Neural correlates of music perception in cochlear implant users using functional neuroimaging

Despite significant advances in cochlear implants (CI), music perception in CI recipients remains generally poor. Studies suggest that an enormous variability exists in CI users' ability to perceive and enjoy music through an implant, and the factors that contribute to this wide variation in individual outcomes following cochlear implantation are diverse and not completely understood. The purpose of this thesis was to examine, with the aid of neuroimaging, the neural basis underlying the wide variability in music perception outcomes following implantation.The first part of this thesis reviewed applications and limitations of current neuroimaging modalities, including functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), in the CI population. This review summarized the existing literature on the use of fNIRS neuroimaging in adult and pediatric CI recipients and outlined possible directions for future research, as well as clinical applications using this promising technique. The results of this review revealed that fNIRS is the imaging modality of choice in CI users because it is non-invasive, compatible with CI devices, and not subject to electrical artifacts. The second part of this thesis started the examination of the correlation between behavioral measures of music perception and auditory cortical activation in CI users using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), and attempted to identify patient-related factors that modulate this relationship. This prospective case-control study reported on 27 CI recipients and 25 normal-hearing controls. Behavioral music performance was assessed by the Montreal Battery for the Evaluation of Amusia (MBEA). fNIRS neuroimaging of the auditory cortex was recorded during music, rhythm and pitch perception. Results of this study revealed that reliable auditory cortical responses were obtained in all participants with fNIRS. Findings also suggested that larger areas of auditory cortical hemodynamic responses activations may be linked to improved performance on behavioral tasks.Taken together, the findings from the present thesis provide evidence that fNIRS is a safe, reliable neuroimaging modality that can provide an objective brain-based measure of music perception in CI users that is correlated with behavioral outcomes. Ultimately, this data will contribute toward the advancement of strategies aimed at improving the overall musical experience in CI users.Malgré les avancées significatives dans les implants cochléaires, la perception musicale chez les patients implantés demeure généralement faible. Les étudies suggèrent qu'une énorme variabilité existe chez les patients implantés quant à leurs habiletés à pouvoir percevoir et apprécier la musique à travers leurs implants. De plus, les facteurs qui contribuent à cette vaste variabilité de performance après l'implantation cochléaire sont divers et peu explorés. L'objectif de cette thèse était donc d'examiner les fondements neurologiques qui expliquent cette variabilité dans la perception musicale après l'implantation en utilisant la neuro-imagerie. La première étude a exploré les applications et les limitations des techniques courantes de neuroimagerie, incluant la « near-infrared spectroscopy » (fNIRS), chez les patients implantés. Cette étude a résumé la littérature existante de la neuroimagerie fNIRS dans les récipients cochléaires adultes et pédiatriques et a fourni de futures directions pour des applications potentielles cliniques ou scientifiques de cette technologie prometteuse.La deuxième étude a examiné la corrélation entre les mesures comportementales de la perception musicale et l'activation du cortex auditif chez les patients implantés en utilisant la fNIRS, et a tenté d'identifier les facteurs spécifiques aux patients qui modulent cette relation. Cette étude cas-contrôle prospective a inclus 27 patients avec implants cochléaires et 25 contrôles avec une audition normale. La perception musicale a été évaluée avec un outil comportemental, la « Montreal Battery for the Evaluation of Amusia » (MBEA). La neuroimagerie fNIRS du cortex auditif a été mesurée lors de la perception musicale, rythmique et spectrale. Les résultats de cette étude ont démontré que des mesures fiables ont été enregistrées avec la fNIRS chez tous les patients recrutés. Les résultats ont également suggéré que des régions d'activation corticale plus larges pourraient être liées à une meilleure performance sur les tâches comportementales.Somme toute, les résultats de cette thèse fournissent les arguments qui appuient la fNIRS en tant que technologie sécuritaire et fiable permettant une examen neurologique objectif de la perception musicale qui est associé à la performance comportementale chez les patients avec un implant cochléaire. Ultimement, ces données vont contribuer à l'avancement des stratégies visant l'amélioration de l'expérience musicale globale chez les patients implantés