Processing of connected speech in the human brain: MEG observations

Puhe muodostuu peräkkäisten äänteiden erilaisista yhdistelmistä. Pohjimmiltaan sen voidaan ajatella muodostavan yksinkertaisen aikasarjan, joka kuunneltaessa yhdistetään vankasti sen merkitykseen. Tämän tapahtumasarjan on osoitettu olevan aivoissa jakautunut useisiin erikoistuneisiin peräkkäisiin ja rinnakkaisiin osioihin. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin kuinka puheen ymmärrettävyys, siihen kohdistettu tarkkaavaisuus sekä aiempi kokemus heikkolaatuisen puheen sisällöstä vaikuttavat aivokuoressa tapahtuvaan aktivaatioon. Lauseiden kuuntelun aiheuttamaa kuuloherätevastetta (P1m, N1m, P2m ja SF) tutkittiin käyttäen avuksi magnetoenkefalografiaa. Lauseiden laatua heikennettiin alentamalla ääninäytteissä käytettävien kvantisointitasojen lukumäärää. Muistiperäisten toimintojen osallisuutta tarkasteltiin vertailemalla heikkolaatuisten lauseiden aiheuttamaa aktivaatiota kun aiempaa kokemusta niiden sisällöstä ei ollut sekä kun ne olivat sisältönsä puolesta tuttuja. Laadun heikennys johti molempien aivopuoliskojen kuuloaivokuorelta mitattujen P1m, N1m ja P2m vasteiden amplitudien kasvuun ja N1m ja P2m vasteiden viiveiden laskuun. Aiemman kokemuksen myötä heikkolaatuiset lauseet ymmärrettiin paremmin kuin alun perin, mikä johti muutoksiin aktivaatiossa passiivisen kuuntelun aikana. Aktivaatio lisääntyi P1m vasteen aikana päänlaenlohkon alaosissa, N1m vasteen aikana oikean puoleisen ylemmän päänlaenlohkon keskiosassa ja P2m vasteen aikana alemman ohimolohkon takaosassa ja ylemmän ohimolohkon keski- ja etuosissa. Viimeiseksi mainitun alueen korkeampi aktivaatio näyttää liittyvän lisäksi lauseiden ymmärrettävyyteen. Tarkkaavaisuus johti kuuloaivokuorelta mitatun SF vasteen amplitudin kasvuun ja alhaisempaan aktivaatioon alemman ohimolohkon keskiosassa ja ylemmän päänlaenlohkon keski- ja takaosissa.Speech is a compound that consists of a sequence of syllables. Ultimately, it can be seen as a simple time series. In speech comprehension this physical representation is robustly linked to its meaning. Auditory processing in the human brain is organized into parallel streams, each stream containing hierarchical structures presumably specialized in a distinct part of this process. In the present study, activation in the cortex was studied during listening to speech of varying intelligibility, under varying levels of attention and past experience. The auditory evoked field (P1m, N1m, P2m and sustained field SF), elicited during the presentation of complete Finnish sentences, was studied using magnetoencephalography. Controlled reduction of intelligibility was achieved by reducing the number of bits to represent the signal samples. Contribution of memory-related processes was studied using consecutive presentations of degraded and good-quality sentences. As a result of stimulus degradation, the amplitudes of the P1m, N1m, P2m and SF increased, while the latencies of the N1m and P2m decreased. These effects were bihemispheric and localized to the vicinity of the auditory cortex. The degraded sentences were better understood after listening to the original ones. In the passive condition, this resulted in increased activation within the inferior parietal regions during the P1m, within the right-hemispheric central superior parietal region during the N1m, and within the central and anterior superior temporal regions (AST) and the posterior inferior temporal region during the P2m. Higher activation within the AST was further linked to stimulus intelligibility. Attention was associated with increase of SF amplitude and lower activation within the central and posterior superior parietal and the central inferior temporal region