تشخیص و تفکیک میان فرکانس‌های مختلف صدا یکی از مکانیزم‌های مهم مغز انسان و سایر جانداران است. ازسوی دیگر یکی از قابلیت‌های مهم مغز که بار محاسباتی آن را در برابر محرک‌های تکراری کم می‌کند، پدیده تطبیق‌پذیری است. هدف اصلی این مقاله، رمزگشایی فرکانس‌های صوتی از پاسخ نورونی ناحیه شنوایی مغز و بررسی تاثیر تطبیق‌پذیری بر دقت رمزگشایی فرکانس‌های صوت است. برای این منظور، فرکانس‌های مختلف از تن‌های صوتی در دو دنباله صدا (معمول و تطبیقی) پخش و سیگنال‌های پتانسیل محلی از ناحیه اولیه شنوایی پانزده موش صحرایی در حالت بیهوش ثبت گردیده است. دنباله معمول شامل محرک‌های صوتی از ترکیب فرکانس-دامنه مختلفی از صدا به طول 50 میلی‌ثانیه و با فاصله بین محرکی 300 میلی‌ثانیه بود که به صورت تصادفی پخش شدند. دنباله تطبیقی همانند دنباله معمول در نظر گرفته شد با این تفاوت که در این دنباله، یک محرک اطراف فرکانس مشخصه به عنوان محرک تطبیق مابین محرک‌های اصلی و با توزیع تصادفی در نظر گرفته شد که 80% از دنباله تطبیقی را به خود اختصاص می‌داد. در ابتدا با در نظر گرفتن ویژگی طیف توان در شش باند فرکانسی و طبقه‌بند LDA، میانگین قدرت رمزگشایی جفت فرکانس‌های صوتی در دنباله معمول محاسبه گردید. در قدم بعد، قدرت رمزگشایی جفت فرکانس‌ها در دنباله تطبیقی در باندهای فرکانسی تعیین شده محاسبه و با نتایج رمزگشایی در دنباله معمول مقایسه گردید. نتایج حاکی از آن است که رمزگشایی محرک‌های صوتی با فرکانس‌های مختلف در باندهای بتا و گاما (>12 هرتز) از سیگنال‌های پتانسیل محلی با دقت حدودا 80% انجام می‌شود. همچنین، پخش یک محرک به عنوان محرک تطبیق‌پذیری که مانند یک پیش زمینه در دنباله صدا قرار دارد، باعث کاهش دقت تفکیک‌پذیری فرکانس‌های مجاور صدا می‌شود. این اثر در فعالیت‌های فرکانس بالا (گاما و گامای بالا) سیگنال‌های پتانسیل محلی به صورت معنادار مشاهده شد.
The effect of adaptation on decoding accuracy of sound frequencies in rat auditory cortex
نویسندگان [English]
Farnaz Saberpour1؛ mohsen parto1؛ Vahid Shalchyan2؛
1IUST
2IUST
چکیده [English]
Neural adaptation is a brain ability which reduces the neural activities in response to a repeated stimulus. In this study, we examined the effect of adaptation on the neural decoding accuracy. For this purpose, pure tones with different frequency-amplitude combinations were presented randomly in two sequences (usual and adaptive). During the task, local field potential (LFP) signals were recorded from the primary auditory cortex of fifteen anesthetized rats. In the usual sequence, the stimuli were presented randomly with 50ms duration and 300ms interstimulus interval (ISI). Each combination was presented about 25 times. In the adaptive sequence, same as the usual one, stimuli were presented with this difference that one specific frequency (adapter) with the probability of 80% was presented frequently in this sequence. Comparison between decoding accuracy of two sequences allows us to study the effect of adaptation to a specific frequency on neural decoding. First, considering the power spectrum feature in six frequency bands and using (linear discrimination analysis) LDA classifier, the average decoding accuracy of all frequency-pairs were calculated in the usual sequence. Subsequently, the decoding accuracy of frequency-pairs in the adaptive sequence was calculated and compared with the usual sequence. Results show a significant decoding accuracy between different frequency-pairs in beta, gamma, and high-gamma bands (>12 Hz) of local field potential with an accuracy of about 80%. Moreover, we found that adaptation to one frequency of sound decreases the decoding accuracy of neighbor frequencies. This signature was observed in high-frequency gamma and high-gamma activities (30-120 Hz) of LFPs.
کلیدواژه‌ها [English]
Adaptation, Neural decoding, Primary auditory cortex, Frequency discrimination, Local field potential
ابتدای صفحه