Temporal Dynamics of Task-Dependent Activations of Human Auditory Cortex: An EEG Study

Rinne at al. (2009) reported that human auditory cortex activations measured with fMRI are strongly dependent on the auditory task. Although fMRI has a high spatial resolution its temporal accuracy is not sufficient to examine the activation order of different areas of the auditory cortex during active listening tasks. The present study tested whether these task-dependent activations can be investigated using source estimation of scalp-recorded auditory evoked potentials. Subjects (17) performed pitch discrimination, pitch memory (three difficulty levels in both tasks) or visual tasks during the presentation of sounds. The auditory evoked potentials were recorded using 136 scalp electrodes. Sources of the evoked potentials were modeled using cortically constrained and depth- and orientation-weighted minimum norm estimation. The evoked potentials were modulated by task at 200-700 ms from sound onset. Source estimation revealed stronger activation (350-700 ms) in the anterior auditory cortex of the left hemisphere during pitch discrimination than during visual task with the same sounds. Pitch memory task, in turn, was associated enhanced activation (vs. visual task) in the bilateral inferior parietal lobule (500-650 ms) and decreased activation (vs. visual and discrimination tasks) in the left anterior superior temporal gyrus (200-300 ms). These task-dependent activations are very similar to those reported in the previous fMRI study. Therefore, the results of the thesis indicate that evoked potentials can be used to obtain temporal information on the task-dependent activations of human auditory cortex.Rinne ym. (2009) havaitsivat, että ihmisen kuuloaivokuoren fMRI:llä mitattu aktivaatio riippuu vahvasti koehenkilön suorittamasta kuuntelutehtävästä. Vaikka fMRI-menetelmän paikkatarkkuus on korkea, sen aikatarkkuus ei ole riittävä selvittämään järjestystä, jossa kuuloaivokuoren eri alueet aktivoituvat kuuntelutehtävien aikana. Tämän tutkielman tarkoituksena oli selvittää voidaanko näitä kuuloaivokuoren tehtäväsidonnaisia aktivaatioita tutkia pään pinnalta rekisteröitävien tapahtumasidonnaisten jännitevasteiden lähdemallinnuksen avulla. Koehenkilöt (17) suorittivat äänenkorkeuden erottelu- tai muistitehtävää (kolme vaikeustasoa kummassakin tehtävässä) tai näkötehtävää ääniärsykkeiden esityksen aikana. Äänten tapahtumasidonnaiset jännitevasteet rekisteröitiin pään pinnalta 136 mittauskanavalta. Jännitevasteiden lähteitä mallinnettiin käyttämällä aivokuorelle rajoitettua, syvyys- ja suuntapainotettua miniminormiestimointimenetelmää. Jännitevasteissa havaittiin tehtäväriippuvia eroja aikavälillä 200-700 ms äänen alusta. Jännitevasteiden lähdemallinnus osoitti, että aktivaatio oli voimakkaampaa vasemman aivopuoliskon kuuloaivokuoren etuosissa (350-700 ms) silloin, kun ääniärsykkeet esitettiin äänenkorkeuden erottelutehtävän aikana kuin silloin, kun samat äänet esitettiin näkötehtävän aikana. Äänenkorkeuden muistitehtävän aktivaatio oli puolestaan voimakkaampaa (verrattuna näkötehtävään) molempien aivopuoliskojen päälaenlohkojen alaosissa (500-650 ms) ja heikompaa (verrattuna näkö- ja erottelutehtäviin) vasemman aivopuoliskon ylemmän ohimopoimun etuosissa (200-300 ms). Nämä tehtäväsidonnaiset aktivaatiot ovat hyvin samankaltaisia kuin aiemmassa fMRI-tutkimuksessa. Näin ollen tutkielman tulokset osoittavat, että jännitevasteiden avulla saadaan tietoa ihmisen kuuloaivokuoren tehtäväsidonnaisten aktivaatioiden ajallisesta käyttäytymisestä