Departmental Bulletin Paper Infrared neural stimulation evokes auditory brain stem responses following the acoustic feature of speech sounds

Tamai, Yuta  ,  Shinpo, Yuka  ,  Horinouchi, Kensuke  ,  Hiryu, Shizuko  ,  Kobayasi, Kohta I.  ,  タマイ, ユウタ  ,  シンポ, ユカ  ,  ホリノウチ, ケンスケ  ,  ヒリュウ, シズコ  ,  コバヤシ, コウタ  ,  玉井, 湧太  ,  新保, 祐香  ,  堀之内, 謙介  ,  飛龍, 志津子  ,  小林, 耕太  ,  Kobayashi, Kota I.

57 ( 4 )  , pp.254 - 261 , 2017-01-31 , 同志社大学ハリス理化学研究所 , Transcription:ドウシシャ ダイガク ハリス リカガク ケンキュウジョ , Alternative:Harris Science Research Institute of Doshisha University
赤外光で蝸牛を刺激することで複合活動電位を計測することができる。私たちはヒトとスナネズミを用いて赤外光レーザーで音声知覚を生み出すことができるかどうかを調べた。先行研究で私たちは単チャンネル蝸牛刺激の音声コード法を開発した。この方法に基づいてPulsed laser speech sound (PLS)を作成した。このPLSを模擬するためにClick modulated speech sound (CMS)を用いた。CMSとPLSを作るために原音声の第一フォルマントの周波数を追従した繰り返し頻度のクリック音とパルス状のレーザーをそれぞれ用いた。私たちはCMSとPLSをスナネズミに提示し、複合活動電位を正円窓から計測した。CMSをヒトに提示し、Frequency following responses を頭皮電極から計測した。ヒトとスナネズミの神経活動の計測結果より、原音声の第一フォルマントの周波数に対応する倍音構造が示され、また計測結果の周波数スペクトルはお互いによく似ていた。これらの結果はスナネズミにパルス状のレーザーを提示することでClick modulated speech soundを提示した時と類似した神経活動を生じさせることが可能であり、赤外光レーザーをヒトの蝸牛に照射することで音声知覚を生み出すことができる可能性を示している。
Compound action potentials can be evoked by irradiating the cochlea with an infrared laser. We investigated whether a pulsed infrared laser could produce speech perception using a human and a Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus) as subjects. In a previous study, we developed a speech-encoding scheme for single-channel cochlear stimulation. Pulsed laser speech sound (PLS) was created following the scheme; a click-moderated speech sound (CMS) was used to simulate the perception of PLS. Click sounds and the pulsed laser were used to compose CMS and PLS, respectively, the pitch of which followed the first formant frequencies (F1) of an original speech sound. We presented CMS and PLS to the gerbil, and compound action potentials were recorded from the round window. The CMS was presented to a human subject, and frequency-following responses were recorded with a scalp electrode. Human and gerbil recordings showed clear harmonic structures corresponding to the F1 of the original speech, and the frequency spectra of the recordings resembled each other. These findings suggest that the pulsed laser can generate a similar compound action potential to click-modulated speech in the gerbil, opening the possibility of creating intelligible speech perception by irradiating the human cochlea with an infrared laser.

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