適な音量レベルで配信されていることを確認してください。
   3. コンピュータモニタの前で静かな部屋に座って参加して下さい。
   4. アイソクロナスシーケンスのトーンで、より複雑な刺激（音楽やノイズ）のための音楽のビートと同期して、彼女や彼の利き手の人差し指を使用したMIDI打楽器をタップする参加者情報を確認して下さい。 participaに指示ペーシング刺激に同期してNTは、タッピング速度を変更することなく、として定期的に可能な限りタップします。
   5. タップの刺激提示と録音を開始します。
   6. 最後の音や音楽のビートを提示した後、タップの録音を終了します。
3. データ分析：
   注：円形統計^38,39を使用して同期タッピングタスクからのデータを分析します。この方法は、同期データ^40,41の分析のために特に適している。さらに、円形の統計は、タイミングの能力には個人差に敏感であるため、貧しい同期^2,40の例を明らかにすることができます。以下に概説する分析手順は、（CircStatツールボックス^39を使用して）のMatlabソフトウェアを使用して実現される。
   1. Berens ³⁹によって示される手順に従って、（0-360°から）単位円上の角度にペーシング刺激に対する相対タップの時間を変換します。 0°（EQです360°にUAL）は、ペーシング刺激（ すなわち、音や音楽のビート）の発生時刻に対応している。 [ 角度（ラジアン）= 2×π×（タップ/ IOIの時間）]：各タップの時間のために角を得るには、次の計算式を使用してください。 circ_rad2ang機能³⁹度にラジアンに変換します。
   2. 単位円上のドットの分布としてタッピングトライアルで得られた角度をプロットします。 circ_plot機能 ^39を使用してこれを行います。プロットを表示するには、関数の引数としてラジアン単位の角度を提供する（ 図1の例を参照）。
   3. 各タッピング試験のために、（ 図1参照）は、平均合成ベクトルR ^38,39,42を計算するための角度（円上のドット）を使用します。それぞれ、同期精度と一貫性の計算を可能にcirc_mean ³⁹とcirc_r ³⁹の機能を、使用してください。
   4. コムpute同期精度（ すなわち、平均で、どこまでの参加者が同期タッピング試験でタップペーシング刺激から）ベクトルRの角度θに対応している、。 circ_mean機能^39を使用してください。関数の引数としてラジアン単位の角度を提供する。
   5. circ_rtest機能^39を使用して、円の周りドットの分布がランダムであるかどうかを評価するためにレイリーテスト⁴³にタッピングデータを提出してください。関数の引数としてラジアン単位の角度を提供する。
      NOTE：Rベクトルの長さが十分に大きい場合、レイリー試験において、帰無仮説（ すなわち、円形の均一性、円の周りにランダムに分布したドット）拒絶（ 例えば、0.4以上）を示すものと指定された位相関係でタップ参加チャンス上記のペーシング刺激に対する敬意。レイリーテストが重要なときにのみ（ すなわち、時競合製品円周上のドットのibutionはランダムではない）、同期精度を適切に解釈することができる。
   6. 同期整合性を計算する（ すなわち、タップおよびペーシング刺激の時間との間の不一致の変動）（0から1）のベクトルRの長さに対応する。 circ_r機能 ^39を使用してください。関数の引数としてラジアン単位の角度を提供する。
      NOTE：タップのすべてがペーシング刺激の前または後に、正確に同じ時間間隔で発生したときに一貫性が1である。タップは、ランダムに円の周りに分布している場合には、整合性は0である。
4. 個々の結果の評価：
   注：貧しい同期精度や貧しい一貫性の例を明らかに規範的なグループまたは対照群に参加者のパフォーマンスを比較。この比較を行うために、singlimsコンピュータ PROGRAにおいて実現⁴⁴ -test補正しトンを実行するM（ http://homepages.abdn.ac.uk/j.crawford/pages/dept/SingleCaseMethodsComputerPrograms.htm ）。
   1. singlimsコンピュータプログラムを開きます。平均値と同期精度のSD、および規範的または対照群のサンプルサイズを入力します。参加者は、規範的または対照群と比較するための同期精度を提供する。修正されたT -testの結果を得るために「計算」ボタンをクリックします。
      注：参加者は、修正のT -testの両側確率が0.05未満である場合、規範的または対照群よりも有意に劣って行った。
   2. 規範的または対照群の同期一貫性とサンプルサイズの平均とSDを入力します。規範または対照群と比較される参加者のための同期一貫性を提供する。

2.リズム知覚のタスク（Anisochrony検出）

1. 楽器の調製
   1. anisochrony検出タスクを実行するために使用されるコンピュータプログラムを開きます。コンピュータのキーボードのキーが適切に参加者の回答を記録するように設定されていることを確認。
      注：リズム知覚タスクは行動実験（ すなわち、刺激提示と行動反応の記録）を実行するための標準的なソフトウェアを使用して実装されている。
2. 材料と手順をサウンド：
   1. ソフトウェアインタフェースによって示されるように刺激（アイソクロナス刺激や音楽のどちらか）を選択します。選択された刺激の適切なテンポ（450、600、または750ミリ秒IOI / IBI）を選択します。刺激は、快適な音量でヘッドフォンを介して配信されていることを確認します。
      NOTE：刺激が同期化タスクに使用されるのと同じ聴覚材料に基づいている。各刺激はわずか8 isochrを含みonously、各刺激タイプ​​では代わりに96のトーンや音楽のビートを提示し「変更」版（試験の50％、N = 24）と「変化なし」バージョン（治験の50％が、そこにはn = 24）。変更刺激では、最後から二番目の音や音楽のビートが早いか遅い予想より以前のIOI / IBISに基づいて（シーケンスIOI / IBIの8、12、または16％）が発生します。変化なしの刺激では、のIOI / IBISは完全に等時性である。
   2. コンピュータモニタの前で静かな部屋に座って、参加者に指示し、刺激のか、ビートの間隔の変化（ すなわち、anisochrony）が存在するか否か、そのプレゼンテーションの後、刺激して、裁判官に耳を傾ける。シーケンス全体に注意を払うように参加者を奨励する。
   3. 刺激提示を開始します。 「変更」のためのコンピュータのキーボード（ すなわち、一つのキーまたはノー」のために他のキ ​​ーに2キーを押すことによって応答するために参加者へ質問刺激のプレゼンテーションの後に "応答）を変更する。
3. データ分析：
   注：（8時、12、IOI / IBIの16％）の変化の各レベルで、各IOI / IBIための識別能力指数（D '）を計算することにより、リズム知覚タスクから得られたデータを分析します。 anisochroniesに対する感度D '値が高いほど、大きくなる。
   1. 行動実験を実行するために使用されるソフトウェアにより、出力ファイルに記録されて与えられた刺激のために、各参加者によって得られた応答を（N = 48）、考えてみましょう。刺激に存在anisochronyが正しく検出された応答の数をカウントします。ヒット率を計算します（ つまり、変化刺激のヒット数/数）。
   2. 参加者は全く変化がなかったの刺激やビートの間隔の変化を報告した応答の数をカウントします。偽警報（FA）率無ちゃんの（ すなわち、FAの数/数を計算するGE刺激）。
   3. （NORMINVは （レートまたはFA率）ヒット= Zスコア）NORMINV MATLAB関数を使用して、ヒット率とFA率のためのz -scoreを計算します。 D 'を得るためのヒット率のためのz -scoreからFA率のためのz -scoreを引く。
4. 個々の結果の評価：
   注：貧しいリズム知覚のケースを明らかに規範的またはコントロールグループに参加者のパフォーマンスを比較。同期タスクの結果については、singlimsコンピュータプログラムを用いて-test修正しトンを行う。
   1. singlimsコンピュータプログラムを開きます。 D 'および規範的または対照群のサンプルサイズの平均とSDを入力します。規範的または対照群と比較される参加者のためのD '値を指定してください。
      注：参加者は時二規範的または対照群よりも有意に劣って行わ修正されたT -testの片側確率は0.05を下回っている。

結果

上記の作業は、音楽の訓練^2,34-36ない個体のタイミング能力を特徴づけるために成功して使用されている。ビート難聴²に関する最近の代表的な研究では、99非ミュージシャン（大学生）のグループは、2つの単純な同期タスクを使用してスクリーニングした。参加者は、アイソクロナスシーケンスと（600ミリ秒のIOI / IBI付き）快適なテンポで音楽の抜粋をタップする指を同期化?...

ディスカッション

記載された方法の目的は、大部分の個体のタイミング能力を特徴付けるビート難聴または悪い同期のケースを検出するためのタスクと分析戦略のセットを提供することにある。プロトコルの重要なステップは、1）刺激提示と指タッピングデータを収集するために使用される器具と被験者の応答のセットアップを含む、同期の2つのタスク（同期およびリズム知覚）を使用して、2）データの収?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Matlab	Mathworks		High-level language and interactive environment for numerical computation, visualization, and programming
MAX MSP	Cycling '74		Software for data acquisition from MIDI-controlled interfaces, and stimulation presentation
Presentation	Neurobehavioral Systems		Software for conducting experiments in experimental psychology. Allows precisely-times stimulus delivery and collection of behavioral responses.
Roland HPD- 10	Roland		Hand percussion pad (MIDI instrument)
EDIROL FA-66	Roland		MIDI interface to connect the MIDI instrument to the computer.